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在当今社会科技呈现出飞速发展的态势，一种名为数字农业经济的新兴事物应运而生并逐渐崭露头角，正在逐步改变传统农业原有的生产模式。智慧农业已成为社会发展的必然趋势。通过运用地理信息系统、遥感技术等先进手段，农民能够实时获取土壤湿度、土壤养分含量及作物长势等关键信息，从而做出更为科学合理的种植决策。而物联网系统能够为智慧农业提供新的方法。 本文提出一套基于STM32微控制器的物联网智慧农业硬件监测系统，涵盖数据采集、策略判断、数据转发和执行器下发等模块，用于实时监测作物生长的环境信息，旨在为智慧农业生产提供全新方法。
1 硬件框架设计 本系统基于STM32F103系列微控制器，由数据采集模块、数据显示模块、数据传输模块及执行器控制模块等组成。数据采集模块负责实时采集农业环境中的温湿度、土壤pH、EC值、土壤温湿度和光照强度等数据，并将这些数据实时传输至微控制器。数据显示模块则将这些采集到的数据实时显示在OLED屏幕上。数据传输模块根据当前工作模式（如串口、透传）将数据传输至不同接口，并根据微控制器制定的策略将数据下发至执行器。执行器控制模块根据微控制器下发的指令执行相应的动作响应。
2 硬件电路设计 2.1 硬件构成 硬件由STM32F103系列微型控制器、基于RS485协议的土壤多要素传感器、集成传感器（涵盖温湿度、光照）、摄像头集成模块、电机和集成水泵等模块构成。在工作状态时，各模块持续向STM32微控制器传输数据，STM32微控制器依据所接收的数据实施基础的策略控制，并实时向串口、Wi-Fi模块发送数据。Wi-Fi模块在接收到数据后，将原始数据封装后上传至上位机，从而为环境监测提供最有效的数据支撑。 2.2 硬件初始化 微型控制器在初始化阶段，会对模块功能（DHT11传感器、Wi-Fi模块）进行检测，并将检测结果实时展示于串口。若通信正常，系统将输出提示信息并显示IP地址；若显示出现错误，则会提示相应的报错信息。操作者可依据这些提示对硬件连接、路由通信等方面的错误展开检查。连接成功后，系统会显示传感器采集的数据。当Wi-Fi模块与上位机处于同一局域网时，二者可通过局域网进行通信，将数据传输至上位机。 2.3 数据采集及OLED屏幕显示 温湿度传感器DHT11传感器在测试成功之后，将以最高3ms的频率采集并转发信号。DHT11模块与光照传感器借助IIC通信协议向主机传输信号，土壤多要素传感器通过RS485协议传输数据。RS485模块通过模块代码驱动把信息传输至STM32微控制器，微控制器采集数据后开展策略控制并实时将信息显示于OLED屏幕上。 2.4 摄像头集成模块 摄像头模块选用ESP32-CAM作为系统的视频采集单元，此模块内置OV2640摄像头与Wi-Fi模块，可在不占用主程序Wi-Fi模块的情形下发送视频流。它借助UART接口接收STM32的启动指令，拍摄图像后将其上传至服务器。该模块支持JPEG图像压缩及定制分辨率设置，能够确保在低带宽条件下的图像传输效率。 2.5 Wi-Fi数据转发模块 Wi-Fi模块在完成初始化连接测试之后，便开始投入工作。Wi-Fi模块具备2种工作模式：第一种模式是将数据进行包装处理后传送至串口，以便供操作者开展调试工作；第二种模式为透传模式，即把原始数据封装成JSON格式后转发至Wi-Fi模块，Wi-Fi模块会将数据按照原样转发至服务器端，服务器再根据原始数据进行策略判断等操作。 Wi-Fi模块在接收数据时，会对所接收的数据进行预处理随后开展判断工作。明确上位机所发送的命令对应的具体执行器，再将数据传送至该具体执行器，从而实现用户对执行器的控制功能。 2.6 执行器模块 执行器模块由水泵、舵机和电机构成。其中电机用于通风，舵机用于大棚卷帘，水泵用于土壤加湿及后续植株用药设计。执行器模块能够对作物生长环境实施基本干预，使作物处于最为适宜的生长环境，进而达成提高农作物产量和质量的目标。
