在全球气候变暖加剧、农业资源紧缺与农产品质量安全需求持续升级的背景下,传统农业温室面临人工管理效率低、极端天气易致棚体坍塌、参数调控失准等突出痛点。我们团队研发 的“云联 AI 智慧农业大棚” 智能控制系统,以 STM32F103C8T6 单片机为核心,融合物联网、多传感器融合与智能控制技术,打造低成本、高可靠的农业现代化解决方案,助力农业向智能化、可持续化转型。
系统构建 “数据采集 - 逻辑控制 - 执行响应 - 交互通信” 四层架构,软硬件深度协同实现闭环管理:
- 硬件核心配置:硬件上由三大模块构成,数据采集模块整合 DHT11 温湿度传感器、YL-69 土壤湿度传感器、BH1750 光照传感器、MQ135 有害气体传感器及 FSR402 薄膜压力传感器,实现五维参数全方位监测;控制执行模块通过 L9110 驱动模块精准控制风扇、水泵,搭配补光灯与蜂鸣器完成环境调节与安全预警;显示通信模块采用 OLED 屏本地实时显示数据,ESP8266-WiFi 模块构建远程交互通道,支持 50 米无遮挡稳定通信。
- 软件智能设计:采用模块化编程思路,主程序搭建 “感知 - 决策 - 执行 - 反馈” 闭环链路,数据处理子程序针对不同传感器特性优化滤波与校准算法,通信子程序通过 AT 指令配置 WiFi 模块实现数据实时传输,手机 APP 基于 E4A 开发,支持自动 / 手动双模式切换与远程控制,操作门槛低、适配性强。
系统围绕温室生产全流程需求,实现六大核心功能:
- 多参数实时监测:空气温湿度、土壤湿度、光照强度、有害气体浓度、棚体压力五维数据同步采集,误差≤3%,数据刷新周期≤1s,本地 OLED 屏与手机 APP 双端可视;
- 自动智能调控:预设作物适宜生长阈值,当温度>40℃/<10℃、土壤湿度<30%、光照<30lx 或有害气体>30ppm 时,自动启动风扇、水泵、补光灯等设备,无需人工干预;
- 结构安全预警:创新加入棚体压力监测,当压力>30Pa(如暴雪荷载超标)时,蜂鸣器触发声光报警并向 APP 推送预警信息,填补传统温室结构安全防护空白;
- 远程灵活控制:支持手机 APP 远距离启停设备,无遮挡环境下传输延迟≤1s,适配规模化与分散种植场景的值守需求;
- 双模式自由切换:自动模式按阈值自主调控,手动模式按需精准操作,满足不同种植场景与管理习惯;
- 数据同步一致:本地与远程端实时同步环境参数、设备状态,确保操作与监测数据准确无误。
- 核心创新突出:一是新增薄膜压力传感器实现棚体结构安全直接监测,规避极端天气坍塌风险;二是 “本地自动 + 远程手动” 双模式调控,较传统人工管理效率提升 60% 以上;
- 适配性与稳定性强:硬件耐 - 10℃~60℃宽温环境,传感器探头防腐防水,可适配蔬菜、花卉、育苗等多类温室场景,连续 72h 运行无故障;
- 成本优势显著:选用成熟元器件,硬件总成本≤500 元,较同类进口设备降低 60% 以上,部署便捷无需专业施工,适合中小种植主体普及。
该系统可广泛应用于设施农业各类场景,不仅能通过精准灌溉、按需通风减少 30% 水资源消耗、25% 电能消耗及 20% 化肥农药使用,每亩年均节省管理成本约 2000 元,还能提升作物产量 10%-20%,显著降低农业生产的资源浪费与经济风险。同时,系统降低农业生产对人工的依赖,缓解农村劳动力短缺问题,契合国家 “双碳” 目标与乡村振兴战略,助力农业绿色可持续发展,提升农产品质量安全与消费者信任度,为农业现代化转型提供有力支撑。