基于STM32设计的智能远程孵化系统

第一章 项目开发背景

随着现代农业的科技进步，传统的孵化技术已逐渐无法满足高效、自动化孵化需求。传统孵化过程中，人工控制繁琐，监测和调节环境条件不够灵活，容易导致孵化率低下。为了提高孵化效率和孵化成功率，智能孵化系统应运而生。基于STM32的智能远程孵化系统旨在通过自动化控制和远程监控技术，帮助用户在不受时间和空间限制的情况下，实现对孵化环境的精确控制，提升孵化效率和成功率。

本项目利用STM32F103RCT6微控制器作为核心控制单元，集成温湿度监测、加热和通风控制、自动翻蛋、报警等功能，并通过OneNet物联网平台进行远程监控与管理。

第二章 设计实现的功能

1. 温湿度监控与自动调节： 系统能够实时监测孵化箱内的温度与湿度，并根据预设值自动调节加热和加湿装置，确保孵化环境保持在最佳状态。
2. 自动翻蛋： 利用电机驱动系统实现定时自动翻蛋功能，防止孵化期间蛋孵化不均匀。
3. 远程监控与控制： 通过OneNet物联网平台，用户可以实时查看温湿度数据，并远程控制加热、加湿、通风和翻蛋等功能。
4. 报警功能： 当温湿度超过设定的阈值时，系统自动发出报警，通知用户及时进行调整。
5. 数据存储与分析： 系统将实时数据上传至云平台进行存储，用户可查看历史数据并进行分析，便于优化孵化条件。
6. 系统状态指示： OLED显示屏实时显示孵化系统的当前状态，包括温湿度、翻蛋周期等信息。

第三章 项目硬件模块组成

1. STM32F103RCT6微控制器： 作为系统的核心控制单元，负责各个硬件模块的控制和数据处理。
2. DHT11温湿度传感器： 用于实时监测孵化箱内部的温度和湿度，数据由STM32处理并反馈到控制系统。
3. 继电器模块： 控制加热、加湿、风扇等设备的开关操作。
4. 电动机驱动模块： 用于控制自动翻蛋的电动机，确保每个蛋在孵化过程中都能得到适当的翻动。
5. OLED显示屏： 显示系统的当前状态，包括温湿度、翻蛋周期、报警信息等。
6. OneNet云平台： 用于存储孵化数据，支持远程监控和控制功能。
7. 按钮和指示灯： 提供人工干预功能，用户可以通过按钮手动控制设备，并通过指示灯查看系统状态。
8. 电源模块： 提供稳定的电源支持各个硬件模块的正常运行。

第四章 设计思路

1. 硬件设计： 通过STM32F103RCT6微控制器与各个模块之间的接口设计，将温湿度监测、自动翻蛋、电源控制等功能进行集成。每个模块的功能在设计上都是独立的，通过串口、GPIO口等方式与主控芯片进行通信。
2. 软件设计： 系统的软件设计采用实时操作系统（RTOS）进行任务调度，保证温湿度数据采集、翻蛋控制、远程监控等任务能够实时响应。通过OneNet平台实现远程数据上传与控制功能，用户可以在任何地方实时监控孵化箱内的环境变化。
3. 数据通信： 采用OneNet物联网平台作为云端数据处理平台，确保系统的远程控制和数据存储功能得以实现。通过MQTT协议与云端进行通信，实现实时数据上传、远程控制、报警推送等功能。
4. 系统优化： 在系统设计过程中，为确保孵化过程的稳定性，设计了自动校准功能，对传感器的数据进行定期校准，减少误差。同时，系统也设有自动恢复机制，当系统出现故障时，会自动进行重启和故障排查。

第五章 系统功能总结

第六章 技术方案

1. 硬件方案： 系统采用STM32F103RCT6作为主控芯片，具备较强的处理能力和丰富的I/O接口，能够支持多种外设的连接。DHT11传感器提供实时的温湿度数据，继电器模块用于控制外部设备。电动机驱动模块控制自动翻蛋的电动机，确保蛋在孵化过程中得到适当的翻动。
2. 软件方案： 系统采用C语言开发，利用STM32 HAL库进行硬件驱动，RTOS进行任务调度。通信部分使用MQTT协议与OneNet云平台进行数据交互。为了确保系统的实时性，数据采集和处理部分进行了优化，避免出现延迟或数据丢失。
3. 云平台方案： 通过OneNet物联网平台进行云端数据存储和管理，支持远程监控和控制功能。平台提供API接口，方便开发者进行二次开发和功能扩展。