3 软件程序 3.1 软件程序流程 系统的程序主要是在STM32微控制器接收传感器数据的同时开展基础判断，随后将数据转发至服务器端，并且把判断后的执行器命令或上位机命令下发至执行器模块而构成的。 系统启动后首先开展初始化工作。若初始化工作取得成功将输出初始化结果，若初始化失败程序将停止运行等待调试。此后传感器会按顺序上传数据。待数据传输完成后进行策略判断。与此同时接收数据并拆分上位机所传输的数据。完成上述操作后将策略命令与上位机下发的数据一同下发至执行器。 3.2 接收命令预处理与后续处理 Wi-Fi模块在工作状态下会持续监听上位机所发送的命令状态，一旦接收到上位机发送的命令便会进行预处理。上位机发送的命令格式如下： {"motor" = 1, "server" = 40, "pump" = 1} 电机与水泵将提供具体参数，当参数取值为1时设备开启；当参数取值为0时设备关闭。若涉及舵机则需给出旋转角度，以此实现对卷帘棚膜大小的控制。STM32微控制器接收到这些数据后会对数据进行拆分处理。若数据对应电机与水泵，微控制器将控制其启动与关闭；若拆分后键值对中键为“server”，则会精确控制舵机的旋转角度。之后将相应命令下发至具体的控制器。在接收并执行控制命令之后，STM32微控制器会向上位机反馈执行结果，例如“电机已开启”“舵机已启动”等。 3.3 数据的转发与上报 程序在运行过程中接收到的传感器原始数据，会首先进行基础处理将其转化为具体数值。Wi-Fi模块与串口转USB模块接入STM32微控制器的不同USART端口。在普通模式下，数据会经过简单封装后发送至串口转USB模块；在透传模式下，数据会经过JSON封装后发送至Wi-Fi模块，具体格式如下： {
"type": "sensor_dat",
"timestamp": "1750617600000",
"temperature": 27.0,
"humidity": 74.0,
"light": 15800,
"nitrogen": 15.3,
"phosphorus": 8.7,
"potassium": 12.1,
"ph": 6.5,
"ec": 150.0
} STM32微控制器会持续以1s的周期将这些数据上报至上位机，同时也会将数据上报至串口转USB模块供调试人员查看。
4 服务器测试数据通信 开启上位机的服务器模块，使该服务器模块与硬件的Wi-Fi模块接入同一局域网。对服务器与Wi-Fi模块进行连接测试，测试通过后即可开展通信。将Wi-Fi模块的模式设定为透传模式，即可通过Wi-Fi向服务器端传输原始数据，随后在服务器端检查数据是否被正常接收。 数据接收正常意味着数据通信已成功，硬件部分能够正常运行并可向串口或服务器进行数据的收发操作。 本系统于成都市气象路某农田完成测试，数据传输稳定，监测数据准确。数据以每秒1次的系统周期上报，且封装格式无误，能正常识别。在数据下发时，执行器能够正常接收并识别数据，舵机、电机、水泵均运行正常。 与其他系统相比，本系统预留了PC协议、SPI协议、RS485协议等接口，对相关模块进行模块化编程，便于后期扩展。在接线方面，本系统采用插拔式接线方式，与传统的焊接集成版相比，可根据地理环境和作物生长需求调整系统的传感器与执行器结构，具有较强的可塑性。此外，本系统集成了多个模块，为农业生产提供了新的方法。
5 结束语 本文提出了一套基于STM32微控制器的智能环境检测硬件系统。该系统借助传感器持续监测作物生长的环境数据，并将其不断上报至上位机，这些数据涵盖环境温湿度、土壤温湿度、光照强度、土壤pH和EC值等。同时，系统持续向上位机传输视频流，用于检测作物的生长状况与病虫害情况。此系统运用边缘网关，具备较高的实时性，为上位机判断病虫害情况、检测作物生长情况提供了有效的数据支撑。然而，该系统存在一定的局限性，如数据采集不够全面、病虫害检测后的干预手段较少等。在后续开发过程中，可着重在这些方面加以改进，为智慧农业生产提供更有力的数据支持。 参考文献： [1]郑旭良,廖恒,杨嘉豪,等.基于STM32微控制器的智慧农业环境监测识别硬件系统设计与实现[J].智慧农业导刊,2026,6(04):1-4.DOI:10.20028/j.zhnydk.2026.04.001. 特别提醒：物联网专业交流群欢迎物联网行业相关的人群加入，同时群内欢迎各路社牛、大咖、前辈加入，群内除了不能发敏感内容、色情内容，以及不太建议多次发送推广内容，其他内容皆可畅聊~——交流QQ群724511126，进群的朋友请备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群！ 利益冲突声明：本研究不存在研究者以及与公开研究成果有关的利益冲突。
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发表于 2026-3-24 16:31:17