基于单片机的水培控制系统（有完整资料）

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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：

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
通过水位传感器检测水位，当水位不足时自动加水
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
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
通过温度传感器检测水温，当温度过低时自动加热
可以通过按键来设置阈值
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

温湿度传感器模块：获取水培环境及营养液的温湿度数据
水位传感器模块：监测水培容器内的当前水位
光敏电阻模块：获取水培环境的光照强度
485 串口通信模块：通过串口通信获取营养液的浓度数据
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
供电电路：为整个水培控制系统供电

三、输出部分

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
USB 灯模块：当水培环境光照强度不足时，启动补光功能
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
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

设计说明书部分资料如下

设计摘要：

随着现代农业技术的不断发展，水培种植作为一种高效、环保的种植方式日益受到关注。水培植物的生长依赖于精准的环境条件与营养液供给，然而当前多数水培系统在实际应用中存在诸多不足。一方面，对于营养液的关键指标如浓度和酸碱度以及水位情况，缺乏及时且自动的监测与补充机制，易影响植物生长；另一方面，在环境温湿度、光照以及水温等方面，难以做到全面且自主的精准调节，往往依靠人工干预，既耗费人力又难以保证效果。

本研究基于单片机设计水培控制系统，旨在弥补上述不足。通过集成多种传感器，实现对营养液、环境参数及水温的准确监测，并能自动控制相关设备进行相应调节，如自动补充营养液、调节温湿度、光照以及水温等。这不仅能为水培植物创造理想的生长环境，提高种植效率与质量，还能推动水培技术朝着智能化、自动化方向进一步发展，有着重要的现实意义。

关键词：水培种植；单片机；现代农业