一、前言
随着人们对花卉养殖的需求不断增长，花卉温室的建设和管理成为了一个重要的课题。在花卉温室中，温度是一个至关重要的环境参数，对花卉的生长和发展有着直接的影响。为了提供一个稳定的生长环境，控制温室的温度变得非常重要。
本项目设计一个基于STM32微控制器的花卉温室控温系统。该系统利用STM32F103C8T6作为主控芯片，通过与DS18B20温度传感器和0.96寸OLED显示屏等硬件模块的连接，实现对温室内温度的监测和控制。同时，系统还配备了两个独立按键，用于设置温度阀值。
温度传感器采用DS18B20，能够准确地监测温室内的温度。通过与STM32微控制器的通信，可以实时获取温度数据。显示屏采用SPI协议的0.96寸OLED显示屏，用于显示当前环境的温度以及温度阀值。用户可以通过按键设置温度阀值，以便系统能够根据设定的阀值进行温度控制。
当温度低于设定的温度阀值时，系统将通过继电器控制热风机进行加热，吹出热风来控制室温。通过实时监测温度并根据设定的阀值进行控制，系统能够保持温室内的温度在一个适宜的范围，为花卉提供一个稳定的生长环境。
项目的设计用于提高花卉温室的自动化程度，减轻人工管理的负担，同时提供一个稳定的温度控制方案，以促进花卉的生长和发展。通过使用STM32微控制器和相关硬件模块，该系统能够实现温度的实时监测和自动控制，为花卉温室管理者提供了一种方便、高效的解决方案。
加上远程控制之后的最终系统模型图：
二、硬件选型介绍
以下是基于STM32的花卉温室控温系统的硬件选型：
【1】主控芯片：STM32F103C8T6
- STM32F103系列具有良好的性能和丰富的外设，适合嵌入式应用。
- STM32F103C8T6是一款32位ARM Cortex-M3内核的微控制器，具有64KB的Flash存储器和20KB的RAM。
【2】温度传感器：DS18B20
- DS18B20是一款数字温度传感器，采用单总线接口进行通信。
- 具有高精度、防水防尘等特点，非常适合测量温室内的温度。
- 通过引脚连接到STM32的GPIO口，并使用OneWire协议进行数据通信。
【3】显示屏：0.96寸OLED显示屏
- 选择支持SPI协议的0.96寸OLED显示屏作为显示设备，可以方便地显示环境温度和温度阀值。
- OLED显示屏具有低功耗、高对比度、视角广等优点，适合嵌入式应用。
【4】按键：两个独立按键
- 选择两个独立按键用于设置温度阀值，可以通过按下按钮增加或减小温度阀值。
【5】继电器：用于控制热风机加热
- 根据温度阀值和实时温度数据，通过STM32的GPIO口控制继电器的开关，从而控制热风机的加热。
- 继电器的选型要根据热风机的额定电流和电压来确定，确保能够正常工作。
三、设计思路
软件逻辑设计思路：
【1】初始化STM32外设，包括GPIO、SPI、USART等。
【2】设置温度阀值的初始值，并通过按键调节阀值。
【3】循环读取DS18B20温度传感器的数据，并将读取到的温度值与阀值进行比较。
【4】如果当前温度低于阀值，则控制继电器闭合，热风机开始加热；否则，打开继电器，停止加热。
【5】将温度值和阀值显示在OLED屏幕上，通过USART串口输出给用户。
【6】不断循环执行以上步骤，实现温室的自动控温功能。
伪代码：
代码语言：javascript复制// 定义变量
float temperature; // 当前温度值
float threshold; // 温度阀值
// 初始化硬件和外设
void initialize() {
initialize_GPIO(); // 初始化GPIO
initialize_SPI(); // 初始化SPI
initialize_USART(); // 初始化USART
initialize_DS18B20(); // 初始化DS18B20
initialize_OLED(); // 初始化OLED显示屏
initialize_Button(); // 初始化按键
initialize_Relay(); // 初始化继电器
}
// 读取温度值
float readTemperature() {
// 通过DS18B20读取温度值
// 返回温度值
}
// 读取阀值
float readThreshold() {
// 读取按键的状态，并调节阀值
// 返回阀值
}
// 控制加热器
void controlHeater(float currTemperature, float currThreshold) {
if (currTemperature < currThreshold) {
// 温度低于阀值，控制继电器闭合，热风机加热
} else {
// 温度高于或等于阀值，打开继电器，停止加热
}
}
// 显示温度和阀值
void displayTemperature(float currTemperature, float currThreshold) {
// 在OLED屏幕上显示温度值和阀值
// 通过USART串口输出温度值和阀值
}
// 主函数
int main() {
initialize(); // 初始化
while (1) {
temperature = readTemperature(); // 读取温度值
threshold = readThreshold(); // 读取阀值
controlHeater(temperature, threshold); // 控制加热器
displayTemperature(temperature, threshold);// 显示温度和阀值
}
return 0;
}以上是基本的软件逻辑设计思路和伪代码。
四、代码实现
4.1 读取温度显示
下面是使用STM32F103C8T6读取DS18B20温度传感器数据，并将温度显示到OLED显示屏上的实现代码：
代码语言：javascript复制#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "onewire.h"
#include "ds18b20.h"
#include "ssd1306.h"
int main(void)
{
// 初始化延迟函数
delay_init();
// 初始化OLED显示屏
SSD1306_Init();
// 初始化DS18B20温度传感器
DS18B20_Init();
float temperature = 0.0;
char tempStr[10];
while (1)
{
// 读取DS18B20温度传感器数据
temperature = DS18B20_GetTemp();
// 将温度转换为字符串
sprintf(tempStr, "%.2f C", temperature);
// 清空OLED显示屏
