STM32与NBIOT智慧农业

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  2023-07-21 13:14 2023-07-21 13:14 创建   2025-07-19 12:26 2025-07-19 12:26 更新    

整体介绍

1. 主控
  采用搭载STM32L4R5ZI低功耗芯片的ST官方NUCLEO-L4R5ZI开发板，使用stm32cubeMX配置，HAL库开发。
l4r5zi

2. 传感器部分
  使用DHT11采集环境温湿度，BH1750采集光照强度，采用电容式土壤湿度传感器，JW01 CO2,HCHO,TVOC三合一传感器。
3. 按键开关
  使用了一个RGB灯来代表植物生长灯，设有红、蓝、绿、白四种颜色；配备6个按键，分别控制RGB灯、板载LED2、4路继电器。
4. NB-IOT
  采用安信可EC-01F-kit开发板，通过串口与单片机通讯。
nb
5. 阿里云物联网平台
  将采集到的数据通过NB-IOT模组通过MQTT协议发送到阿里云物联网平台，并利用IOT-Studio简单绘制用户端页面。

ali

liuc

配置

1. 时钟，定时器配置
  首先配置RCC,SYS。其次配置定时器TIM1实现微秒级延时，用来读取DHT11温湿度数据，具体可以参考DHT11数据手册。
tim1

2. 引脚配置

GPIO 引脚 对应功能
推挽输出 PB7,PF15 主灯和DHT11温湿度传感器
LPUART PG7(TX),PG8(RX) 与上位机通信串口，通过板载usb连接
USART2 PD5(TX),PD6(RX) JW01二氧化碳传感器
I2C1 PB8(SCL),PB9(SDA) BH1750光照强度传感器
TIM2 PA0,PA1,PA2 RGB植物生长灯
推挽输出 PG10,PG11,PG13,PG15 四路继电器开关
上拉输入(EXTI) PA4,PB0,PC1,PD3,PD12,PG2 按键中断，分别控制主灯,RGB,四个继电器
ADC1_IN1 PC0 土壤湿度传感器

继电器可连接水泵，风扇等，实现控制开关。

示例代码

1. DHT11温湿度传感器
   DHT11.C

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#include "dht11.h"

extern TIM_HandleTypeDef htim1;

static void DATA_OUTPUT(u8 flg);//DATA输出
static u8 DATA_INPUT(void);//DATA输入
static u8 DH11_Read_Byte(void);//DH11读信号

u8 DH11_Read(void);//读取DH11温度和湿度

static void Test(void);//测试程序

DH11_DATA DH11_data;

void Delay_us(uint16_t us)
{     //微秒延时
	uint16_t differ = 0xffff-us-5;				
	__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim1,differ);	//设定TIM1计数器起始值
	HAL_TIM_Base_Start(&htim1);		//启动定时器	
	
	while(differ < 0xffff-5){	//判断
		differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim1);		//查询计数器的计数值
	}
	HAL_TIM_Base_Stop(&htim1);
}


void DATA_OUTPUT(u8 flg)
{
  	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	
	GPIO_InitStruct.Pin = DATA_Pin;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(DATA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

	if(flg==0)
	{
		DATA_RESET();
	}
	else
	{
		DATA_SET();
	}
}

u8 DATA_INPUT(void)
{
  	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	u8 flg=0;
	
	GPIO_InitStruct.Pin = DATA_Pin;
  	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  	HAL_GPIO_Init(DATA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

	if(DATA_READ()==GPIO_PIN_RESET)
	{
		flg=0;
	}
	else 
	{
		flg=1;
	}

	return flg;
}

u8 DH11_Read_Byte(void)
{
    u8 ReadDat=0;
    u8 temp=0;
    u8 retry=0;
    u8 i=0;
    
    for(i=0;i<8;i++)
    {
      while(DATA_READ()==0&&retry<100)//等待直到DHT11输出高电平
      {
        Delay_us(1);
        retry++;
      }
      retry=0;
      Delay_us(40);
      if(DATA_READ()==1)
      {
        temp=1;
      }
      else
      {
        temp=0;
      }
      while(DATA_READ()==1&&retry<100)//等待直到DHT11输出低电平，表示退出。本轮1bit信号接收完毕。
      {
        Delay_us(1);
        retry++;
      }
      retry=0;
      ReadDat<<=1;
      ReadDat|=temp;
    }
    
    return ReadDat;
}

u8 DH11_Read(void)
{
  u8 retry=0;
  u8 i=0;
  
