注：仅展示部分文档内容和系统截图，需要完整的视频、代码、文章和安装调试环境请私信up主。

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学生的技术与实现

摘   要

生活水平提高之后，家庭绿化植物就慢慢成了现代生活不可缺少的一部分。传统的养护模式依靠人工来实施干预，既消耗了大量的人力和时间，又由于不能精确地控制环境参数而造成植物生长状态的波动比较明显。开发家庭绿植智能化自动化管理系统有重大的实际意义，该系统可以极大地提高养护工作便捷性、科学化水平，而且能有效地减少人力物力和经营费用。

本系统是以硬件和软件相融合的方式来构建，其硬件方面使用的是STM32F103C8T6微控制器来作为整个系统的主要处理单元。该平台把OLED显示屏、多种环境参数传感器（二氧化碳、一氧化碳和温湿度检测模块）整合到一起，并且装有蜂鸣报警装置、锂离子电池电源管理系统以及TB6612步进电机驱动芯片，从而达到数据采集处理、信息显示输出、异常状态报警、机械设备控制等多种功能的集成。ESP8266 Wi-Fi扩展板用来把采集到的数据传送到云端服务器，从而实现远程监测以及数据分享的功能。系统从软件上采用分层结构，在系统的各个功能模块之间用不同的功能模块来完成系统初始化、传感器信号分析、智能算法运算和通信协议的封装等工作。各个子系统互相配合使得系统具有一定的自主运行能力，并且提高了决策的效率以及人机交互的质量，可以满足不同的应用场合的需求。

本系统用模块化的设计思想，各个功能模块独立运行又紧密合作，给系统的后期维护和更新打下了良好的基础。集成各种传感器设备可以得到准确的环境变量信息，采用智能算法对大量的数据加以解析和处理，从而精准地调控影响植物生长的重要微生态因子。依靠WiFi通信协议，系统具有了远程监测和控制的能力，可以实时了解目标植物的状态；同时开发出移动端应用界面也大大改善了人机交互效果，方便用户自行设置阈值参数并执行设备的操作任务。

关键词： 家庭绿植自动化养护系统；智能化；STM32F103C8T6；C语言；传感器；物联网

1  绪论

1.1 开发背景

在城市化加快、居民生活水平不断提高的情况下，家庭植物养护已经成为了现代都市生活必不可少的一部分。传统的养护模式依靠人工经验，灌溉、施肥以及光环境的调节等方面经常会遇到反应慢或者决策失误等情况，这样会引发植物生长受阻的问题，还会因为管理失当而使植物大面积死亡。据统计可知，大约六成的家庭盆栽植物因养护不当而死亡，这样既造成了资源的浪费，又给环境造成不良的影响。伴随着物联网、传感器技术和嵌入式系统的发展，智能植物养护应运而生，有明显的优点。依靠持续获取环境参数并控制自动化装置运行，此种方式可以对植物生存条件实施高精度管控并调配植物资源，显著改善了养护速度及植物存活情况，给绿色生活方式推广给予了技术支撑。

1.2 国内外研究现状分析

根据目前的研究表明，城镇化水平迅速提高，居民生活水平持续改善，家庭绿植养护需求量也越来越大[1]。根据2025-2030年中国家庭绿化养护服务业发展报告可知，到2024年我国家庭园艺市场的规模已经达到500亿元人民币左右，在未来十年左右的时间里，随着我国社会经济发展水平的不断提高以及家庭人口老龄化问题不断加剧，我国的家庭园艺市场将会呈现出持续增长的趋势，而且每年的增长率会达到百分之十几的增长速度。

2 技术介绍

2.1 C语言

1972年丹尼斯·里奇和肯·汤普森一起发明了C语言，它以性能好、代码迁移速度快、占用的硬件资源少而逐渐在计算机科学中占据了主导地位。在嵌入式设备开发、操作系统底层搭建、图形处理引擎创建以及大规模并行计算等诸多前沿技术应用方面，C语言有着明显的优势，是目前被使用得最广的并且影响最大的编程语言之一。

2.2 Keil uVision开发环境

KeiluVision 是一款专门为 MDK-ARM 和 C51 等 Keil 软件系列所设计的综合开发工具，它的特点在于具有很强的可自定义性以及良好的用户体验。平台依靠多窗口界面布局以及拖放操作的功能大大提高了开发者的开发速度。依靠直观的设备配置界面，用户可以较快得到外部模块技术参数，并由此改进硬件设计。KeiluVision 调试支持具备很多高级功能模块，历史日志追踪，模块化项目管理，逐行执行控制，变量实时监测等等，可以使得开发者在各种开发环境当中自由地来回转换，并且保证系统始终处于稳定状态，从而为其程序验证以及故障检测提供充足的支持。