SSD1306_Clear();
// 在OLED显示屏上显示温度
SSD1306_GotoXY(0, 0);
SSD1306_Puts("Temperature:", &Font_7x10, SSD1306_COLOR_WHITE);
SSD1306_GotoXY(0, 20);
SSD1306_Puts(tempStr, &Font_11x18, SSD1306_COLOR_WHITE);
// 刷新OLED显示屏
SSD1306_UpdateScreen();
// 延时一段时间
delay_ms(1000);
}
}代码中，使用了封装好库文件，包括延迟函数(delay.h)、OneWire总线(onewire.h)、DS18B20温度传感器(ds18b20.h)和SSD1306 OLED显示屏(ssd1306.h)的库文件。
在主函数中，初始化延迟函数和OLED显示屏，初始化DS18B20温度传感器。然后进入无限循环，在循环中读取DS18B20温度传感器的温度数据，将温度显示到OLED显示屏上。温度数据通过sprintf函数转换为字符串，使用SSD1306库函数在OLED显示屏上进行显示。通过延时函数延时一段时间，实现温度的定时更新。
4.2 DS18B20的代码
头文件代码：
代码语言：javascript复制#ifndef DS18B20_H
#define DS18B20_H
#include "stm32f10x.h"
// DS18B20引脚定义
#define DS18B20_GPIO_PORT GPIOA
#define DS18B20_GPIO_PIN GPIO_Pin_0
// DS18B20函数声明
void DS18B20_Init(void);
void DS18B20_WriteByte(uint8_t data);
uint8_t DS18B20_ReadByte(void);
float DS18B20_GetTemp(void);
#endif源文件代码:
代码语言：javascript复制#include "ds18b20.h"
#include "delay.h"
// 初始化DS18B20温度传感器
void DS18B20_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
// 使能GPIOA时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
// 配置GPIOA引脚为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 将引脚拉低一段时间
GPIO_ResetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
delay_us(500);
// 将引脚拉高一段时间
GPIO_SetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
delay_us(80);
// 等待DS18B20的响应
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
delay_us(80);
}
// 向DS18B20写入一个字节的数据
void DS18B20_WriteByte(uint8_t data)
{
uint8_t i;
// 将引脚设置为推挽输出
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 写入数据
for (i = 0; i < 8; i )
{
GPIO_ResetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
delay_us(2);
if (data & 0x01)
{
GPIO_SetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
}
delay_us(60);
GPIO_SetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
delay_us(2);
data >>= 1;
}
}
// 从DS18B20读取一个字节的数据
uint8_t DS18B20_ReadByte(void)
{
uint8_t i, data = 0;
// 将引脚设置为推挽输出
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS18B20_GPIO_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
// 读取数据
for (i = 0; i < 8; i )
{
GPIO_ResetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
delay_us(2);
GPIO_SetBits(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN);
delay_us(2);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(DS18B20_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
delay_us(2);
data >>= 1;
if (GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN))
{
data |= 0x80;
}
delay_us(60);
}
return data;
}
// 获取DS18B20温度数据
float DS18B20_GetTemp(void)
{
uint8_t tempLSB, tempMSB;
int16_t tempData;
float temperature;
// 发送温度转换命令
DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM操作
DS18B20_WriteByte(0x44); // 发送温度转换命令
// 等待温度转换完成
while (!GPIO_ReadInputDataBit(DS18B20_GPIO_PORT, DS18B20_GPIO_PIN));
// 发送读取温度命令
DS18B20_WriteByte(0xCC); // 跳过ROM操作
DS18B20_WriteByte(0xBE); // 发送读取温度命令
// 读取温度数据
