基于STM32F103单片机的智能温室大棚RS485通信温湿度监测

1. 适用场景

基于STM32F103单片机的智能温室大棚RS485通信温湿度监测系统专为现代农业温室环境监控而设计。该系统适用于各类温室大棚、植物工厂、农业科研机构以及智能农业示范基地。

该系统特别适合以下应用场景：

现代农业温室管理：实现对温室内温湿度的实时监测和数据采集，为作物生长提供最佳环境条件。

远程监控系统：通过RS485通信协议，支持长距离数据传输，可覆盖大型温室园区。

多节点监测网络：RS485总线支持多达32个设备同时连接，满足大型温室的多点监测需求。

精准农业应用：结合多种传感器数据，为精准灌溉、通风控制提供决策依据。

科研实验环境：为农业科研提供稳定可靠的环境数据采集平台。

2. 适配系统与环境配置要求

硬件配置要求

主控制器：STM32F103系列单片机（如STM32F103C8T6），具备丰富的外设资源和强大的处理能力。

传感器模块：

• DHT11温湿度传感器：测量范围0-50℃，精度±2℃，湿度范围20-90%RH
• 可选配土壤湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器等

通信模块：MAX485 RS485转TTL模块，支持半双工通信，传输距离可达1200米

电源系统：5V直流电源，可为传感器和通信模块提供稳定供电

显示模块：可选配LCD1602显示屏，用于本地数据显示

软件环境要求

开发工具：STM32CubeIDE集成开发环境

• 支持STM32系列MCU的配置和代码生成
• 提供HAL库和LL库支持
• 内置调试和编程功能

编程语言：C语言，使用STM32 HAL库进行开发

通信协议：支持Modbus RTU协议，便于与上位机软件集成

操作系统兼容性：Windows、Linux、macOS系统均可运行开发环境

3. 资源使用教程

开发环境搭建

步骤1：安装STM32CubeIDE 从官方网站下载并安装STM32CubeIDE，选择适合操作系统的版本。安装过程中需接受许可协议并选择安装路径。

步骤2：创建新项目 打开STM32CubeIDE，选择STM32F103系列单片机，配置时钟树、引脚分配和外设设置。特别需要配置UART用于RS485通信。

步骤3：硬件连接

• 将DHT11传感器DATA引脚连接到STM32的GPIO引脚
• MAX485模块的RO连接UART RX，DI连接UART TX
• DE和RE引脚连接到同一GPIO引脚用于收发控制
• A、B总线端子连接RS485网络

代码实现

温湿度数据采集

void DHT11_Start(void)
{
    Set_Pin_Output(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
    HAL_GPIO_WritePin(DHT11_PORT, DHT11_PIN, 0);
    delay(18000);
    Set_Pin_Input(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
}

RS485通信控制

void sendData(uint8_t *data)
{
    HAL_GPIO_WritePin(TX_EN_GPIO_Port, TX_EN_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, data, strlen(data), 1000);
    HAL_GPIO_WritePin(TX_EN_GPIO_Port, TX_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

数据解析与处理 系统读取40位数据，包含湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数和校验位，通过校验确保数据准确性。

系统部署

布线规范：使用双绞线进行RS485通信，总线两端需安装120Ω终端电阻

节点地址设置：每个监测节点设置唯一的Modbus地址

数据采集频率：建议采集间隔为2-3秒，避免传感器过热

4. 常见问题及解决办法

通信问题

问题1：RS485通信不稳定

• 原因：终端电阻未安装或阻抗不匹配
• 解决：在总线两端安装120Ω终端电阻，确保阻抗匹配

问题2：数据传输错误

• 原因：波特率设置不正确或时钟配置错误
• 解决：检查STM32时钟配置，确保UART波特率与所有设备一致

传感器问题

问题3：DHT11读数不准确

• 原因：微秒级延时精度不够或上拉电阻未连接
• 解决：使用定时器生成精确的微秒延时，数据引脚连接4.7kΩ上拉电阻

问题4：传感器无响应

• 原因：供电不足或接线错误
• 解决：检查3.3V-5V供电，确认DATA引脚连接正确

系统稳定性问题

问题5：系统频繁重启

• 原因：电源波动或程序跑飞
• 解决：增加电源滤波电容，添加看门狗定时器

问题6：多节点冲突

• 原因：RS485总线多个节点同时发送数据
• 解决：实现主从通信协议，确保同一时间只有一个节点发送

数据处理问题

问题7：校验和错误

• 原因：数据传输过程中出现错误
• 解决：增加数据重传机制，提高通信可靠性

问题8：数据跳变异常

• 原因：环境干扰或传感器故障
• 解决：添加数据滤波算法，如滑动平均滤波

通过以上配置和问题解决方案，基于STM32F103的智能温室大棚监测系统能够稳定可靠地运行，为现代农业提供精准的环境监测数据。该系统具有成本低、可靠性高、扩展性强等优点，是智能农业应用的理想选择。