3 总体设计

3.1 系统功能概述

本系统以创建家庭绿植养护智能化、自动化体系为目标，可以概括出以下几点主要的功能特点。

1.环境参数实时监测

2.智能决策与自动控制

3.本地显示与异常报警

4.远程监控与手动干预

5.低功耗与稳定供电

3.2 硬件选型

3.2.1 单片机选型

STM32F103C8T6是 STMicroelectronics公司生产的32位微处理器，采用ARMCortex-M3核。该芯片具有高速 USB，SPI，I2C， USB等多个定时器，模数转换器，脉宽调制等多个功能模块，可以很好地适应各种复杂的需要。

3.2.2 OLED显示屏选型

3.2.3 蜂鸣器选型

3.2.4二氧化碳传感器选型

3.2.5一氧化碳传感器选型

3.2.6 TDS传感器选型

3.2.8 PH传感器选型

3.2.9 BH1750光照传感器选型

4 硬件原理及设计

4.1 单片机最小系统

STM32F103C8T6微控制器搭载ARM Cortex-M3高性能内核，最高主频可达72 MHz，运算效能达90DMIPS。该器件集成了64KB Flash存储器和20KB SRAM，外部扩展可以大大提高存储容量。

4.2 OLED显示屏工作原理

在微控制器设计中，SSD1306这种OLED显示屏的硬件结构大多是由主控芯片来完成的，而驱动IC以及有机发光二极管面板则起着图文显示的作用。

4.3 蜂鸣器工作原理

蜂音器是一种能发出声响的简单线路。这里使用的是有源蜂鸣器。该系统由蜂鸣器，驱动器，控制电源三部分构成。

5 系统软件设计

5.1 主流程设计

本设计用STM32F103C8T6微控制器作为主要的控制单元，用模块化结构和事件驱动的方法来形成系统的体系结构。开始的时候这个主控芯片会执行一系列的初始化操作，调节系统时钟频率，设置GPIO端口的映射方式，使外部设备能够正常工作等。

5.2 OLED显示屏流程图设计

本文主要研究了 OLED 显示屏信息呈现精度提高的初始化流程。首先检测电源稳定程度，保证整个供电系统正常工作并消除安全隐患；之后利用I²C或者SPI通信接口完成参数设置，把主机端配置文件同步到目标设备上，进而达成数据高效交换以及兼容性的改进。

6 系统测试

6.1 测试方案与测试环境

本章主要对家庭绿植自动养护系统的功能性进行测试，目的在于看它是否符合实际使用时所需要达到的可靠、精确和稳定的标准。为了系统地评价该系统，建立了包含多个方面的评价指标体系，并用实证研究的方法对硬件性能、软件算法精度、通信接口的性能、系统整合能力等主要参数进行了详细的分析。整个试验过程中按照由简入繁、循序渐进的原则进行，先做局部功能验证，再做整体协同测试，保证各个部分都达到预定的技术要求，从而为系统的连续、稳定的运行奠定良好的基础。同时，本研究也对智能化植物栽培环境中对设备的高精度控制以及远程监控需求做了进一步的研究，并且对该技术是否可行进行了理论分析。

参考文献

[1]李敏,陈贵强,李雄.基于智能与装配的绿植景观调控施工技术[J].建筑技术,2025,56(16):2041-2044.

[2]Temirzhanov A ,Sadykov B ,Zholdybayev T , et al.Analog frontend for signal processing for MCA based on STM32 microcontroller[J].Journal of Physics: Conference Series,2025,2984(1):012012-012012.

[3]洪汗福.园林绿化养护技术在不同季节的应用研究[J].科技资讯,2024,22(18):166-168.

[4]蒋琳琳.现代家居绿植养护平台的人性化设计[J].明日风尚,2024,(17):112-114.

[5]陈前程,成祖德,卞林峰,等.智能养护技术对绿植量与碳中和协同效应研究[J].安徽建筑大学学报,2024,32(04):57-63.

[6]葛先雷,陈少潼,章志鹏,等.基于STM32的智能绿植养护系统设计[J].通化师范学院学报,2024,45(06):1-7.

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注：仅展示部分文档内容和系统截图，需要完整的视频、代码、文章和安装调试环境请私信up主。