tempLSB = DS18B20_ReadByte();
tempMSB = DS18B20_ReadByte();
// 计算温度值
tempData = (tempMSB << 8) | tempLSB;
if (tempData & 0x8000) // 温度为负数
{
tempData = ~tempData 1;
temperature = -((float)tempData / 16.0);
}
else // 温度为正数
{
temperature = (float)tempData / 16.0;
}
return temperature;
}4.3 OLED显示屏代码
头文件：
代码语言：javascript复制#ifndef SSD1306_H
#define SSD1306_H
#include "stm32f10x.h"
#include "fonts.h"
// SSD1306显示屏参数定义
#define SSD1306_I2C_ADDR 0x78 // I2C地址
#define SSD1306_WIDTH 128 // 显示屏宽度
#define SSD1306_HEIGHT 64 // 显示屏高度
// SSD1306函数声明
void SSD1306_Init(void);
void SSD1306_Clear(void);
void SSD1306_UpdateScreen(void);
void SSD1306_GotoXY(uint16_t x, uint16_t y);
void SSD1306_Puts(const char* str, FontDef_t* font, uint8_t color);
#endif源文件：
代码语言：javascript复制#include "ssd1306.h"
#include "i2c.h"
static uint8_t SSD1306_Buffer[SSD1306_WIDTH * SSD1306_HEIGHT / 8];
void SSD1306_Init(void)
{
// 初始化I2C总线
I2C_Init();
// 向SSD1306发送初始化命令
uint8_t initCommands[] = {
0xAE, // 关闭显示
0xD5, 0x80, // 设置时钟分频因子
0xA8, 0x3F, // 设置驱动路数
0xD3, 0x00, // 设置显示偏移
0x40, // 设置显示开始行
0x8D, 0x14, // 设置电荷泵
0x20, 0x00, // 设置内存地址模式
0xA1, // 设置段重定义
0xC8, // 设置COM扫描方向
0xDA, 0x12, // 设置COM引脚配置
0x81, 0xCF, // 设置对比度控制
0xD9, 0xF1, // 设置预充电周期
0xDB, 0x40, // 设置VCOMH电压倍率
0xA4, // 全局显示开启
0xA6, // 设置显示方式
0xAF // 开启显示
};
for (uint8_t i = 0; i < sizeof(initCommands); i )
{
I2C_WriteByte(SSD1306_I2C_ADDR, 0x00, initCommands[i]);
}
// 清空缓冲区
SSD1306_Clear();
// 更新显示屏
SSD1306_UpdateScreen();
}
void SSD1306_Clear(void)
{
memset(SSD1306_Buffer, 0x00, sizeof(SSD1306_Buffer));
}
void SSD1306_UpdateScreen(void)
{
for (uint8_t i = 0; i < 8; i )
{
I2C_WriteBuffer(SSD1306_I2C_ADDR, 0x40, &SSD1306_Buffer[SSD1306_WIDTH * i], SSD1306_WIDTH);
}
}
void SSD1306_GotoXY(uint16_t x, uint16_t y)
{
if (x >= SSD1306_WIDTH || y >= SSD1306_HEIGHT)
return;
SSD1306_Buffer[(x (y / 8) * SSD1306_WIDTH)] |= (1 << (y % 8));
}
void SSD1306_Puts(const char* str, FontDef_t* font, uint8_t color)
{
while (*str)
{
for (uint8_t i = 0; i < font->FontWidth; i )
{
uint8_t temp = font->data[(*str - 32) * font->FontWidth i];
for (uint8_t j = 0; j < font->FontHeight; j )
{
if (temp & (1 << j))
{
SSD1306_GotoXY(font->FontWidth * i j, font->FontHeight * i j);
SSD1306_Buffer[(font->FontWidth * i j (font->FontHeight * i j) / 8 * SSD1306_WIDTH)] |= (1 << ((font->FontHeight * i j) % 8));
}
else
{
SSD1306_GotoXY(font->FontWidth * i j, font->FontHeight * i j);
SSD1306_Buffer[(font->FontWidth * i j (font->FontHeight * i j) / 8 * SSD1306_WIDTH)] &= ~(1 << ((font->FontHeight * i j) % 8));
}
}
}
str ;
}
}五、总结
本项目设计了基于STM32的花卉温室控温系统，通过使用DS18B20温度传感器、OLED显示屏和继电器等硬件模块，实现了对温室内温度的监测和控制。该系统能够根据预设的温度阀值，自动控制热风机的加热，以维持温室内的适宜温度，从而保证花卉的生长环境。
在软件逻辑设计方面，采用了STM32的外设和中断机制，结合合适的算法和状态判断，实现了温度数据的获取和比较，并根据结果控制继电器的开关。通过OLED显示屏和USART串口，能够及时地将温度值和阀值反馈给用户，方便用户了解当前环境并进行调节。
本项目的设计和实现为温室控温系统提供了一个具体的解决方案，通过合理的硬件选型和软件逻辑设计，能够满足花卉种植对温度控制的需求。在未来的发展中，系统将在农业领域发挥重要作用，并为人们创造更舒适、高效的温控环境。
