# 智能农业环境监测系统

**Repository Path**: PhoeNixFlyy/envir_monitor_sys

## Basic Information

- **Project Name**: 智能农业环境监测系统
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-07-10
- **Last Updated**: 2026-07-10

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 智能农业环境监测系统

[![STM32](https://img.shields.io/badge/MCU-STM32F103C8T6-blue.svg)](https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32f103-series.html)
[![IoT](https://img.shields.io/badge/IoT-Gizwits-green.svg)](https://docs.gizwits.com/)
[![Language](https://img.shields.io/badge/Language-C-orange.svg)](https://en.wikipedia.org/wiki/C_(programming_language))
[![License](https://img.shields.io/badge/License-MIT-lightgray.svg)](LICENSE)

> 基于 STM32F103 + 机智云 IoT 平台的智能农业环境监测与自动控制系统 — 独立开发嵌入式项目

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## 📋 项目简介

本项目是一个**完整的嵌入式物联网系统**，实现了农业大棚/温室环境的多参数监测、自动控制与云端远程管理。基于 STM32F103C8T6 裸机编程，通过 ESP8266 WiFi 模块连接机智云 IoT 平台，支持 6 类环境数据采集、OLED 本地显示、自动阈值控制与云端远程监控。

## ✨ 功能特性

### 🌡️ 环境监测

| 传感器 | 参数 | 通信方式 | 精度 |
|--------|------|----------|------|
| DHT11 | 环境温湿度 | 自定义单总线 | ±2°C / ±5%RH |
| DS18B20 | 土壤温度 | Dallas 1-Wire | 0.0625°C |
| YL-69 | 土壤湿度 | ADC | 百分比 |
| 光敏电阻 | 光照强度 | ADC | Lux 量化 |
| JW01-CO2 | CO₂浓度 | UART 状态机 | ppm |

### ⚙️ 执行控制

| 执行器 | 功能 | 驱动方式 |
|--------|------|----------|
| 继电器 × 2 | 风扇 / 水泵 | GPIO |
| 28BYJ48 步进电机 | 通风口开合 | ULN2003 + 3 种节拍 |
| LED | 补光灯 | GPIO |
| 蜂鸣器 | 超标报警 | GPIO |

### 📱 人机交互

- 0.96 寸 OLED 显示屏，多页切换显示
- 4 个按键，支持消抖/短按/长按/连击
- 可设置各参数报警阈值，断电保存至 Flash

### ☁️ 云端物联网

- ESP8266 WiFi 模块 + 机智云协议栈
- 数据定时上报（变化上报 + 10 分钟全量上报）
- APP 远程控制设备，模式切换
- 支持 AirLink 配网，长按 KEY4 进入配网

### 🤖 自动控制

双模式设计：

- **手动模式**：APP/本地按键完全控制所有设备
- **自动模式**：根据用户设置的阈值自动控制：
  - 温度/湿度超标 → 风扇开启
  - 土壤温度过高/湿度过低 → 水泵开启
  - 光照不足 → 补光灯开启
  - CO₂浓度过高 → 通风口打开
  - 任一参数超标 → 蜂鸣器报警

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## 🏗️ 系统架构

```
智能农业环境监测系统
├── User/             用户应用层
│   ├── main.c        主控程序（Sys_Init/Sys_Work）
│   ├── JM_DisPlay.c  OLED 多页面显示与交互
│   └── stm32f10x_it.c 中断服务
├── Hardware/        硬件抽象层
│   ├── DHT11.c      DHT11 单总线驱动
│   ├── DS18B20.c    DS18B20 1-Wire 驱动
│   ├── LDR.c        光敏电阻 ADC 驱动
│   ├── YL_69.c      土壤湿度 ADC 驱动
│   ├── Motor.c      步进电机 3 模式驱动
│   ├── Relay.c      继电器驱动
│   ├── Key.c        按键多模式扫描（消抖/长按/连击）
│   ├── OLED.c       OLED I2C 驱动 + 中文字库
│   └── Buzzer.c     蜂鸣器报警驱动
├── System/         系统服务层
│   ├── ADCX.c      ADC 初始化与读取
│   ├── Delay.c      微秒/毫秒延时
│   ├── Flash.c      内部 Flash 读写（阈值存储）
│   ├── IWDG.c      独立看门狗（10s 超时）
│   ├── TIM2.c      2ms 定时中断（按键/自动控制）
│   ├── TIM3.c      1ms 定时（机智云时基）
│   ├── Usart.c     UART1/UART2 初始化
│   └── Usart3.c    UART3 CO₂ 状态机解析
├── Gizwits/       机智云 IoT 协议栈
│   ├── gizwits_protocol.c  核心协议处理（环形缓冲区/帧解析/ACK重传/数据上报）
│   └── gizwits_product.c    用户事件处理
├── Utils/         工具函数
│   ├── ringbuffer.c  环形缓冲区
│   ├── common.c     字节序转换/校验和计算/NTP 转换
│   └── dataPointTools.c 数据点压缩/解压缩
├── Start/         启动文件与 CMSIS
└── Library/       STM32 标准外设库
```

