基于STM32单片机无线ZIGBEE智能大棚土壤湿度光照检测-EW帮帮网

1 系统功能介绍

本设计为 基于 STM32 单片机的无线 ZigBee 智能大棚土壤湿度光照检测系统，系统由 主机端和从机端 两部分组成，通过 CC2530 ZigBee 模块 实现无线通信。该系统主要应用于农业大棚智能环境监测，能够实时采集温度、光照和土壤湿度信息，并通过无线方式传输到从机端，再通过液晶显示屏进行显示。

系统功能总结如下：

主机功能：
- 基于 STM32F103C8T6 单片机，负责采集传感器数据。
- 包含 DS18B20 温度传感器，检测环境温度。
- 包含 光照传感器，采集光照强度并进行量化（0~100）。
- 包含 土壤湿度传感器，采集湿度信息并量化（0~100）。
- 使用 ZigBee 模块 CC2530 将采集数据无线传输到从机。
从机功能：
- 基于 STM32F103C8T6 单片机，负责接收 ZigBee 数据。
- 通过 LCD1602 液晶 实时显示温度、光照和土壤湿度。
- 具备 断链检测，当主机停止发送数据时，从机液晶显示“xx”提示数据无效。

该系统在农业智能化控制中具有广泛的应用价值，能够减少人工检测，提高大棚环境监控的实时性与智能化水平。

2 系统电路设计

2.1 主机电路设计

2.1.1 STM32F103C8T6 单片机最小系统

主机以 STM32F103C8T6 为核心，负责数据采集和 ZigBee 通信。

主要功能：
- 控制各传感器的采样与数据处理。
- 数据打包并通过串口发送到 ZigBee 模块。
设计要点：
- 采用 8MHz 外部晶振，配合 PLL 提升系统频率至 72MHz。
- 提供稳定的电源和复位电路，保证系统可靠运行。

2.1.2 温度传感器 DS18B20

原理：单总线数字温度传感器，测量精度高。
设计特点：
- DQ 端口与 STM32 的 GPIO 口相连，并加上拉电阻。
- 单片机通过时序操作获取温度值。
作用：采集环境温度，结果通过主机发送到从机端显示。

2.1.3 光照传感器模块

原理：采用光敏电阻或光照强度模块，将光照强度转换为电压信号。
设计要点：
- 模拟信号接入 STM32 的 ADC 通道，经过采样转换得到 0~100 的光照等级。
- 光照阈值可用于辅助环境调节。

2.1.4 土壤湿度传感器模块

原理：通过电导率检测土壤含水量，将其转换为电压信号。
设计要点：
- 模拟信号输入 STM32 的 ADC 通道。
- 单片机将其换算为 0~100 的湿度等级。

2.1.5 ZigBee 通信模块（CC2530）

功能：主机将采集到的数据通过 UART 串口发送给 ZigBee 模块，ZigBee 以无线方式发送给从机端。
设计要点：
- 波特率匹配 STM32 串口配置。
- 供电为 3.3V，需要保证电源稳定。

2.2 从机电路设计

2.2.1 STM32F103C8T6 单片机最小系统

从机端同样以 STM32F103C8T6 为核心。

功能：
- 接收 ZigBee 模块发来的串口数据；
- 对接收到的数据进行解析；
- 驱动 LCD1602 显示器进行实时刷新；
- 进行通信检测，若超过一定时间未接收到数据，则显示“xx”。

2.2.2 ZigBee 接收模块

功能：无线接收主机端发来的数据，并通过串口传输给 STM32。
要求：通信稳定、无干扰，波特率匹配。

2.2.3 LCD1602 液晶显示模块

功能：实时显示温度、光照、湿度数据。
设计细节：
- 数据线 D0~D7 与 STM32 I/O 相连，使用 8 位并口模式。
- 第一行显示系统标题，第二行显示实时数据，例如：
```
T:25C L:75 H:60
```
- 当通信中断时，数据显示为：
```
T:xx L:xx H:xx
```

3 程序设计

3.1 主程序框架

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd1602.h"
#include "ds18b20.h"
#include "zigbee.h"
#include "adc.h"

float temperature;
uint16_t light, humidity;

int main(void)
{
    SystemInit();
    DS18B20_Init();
    ADC_Config();
    ZigBee_Init();
    
    while(1)
    {
        temperature = DS18B20_Read();
        light = ADC_ReadChannel(0);     // 光照
        humidity = ADC_ReadChannel(1);  // 湿度
        
        ZigBee_SendData(temperature, light, humidity);
        
        Delay_ms(1000); // 每秒发送一次
    }
}

3.2 DS18B20 温度读取程序

float DS18B20_Read(void)
{
    uint16_t temp;
    float value;
    
    DS18B20_Start();
    temp = DS18B20_GetData();
    value = temp * 0.0625;  // 分辨率 0.0625℃
    
    return value;
}

3.3 ADC 模拟量采集程序

uint16_t ADC_ReadChannel(uint8_t channel)
{
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
    return ADC_GetConversionValue(ADC1) / 40;  // 转换为0-100
}

3.4 ZigBee 通信程序

void ZigBee_SendData(float temp, uint16_t light, uint16_t hum)
{
    char buffer[32];
    sprintf(buffer,"T=%.1f;L=%d;H=%d\r\n", temp, light, hum);
    USART_SendString(USART1, buffer);
}

3.5 从机接收与显示程序

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd1602.h"
#include "zigbee.h"

float temperature;
uint16_t light, humidity;
uint32_t lastTime;

int main(void)
{
    SystemInit();
    LCD1602_Init();
    ZigBee_Init();
    
    LCD_ShowString(0,0,"Smart Greenhouse");
    
    while(1)
    {
        if(ZigBee_ReceiveData(&temperature, &light, &humidity))
        {
            lastTime = millis();
            LCD_SetCursor(0,1);
            LCD_Printf("T:%.1f L:%d H:%d", temperature, light, humidity);
        }
        else if(millis() - lastTime > 5000) // 5秒未收到数据
        {
            LCD_SetCursor(0,1);
            LCD_ShowString(0,1,"T:xx L:xx H:xx");
        }
    }
}

4 总结

本系统基于 STM32F103C8T6 单片机 和 ZigBee 无线通信技术，实现了智能农业大棚环境参数监测。其主要特点如下：

多参数采集：温度、光照、湿度数据实时获取。
无线传输：利用 CC2530 ZigBee 模块实现主机与从机的数据通信。
实时显示：LCD1602 液晶模块直观显示检测结果。
链路检测：当主机停止工作或信号丢失时，从机自动显示“xx”，保证用户能及时获知系统状态。

该系统结构清晰、扩展性强，适合在农业物联网应用中推广，为大棚自动化和智慧农业提供有力支持。

基于STM32单片机无线ZIGBEE智能大棚土壤湿度光照检测