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编号：

T4492402M

设计简介：

本设计是基于单片机的水培控制系统，主要实现以下功能：

1. 通过土壤传感器检测营养液浓度（EC）以及PH，当营养液浓度不足时，自动补充
2. 通过水位传感器检测水位，当水位不足时自动加水
3. 通过温湿度传感器检测环境温湿度，并且可以自动调节室内温度和湿度
4. 通过光照传感器检测光照强度，当光照较暗时自动打开照明
5. 通过温度传感器检测水温，当温度过低时自动加热
6. 可以通过按键来设置阈值
7. 可以通过显示屏显示参数和阈值

电源：5V
传感器：水位传感器，温湿度传感器，温度传感器，光照传感器，RS485土壤检测仪
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：加热片、水泵、加湿器、风扇、USB灯、蜂鸣器
人机交互：独立按键

标签：STM32、OLED12864、HB-023、DHT11、DS18B20、光敏电阻、RS485土壤检测仪、N-MOS

题目扩展：基于STM32的智能大棚系统，基于单片机的土壤环境检测系统，基于单片机的智能花盆系统

基于 STM32 的水培控制系统设计

一、主控部分

核心：STM32 单片机

功能：获取输入数据、内部处理、控制输出

二、输入部分

1. 温湿度传感器模块：获取水培环境及营养液的温湿度数据
2. 水位传感器模块：监测水培容器内的当前水位
3. 光敏电阻模块：获取水培环境的光照强度
4. 485 串口通信模块：通过串口通信获取营养液的浓度数据
5. 独立按键：用于切换系统界面、设置温湿度、水位、营养液浓度等参数阈值
6. 供电电路：为整个水培控制系统供电

三、输出部分

1. OLED 显示模块：实时显示水培环境温湿度、容器水位、营养液 PH 值、环境光照强度及各项参数阈值设置界面
2. USB 灯模块：当水培环境光照强度不足时，启动补光功能
3. MOS 管控制模块（6 个）：分别控制加热装置、制冷装置、加湿装置、加水装置、营养液添加装置的运行
4. 蜂鸣器报警模块：当检测到温湿度、水位、营养液浓度 / PH 值等水质参数异常时，触发蜂鸣器报警

第 5 章 实物调试

5.1 整体实物构成

该设计主要硬件包含核心控制单元、温湿度 / 光照 / 水位等各类传感器、显示部件、N-MOS 管及驱动电路、蜂鸣器报警电路、电源电路等，共同搭建水培控制系统硬件基础。焊接流程上，先准备好电路板、元件，规划布局，接着依次将电阻、电容等小元件，再是传感器、芯片、MOS 管等焊接到对应焊盘，最后焊接显示部件、蜂鸣器等。注意事项有，焊接时控制好电烙铁温度、焊接时间，避免烫坏元件或电路板；元件引脚要预处理，去除氧化层，保证焊接牢固；遵循元件极性要求，像二极管、电容等极性接反会影响功能甚至损坏；焊接后检查焊点，确保无虚焊、短路，清理焊渣，保障电路稳定。整体实物如图 5-1 所示：

图 5-1 整体实物图

5.2 参数获取功能测试

该设计通过温湿度传感器获取环境中的温度和湿度数据，水位传感器监测营养液的水位情况，光敏电阻感应光照强度。单片机作为核心控制部件，接收来自这些传感器的数据信息，进行处理和分析。处理后的数据一方面用于系统的自动控制，比如依据温度数据控制空调调节室温，根据光照强度控制电灯照明；另一方面，将数据传输至显示屏进行显示。显示屏以清晰直观的方式呈现温度、湿度、水位、光照强度等各项参数，使用户能够实时了解水培系统的环境状况，便于及时发现异常并做出相应调整。参数获取功能图如下图 5-2 所示。

图 5-2 参数获取功能图

5.3 设置阈值功能测试

该设计的阈值设置功能，依托按键交互实现。当检测到不同键值（1、4 用于界面切换，2 执行各界面阈值 + 1 操作，3 执行各界面阈值 - 1 操作 ），对应在界面 1-7 中，分别对湿度、温度（最小 / 最大）、光强、水位、水温、营养液浓度等阈值，进行增加或减少的调整，以此灵活配置水培系统各环境参数的控制标准，适配植物生长需求。设置阈值功能测试如下图 5-3 所示：

图 5-3 设置阈值功能测试图

第 6 章 软件调试

6.1 软件介绍

Proteus 8.15 是一款由 Labcenter Electronics 开发的电子设计自动化（EDA）软件。它集电路仿真、PCB 设计和微控制器调试于一体，广泛应用于嵌入式系统开发等领域。该软件拥有丰富元件库，包含超 50000 种元器件，支持模拟 / 数字电路协同仿真，集成逻辑分析仪等虚拟仪器。它还内置 8051、ARM 等微控制器模型，支持与 Keil 等编译器联调。此外，Proteus 8.15 可实现从原理图到 PCB 的自动布局布线，并生成 3D 模型。其界面直观，支持工具栏和快捷键个性化定制，还提供电压探针等调试工具，方便用户分析电路行为。软件界面如图 6-1 所示：

图 6-1 软件界面图

6.2 参数获取功能测试

该水培控制系统的显示功能依托显示屏实现，能够实时呈现温度、湿度、水位、光强等关键环境与水培参数，同时也可清晰展示各参数的阈值设置情况，让用户能直观且全面地了解水培系统的运行状态，便于及时掌握系统内各要素的变化，为后续根据需求调整系统参数、保障水培植物良好生长提供清晰的参考依据。参数获取功能图如下图 6-2 所示。

图 6-2 参数获取功能图

6.3 设置阈值功能测试

该系统具备丰富的阈值设置功能，可通过按键操作，在不同界面分别设置湿度、温度下限、温度上限、光强、水位、水温以及 EC 浓度等阈值，满足水培过程中对各类环境及营养液参数的精准调控需求，为水培植物营造适宜生长环境提供参数设定支持。设置阈值功能测试如下图 6-3 所示：

图 6-3 设置阈值功能测试图