  DATA_OUTPUT(0);//设置为输出模式MCU向DH11发送信号
  HAL_Delay(18);
  DATA_SET();
  Delay_us(20);
  
  DATA_INPUT();//设置为输入模式DH11向MCU发送信号
  Delay_us(20);
  if(DATA_READ()==0)
  {
    while(DATA_READ()==0&&retry<100)
    {
      Delay_us(1);
      retry=0;
    }
    retry=0;
    while(DATA_READ()==1&&retry<100)
    {
      Delay_us(1);
      retry++;
    }
    retry=0;
    
    for(i=0;i<5;i++)//Data[0]湿度， Data[2]温度。Data[1]和Data[3]分别为0和2的小数位。Data[4]用于校验。
    {
      DH11_data.Data[i]=DH11_Read_Byte();
    }
    Delay_us(50);
  }
  u32 sum=DH11_data.Data[0]+DH11_data.Data[1]+DH11_data.Data[2]+DH11_data.Data[3];//校验
  if((sum)==DH11_data.Data[4])
  {
    DH11_data.humidity=DH11_data.Data[0];//获取湿度
    DH11_data.temp=DH11_data.Data[2];//获取温度
    return 1;    
  }
  else
  {
    return 0;
  }
}

void Test(void)
{
  if(DH11_Read())
  {
    DH11_data.index++;
    if(DH11_data.index>=128)
    {
      DH11_data.index=0;
    }
  }
   
}


void DH11_Task(void)
{
     Test();
}


DHT11.H

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#ifndef _DH11_H_
#define _DH11_H_

#include"main.h"

#define u8 unsigned char 
#define u16 unsigned short
#define u32 unsigned int

//DATA IO的定义
#define DATA_SET() HAL_GPIO_WritePin(DATA_GPIO_Port, DATA_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define DATA_RESET() HAL_GPIO_WritePin(DATA_GPIO_Port, DATA_Pin, GPIO_PIN_RESET)

#define DATA_READ() HAL_GPIO_ReadPin(DATA_GPIO_Port,DATA_Pin)

typedef struct
{
  u8 Data[5];//数据存放数组
  u8 index;
  u8 temp;//温度
  u8 humidity;//湿度
  
}DH11_DATA;

extern DH11_DATA DH11_data;//DH11属性封装

void DH11_Task(void);//后台轮询调用

#define DATA_Pin GPIO_PIN_15
#define DATA_GPIO_Port GPIOF


#endif

实现

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int main(void)
{
  HAL_TIM_Base_Start(&htim1);
  while(1)
  {
    DH11_Task();
  }
}
2. BH1750光照强度传感器
   BH1750.C

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#include "bh1750.h"
#include "i2c.h"


/*i2c句柄*/
#define bh1750_i2c hi2c1

/*内部函数声明区*/
static uint8_t	BH1750_Send_Cmd(BH1750_MODE cmd);
static uint8_t BH1750_Read_Dat(uint8_t* dat);
static uint16_t BH1750_Dat_To_Lux(uint8_t* dat);



/**
 * @brief	向BH1750发送一条指令
 * @param	cmd —— BH1750工作模式指令（在BH1750_MODE中枚举定义）
 * @retval	成功返回HAL_OK
*/
static uint8_t	BH1750_Send_Cmd(BH1750_MODE cmd)
{
	return HAL_I2C_Master_Transmit(&bh1750_i2c, BH1750_ADDR_WRITE, (uint8_t*)&cmd, 1, 0xFFFF);
}


/**
 * @brief	从BH1750接收一次光强数据
 * @param	dat —— 存储光照强度的地址（两个字节数组）
 * @retval	成功 —— 返回HAL_OK
*/
static uint8_t BH1750_Read_Dat(uint8_t* dat)
{
	return HAL_I2C_Master_Receive(&bh1750_i2c, BH1750_ADDR_READ, dat, 2, 0XFFFF);
}