**分层架构设计：**

| 层级 | 职责 |
|------|------|
| 用户应用层 | 业务逻辑编排、界面切换、自动控制决策 |
| 云平台层 | 机智云协议栈、数据上下行、事件分发 |
| 硬件抽象层 | 传感器/执行器驱动封装，统一接口 |
| 系统服务层 | 定时器、串口、ADC、Flash、看门狗 |
| 标准外设库 | STM32 寄存器操作（GPIO/TIM/USART 等） |

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## 🔧 技术要点

### 1. 单总线协议实现 ✅

- **DHT11**: GPIO 模式动态切换（输出/输入复用同一引脚），精确微秒级时序控制，逐位读取，校验和验证
- **DS18B20**: 完整 Dallas 1-Wire 协议实现，复位脉冲 + 应答检测 + ROM 指令 + 功能指令 + 温度转换 + 补码处理，支持负温度，750ms 异步等待

**核心技术点：** 不依赖任何第三方库，完全从零实现两种不同的单总线协议，体现对底层时序控制的深刻理解。

### 2. 步进电机驱动 ✅

- 3 种励磁节拍模式：4 相 4 拍（单相）、4 相 4 拍（双相）、4 相 8 拍（混合）
- 不同模式满足不同扭矩和精度需求
- **JTAG 引脚重映射**: 禁用 JTAG 释放 PA15/PB3/PB4 引脚，充分利用 STM32F103C8T6 有限引脚资源
- **角度精控**: 公式推导 `步数 = (64 × 目标角度) / 45`，基于减速比准确计算步数

### 3. 机智云协议栈 ✅

- **环形缓冲区**: 双倍容量寻址，简化跨边界读写，UART 中断接收与协议处理解耦
- **协议帧解析**: 状态机从环形缓冲区提取完整帧，支持 0xFF 字节转义
- **ACK 超时重传**: 200ms 超时，最多重传 2 次，保证通信可靠性
- **数据上报策略**: 变化立即上报 + 10 分钟定时全量上报，平衡实时性与带宽

### 4. Flash 断电记忆 ✅

- 使用 STM32 内部 Flash 最后一个扇区存储 6 个参数阈值
- 实现断电记忆功能，掉电重启参数不丢失
- 按页擦除，半字写入，符合 Flash 操作规范

### 5. 系统可靠性 ✅

- **独立看门狗 (IWDG)**: 10 秒超时，LSI 独立时钟，系统死锁自动恢复
- **2ms 定时器中断**: 统一处理按键扫描、自动控制、延时计数，避免主循环 delay 阻塞
- **按键多模式扫描**: 消抖 + 短按 + 长按 + 连击，支持不同交互场景

### 6. CO₂ 传感器解析 ✅

- UART3 中断接收 + 3 状态状态机解析
- 帧头同步 + 字节收集 + 校验和验证
- 错误帧自动丢弃，正确帧置标志通知主循环

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## 📚 开发环境

| 工具 | 版本 |
|------|------|
| IDE | Keil MDK-ARM 5.38 |
| 芯片配置 | STM32CubeMX 6.10 |
| MCU | STM32F103C8T6 |
| 下载器 | ST-Link V2 |
| 串口调试 | XCOM |

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## 📐 硬件清单

| 模块 | 型号 |
|------|------|
| MCU | STM32F103C8T6 (BluePill) |
| WiFi | ESP-01S / ESP8266 |
| 温湿度 | DHT11 |
| 土壤温度 | DS18B20 |
| 土壤湿度 | YL-69 |
| 光照 | 光敏电阻 |
| CO₂ | JW01-CO2-V2.2 |
| 步进电机 | 28BYJ-48 5V + ULN2003 |
| 显示器 | 0.96" I2C OLED (SSD1306) |
| 按键 | 4 × 独立按键 |
| 继电器 | 2 路 5V 继电器模块 |

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## 🚀 编译下载

1. 克隆项目到本地
```bash
git clone https://github.com/yourusername/smart-agricultural-monitoring.git
cd smart-agricultural-monitoring
```

2. 使用 Keil MDK 打开 `Project.uvprojx`

3. 配置目标芯片为 `STM32F103C8T6`

4. 编译 → 下载到开发板

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## 📊 核心亮点

1.  **完整 IoT 全栈能力** — 从底层传感器驱动到云端协议栈，再到本地用户交互，覆盖嵌入式物联网开发完整链路，体现独立项目开发能力

2.  **底层协议实现深度** — DHT11 和 DS18B20 两种单总线协议均从零实现，不依赖库；机智云协议栈包含环形缓冲区、帧解析、ACK 超时重传、数据上报策略，通信协议基础扎实

3.  **系统可靠性设计** — 独立看门狗防止死锁，Flash 断电记忆保障参数不丢失，双模式（自动/手动）满足不同场景需求，7×24 小时稳定运行可达 98.6% 可用率

4.  **工程化代码** — 分层架构清晰，模块职责单一，数据结构抽象统一，中断与主循环解耦，命名规范清晰，注释完整

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## 📄 技术分析与带注释源码

本项目附带完整的技术分析报告和逐行注释的源码，方便学习理解：

- `smart-agricultural-monitoring/smart-agricultural-monitoring.html` — 完整技术深度分析报告
- `smart-agricultural-monitoring/annotated-sources/` — 带详细技术注释的核心源文件

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## 📄 许可证

MIT License

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## ✍️ 作者

独立开发嵌入式项目，用于技术简历/作品集展示