第七章 使用的模块的技术详情介绍

1. DHT11温湿度传感器： 该传感器采用数字信号输出，能够实时测量空气中的温度和湿度，具有较高的精度和稳定性。其工作电压为3.3V~5V，适合与STM32F103RCT6直接连接。
2. STM32F103RCT6： STM32F103RCT6是STMicroelectronics公司推出的一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器，具有较强的计算能力和丰富的外设接口，适用于各种嵌入式应用。它支持I2C、SPI、USART等通信方式，能够方便地与传感器、显示屏、继电器等外设进行交互。
3. OneNet平台： OneNet是华为推出的物联网平台，提供了数据采集、存储、分析、控制等功能。通过MQTT协议，用户可以轻松实现设备远程控制与数据监控。

第八章 预期成果

1. 实现一个基于STM32F103RCT6的智能远程孵化系统，具备温湿度自动调节、远程控制、自动翻蛋等功能。
2. 完成OneNet物联网平台的数据上传与远程控制功能，实现用户对孵化系统的实时监控。
3. 提高孵化率和孵化成功率，降低人工干预的需求，提升孵化效率。

第九章 总结

本项目设计了一款基于STM32的智能远程孵化系统，通过集成温湿度监测、自动翻蛋、远程控制等功能，提升了孵化过程的自动化和智能化水平。通过OneNet平台的支持，用户可以随时随地对孵化过程进行监控和管理，为传统农业注入了智能化的元素。未来，随着技术的不断进步，该系统可以扩展更多的功能，如智能故障诊断、数据分析优化等，进一步提升孵化效率和成功率。

第十章 STM32代码设计

以下是完整的STM32 main.c 代码示例，其他子模块的代码已经写好（如温湿度传感器、继电器控制、电动机控制、云平台通信等），该代码将重点整合这些子模块，完成主要功能。

#include "stm32f10x.h"
#include "dht11.h"
#include "relay_control.h"
#include "motor_control.h"
#include "oled_display.h"
#include "mqtt.h"
#include "one_net.h"
#include "timing.h"

// 定义温湿度阈值
#define TEMP_THRESHOLD_HIGH 38
#define TEMP_THRESHOLD_LOW  36
#define HUMIDITY_THRESHOLD_HIGH 70
#define HUMIDITY_THRESHOLD_LOW 40

// 定义报警阈值
#define ALARM_TEMP_HIGH 38
#define ALARM_TEMP_LOW  36
#define ALARM_HUMIDITY_HIGH 75
#define ALARM_HUMIDITY_LOW 35

// 定时器计时周期（秒）
#define MONITOR_INTERVAL 5

// 孵化系统当前状态
volatile uint8_t currentTemp = 0;
volatile uint8_t currentHumidity = 0;

// 延时计时器，用于周期性任务
volatile uint32_t timerCounter = 0;

// 功能：系统初始化
void System_Init(void)
{
    // 初始化GPIO
    GPIO_Init();
    
    // 初始化DHT11温湿度传感器
    DHT11_Init();
    
    // 初始化继电器控制
    Relay_Init();
    
    // 初始化电动机控制
    Motor_Init();
    
    // 初始化OLED显示屏
    OLED_Init();
    
    // 初始化MQTT通信
    MQTT_Init();
    
    // 初始化定时器
    Timer_Init();
}

// 功能：定时器中断服务程序
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        // 清除定时器中断标志
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
        
        // 更新定时器计数器
        timerCounter++;
        
        if (timerCounter >= MONITOR_INTERVAL)
        {
            // 每5秒进行一次数据采集
            timerCounter = 0;
            
            // 读取温湿度数据
            currentTemp = DHT11_ReadTemperature();
            currentHumidity = DHT11_ReadHumidity();
            
            // 显示温湿度
            OLED_DisplayTemperatureHumidity(currentTemp, currentHumidity);
            