/**
 * @brief	将BH1750的两个字节数据转换为光照强度值（0-65535）
 * @param	dat  —— 存储光照强度的地址（两个字节数组）
 * @retval	成功 —— 返回光照强度值
*/
static uint16_t BH1750_Dat_To_Lux(uint8_t* dat)
{
	uint16_t lux = 0;
	lux = dat[0];
	lux <<= 8;
	lux |= dat[1];
	lux = (int)(lux / 1.2);
	
	return lux;
}


/**
 * @brief	返回光照强度值
 * @param	无
 * @retval	成功 —— 返回光照强度值
*/
uint16_t Get_BH1750_Value(void)
{
	uint8_t dat[2] = {0};		//dat[0]是高字节，dat[1]是低字节
	uint16_t lux;

	if(HAL_OK != BH1750_Send_Cmd(ONCE_H_MODE))
	{
		return 0;
	}
	HAL_Delay(120);
	if(HAL_OK != BH1750_Read_Dat(dat))
	{
		return 0;
	}
	
	lux = BH1750_Dat_To_Lux(dat);
	return lux;
}

BH1750.H

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#ifndef __BH1750_H_
#define __BH1750_H_

#include "stdint.h"

/*外部函数区*/
/*通过指针获取光照强度值*/
uint16_t Get_BH1750_Value(void);


/*	//用法

	uint16_t bh1750_lux;
	bh1750_lux = Get_BH1750_Value();
	printf("current: %5d lux\r\n", bh1750_lux);

*/


/*bh1750地址*/
#define	BH1750_ADDR_WRITE	0x46	//01000110
#define	BH1750_ADDR_READ	0x47	//01000111


typedef enum
{
	POWER_OFF_CMD	=	0x00,	//断电：无激活状态
	POWER_ON_CMD	=	0x01,	//通电：等待测量指令
	RESET_REGISTER	=	0x07,	//重置数字寄存器（在断电状态下不起作用）
	CONT_H_MODE		=	0x10,	//连续H分辨率模式：在11x分辨率下开始测量，测量时间120ms
	CONT_H_MODE2	=	0x11,	//连续H分辨率模式2：在0.51x分辨率下开始测量，测量时间120ms
	CONT_L_MODE		=	0x13,	//连续L分辨率模式：在411分辨率下开始测量，测量时间16ms
	ONCE_H_MODE		=	0x20,	//一次高分辨率模式：在11x分辨率下开始测量，测量时间120ms，测量后自动设置为断电模式
	ONCE_H_MODE2	=	0x21,	//一次高分辨率模式2：在0.51x分辨率下开始测量，测量时间120ms，测量后自动设置为断电模式
	ONCE_L_MODE		=	0x23	//一次低分辨率模式：在411x分辨率下开始测量，测量时间16ms，测量后自动设置为断电模式
} BH1750_MODE;




#endif /*__BH1750_H_*/

实现

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int lux;
lux = Get_BH1750_Value();
3. JW01二氧化碳传感器
   采用串口中断与DMA接收数据。

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//串口中断回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	uint8_t sum = 0;
  if(huart -> Instance == USART3)
	{
		if(rx_buf[0] == 44){
			
			tvoc = (rx_buf[2]*256+rx_buf[3]) * 0.001;
			ch2o = (rx_buf[4]*256+rx_buf[5]) * 0.001;
			co2  = (rx_buf[6]*256+rx_buf[7]);
			
			HAL_UART_Receive_DMA((UART_HandleTypeDef *)&huart3, (uint8_t *)rx_buf, 9);
		}
		else {
			HAL_UART_DMAStop((UART_HandleTypeDef *)&huart3);
			HAL_Delay(10);
			HAL_UART_Receive_DMA((UART_HandleTypeDef *)&huart3, (uint8_t *)rx_buf, 9);
		}
	}	
}
评论
目录
STM32与NBIOT智慧农业
  1. 1. 整体介绍
  2. 2. 配置
  3. 3. 示例代码