            // 判断是否超出温湿度阈值，进行报警或调整
            if (currentTemp > ALARM_TEMP_HIGH || currentTemp < ALARM_TEMP_LOW || 
                currentHumidity > ALARM_HUMIDITY_HIGH || currentHumidity < ALARM_HUMIDITY_LOW)
            {
                // 发出报警
                OLED_DisplayAlarm("ALARM: Check environment!");
                Relay_AlarmControl(ON);  // 打开报警继电器
            }
            else
            {
                // 关闭报警
                OLED_ClearAlarm();
                Relay_AlarmControl(OFF);  // 关闭报警继电器
            }

            // 控制温湿度调节
            if (currentTemp > TEMP_THRESHOLD_HIGH)
            {
                // 温度过高，启动风扇或空调等冷却装置
                Relay_Control(RELAY_FAN, ON);
            }
            else if (currentTemp < TEMP_THRESHOLD_LOW)
            {
                // 温度过低，启动加热装置
                Relay_Control(RELAY_HEATER, ON);
            }
            else
            {
                // 温度正常，关闭加热和冷却装置
                Relay_Control(RELAY_FAN, OFF);
                Relay_Control(RELAY_HEATER, OFF);
            }

            if (currentHumidity > HUMIDITY_THRESHOLD_HIGH)
            {
                // 湿度过高，启动除湿装置
                Relay_Control(RELAY_DEHUMIDIFIER, ON);
            }
            else if (currentHumidity < HUMIDITY_THRESHOLD_LOW)
            {
                // 湿度过低，启动加湿器
                Relay_Control(RELAY_HUMIDIFIER, ON);
            }
            else
            {
                // 湿度正常，关闭加湿和除湿装置
                Relay_Control(RELAY_DEHUMIDIFIER, OFF);
                Relay_Control(RELAY_HUMIDIFIER, OFF);
            }

            // 自动翻蛋控制
            Motor_Control_AutoEggTurn();
            
            // 数据上传到OneNet云平台
            OneNet_UploadData(currentTemp, currentHumidity);
            
            // 检查是否需要远程控制
            MQTT_ReceiveAndControl();
        }
    }
}

// 功能：主函数入口
int main(void)
{
    // 系统初始化
    System_Init();
    
    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    
    // 启动中断
    __enable_irq();
    
    // 主循环
    while (1)
    {
     	
    }
}

// 功能：主循环定时任务
void Timer_Init(void)
{
    // 定时器配置
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    
    TIM_InitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;  // 72MHz / 7200 = 10KHz
    TIM_InitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_InitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;  // 10KHz * 1秒
    TIM_InitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_InitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStructure);
    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
    NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
}

// 其他子模块代码
// DHT11, Relay, Motor, OLED, MQTT, OneNet等子模块的函数定义
// 比如：DHT11_Init(), Relay_Init(), Motor_Init(), OLED_Init(), MQTT_Init() 等

说明：

1. 系统初始化：System_Init() 初始化了GPIO、DHT11传感器、继电器控制、电动机、OLED显示屏、MQTT通信等模块。
2. 定时器中断：TIM2_IRQHandler() 用于定时器中断处理，每5秒钟采集一次温湿度数据，判断是否需要报警、调节设备状态，并将数据上传到云平台。
3. 温湿度调节：通过继电器控制加热器、加湿器、风扇等设备，在温度或湿度超出设定范围时启动相应的设备。
4. 自动翻蛋：Motor_Control_AutoEggTurn() 函数控制电动机进行自动翻蛋。
5. 数据上传与远程控制：OneNet_UploadData() 用于将数据上传到OneNet平台，MQTT_ReceiveAndControl() 用于处理远程控制。
6. OLED显示与报警：通过OLED显示屏展示当前的温湿度数据，并显示报警信息（如有）。

模块化设计：

• 温湿度采集：DHT11_ReadTemperature()、DHT11_ReadHumidity()
• 继电器控制：Relay_Control()、Relay_AlarmControl()
• 电动机控制：Motor_Control_AutoEggTurn()
• MQTT通信：MQTT_Init()、MQTT_ReceiveAndControl()
• OLED显示：OLED_Init()、OLED_DisplayTemperatureHumidity()、OLED_DisplayAlarm()等