【成都东软学院本科毕业】基于STM32的猪舍养殖系统的设计与实现

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学生的技术与实现

摘 要

随着现代化养殖业的迅速发展，猪舍环境的监测与控制已成为提升养殖效率和保障动物健康的关键。为了解决传统养殖模式下环境数据监测不及时、信息传递不畅等问题，基于STM32单片机的猪舍养殖系统应运而生。该系统通过多个传感器实时采集温湿度、光照强度、烟雾浓度等环境数据，并利用显示模块直观呈现，推动养殖业向智能化、自动化方向发展。

本系统采用STM32F103C8T6作为主控芯片，通过与DHT11、光敏电阻、MQ-2传感器等硬件的结合，实现了对猪舍环境的全面监测。同时，系统通过SG90伺服电机和TB6612电机驱动模块实现遮阳与通风控制功能，配合有源蜂鸣器提供报警机制，确保环境达标。此外，利用ESP8266 Wi-Fi模块将数据上传至云端，实现远程监控，加速信息化进程。开发的APP使用户能够实时查看传感器数据及历史记录，同时便捷地进行手动控制。

本研究整合软硬件技术，为养殖业主提供高效、智能的解决方案。通过实时数据监测与分析，可以更好地掌握养殖环境变化，确保生猪的健康成长。此外，该系统还为未来农业数字化和智慧农业的发展提供了参考，为相关领域的研究和应用奠定基础。

关键词：猪舍养殖系统；智慧养殖；远程监控；STM32单片机

• 1 章绪论
  1. 选题背景

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对猪肉及其制品的消费需求持续增长，这为生猪养殖产业带来了巨大的发展机遇。然而，传统的生猪养殖模式普遍存在生产效率低下、资源消耗大、环境污染严重、疫病风险高等问题，严重制约了产业的现代化升级与可持续发展。猪只的生长性能、健康水平和繁殖效率与其所处的生活环境密切相关。环境因子如温度、湿度、光照、有害气体浓度等，是影响猪只生理状态和行为的关键因素。例如，环境温度过高会导致猪只热应激，食欲减退，生长缓慢；湿度过大则易滋生细菌、引发呼吸道疾病；而氨气、硫化氢等有害气体（可由烟雾传感器MQ-2等监测）浓度超标，会直接损害猪只的呼吸系统和免疫力；光照强度不适时会影响猪的休息与采食规律。此外，火灾等安全隐患更是对养殖场构成了毁灭性威胁。因此，实现对猪舍环境关键参数的精准监测与智能调控，是现代化、集约化猪舍管理的核心需求。

1. 2选题目的与意义
   1. 2.1选题目的

本选题旨在设计并实现一套基于STM32微处理器的智能化猪舍养殖监控系统，集成温湿度、光照强度、烟雾（有害气体）浓度、火焰等多类传感器，构建一个全面的环境数据采集系统，实现对猪舍内部环境7x24小时不间断的自动化监测，取代低效、滞后的人工巡检。以STM32为核心，编写智能控制算法，使系统能够根据预设的环境阈值（如温度上限、烟雾浓度报警值），自动控制遮阳板和通风设备的启停，实现对环境的自主调节。

1. 2.2理论意义

本研究是将嵌入式系统技术、物联网技术、传感器技术综合应用于现代农业养殖领域的一次具体实践。它探索了多源异构传感器数据在STM32平台上的融合处理方法，研究了基于阈值判断的自动控制逻辑与远程手动控制相结合的混合控制策略，并实现了从边缘端（STM32）到云端再到移动端的完整物联网应用架构。

• 第2章关键技术介绍
• 2.1软件开发技术
• 2.1.1C语言

C 语言是本系统嵌入式开发的核心编程语言，具备执行效率高、可直接操作硬件底层、可移植性强等特点，适用于 STM32 微控制器程序开发。在基于 STM32 的猪舍养殖监控系统中，C 语言用于实现传感器数据采集、执行器控制、逻辑判断、串口通信及报警处理等功能，是连接硬件与软件逻辑的关键基础，能够保证系统实时性与稳定性，满足养殖环境监测与自动控制的需求。

2.1.2Keil uVision 开发环境

Keil uVision 提供了一个功能强大且灵活的开发平台，支持多种Keil产品，如Keil MDK-ARM、Keil C51等。其开发界面有着灵活的窗口管理体系，支持多显示器与拖放功能，开发人员能够按照自身喜好和工作要求自由地对开发界面进行组织与管理。并且，Keil uVision 给出了系统浏览器窗口，该窗口有能力显示设备外设寄存器信息，这为开发者提供了详尽的硬件视图，这对理解与调试底层硬件是有帮助的。它的调试功能也不容小觑，调试还原视图、多项目工作区都被包含在内，还有像单步执行、断点设置、变量查看等诸多调试功能。这让开发者在不同项目间轻松切换，既能维持开发环境的干净与有序，又能便利地对应用程序进行调试与测试，迅速定位并解决错误[4]。

2.1.3STM32CubeMX介绍

STM32CubeMX提供了一个直观易用的图形用户界面，使得开发者能够轻松配置和初始化STM32微控制器。开发者能够借助一些简单操作，像拖拽与连接之类，去完成诸如引脚分配、时钟设置、外设初始化等重要步骤，进而在很大程度上精简了开发的流程。而且，STM32CubeMX还有自动处理引脚冲突的能力，以此来保证配置的准确性与可靠性[6]。

2.1.4MQTT通信协议

MQTT 是一种轻量级物联网通信协议，具备低功耗、小体积、稳定可靠的特点，非常适合硬件设备与云端的数据传输。本系统通过 ESP8266 WiFi 模块接入 MQTT 服务器，实现传感器数据上传、远程控制指令下发，为 APP 实时监控、远程操作提供通信支撑，是系统实现物联网功能的核心协议。

1. 2.1硬件开发技术
2. 2.2.1STM32F103C8T6

STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3内核的高性能微控制器，具有运算速度快、外设资源丰富、功耗低、稳定性强等特点，广泛应用于物联网、智能监测与自动控制等领域。该控制器拥有丰富的GPIO接口、ADC采集接口、串口通信接口以及定时器资源，能够满足多传感器数据采集与多设备控制的需求。

• 第3章系统分析

1. 1. 功能需求分析

基于STM32的猪舍养殖系统的核心功能是实现猪舍环境的实时监测、自动调控、异常报警及远程管理，贴合生猪养殖的实际需求，确保系统功能实用、便捷、可落地。为更清晰呈现系统功能架构与用户交互场景，先给出系统结构图与用例图，再详细阐述具体功能需求：

1. 1. 1. 系统结构图

本系统采用分层架构设计，以STM32F103C8T6为主控核心，分为感知层、控制层、通信层、应用层四层，各层协同工作，实现系统全功能运行，感知层负责采集猪舍各类环境数据，控制层对数据进行处理并执行控制逻辑，通信层实现数据上传与远程指令交互，应用层为用户提供操作入口与数据展示，执行层响应控制指令完成环境调控与报警，数据库实现历史数据长期存储，各层协同形成完整的智能化养殖监控体系。

系统功能组织架构图

1. 环境数据采集功能：系统通过DHT11温湿度传感器、光敏电阻、MQ-2烟雾传感器、火焰传感器，实时采集猪舍内的温度、湿度、光照强度、烟雾浓度及火焰状态，采集频率可灵活设置（默认每10秒采集一次），确保数据采集的实时性与准确性，为后续控制决策提供数据支撑。

2. 数据实时显示功能：通过OLED 0.96寸4针脚显示模块，实时展示采集到的各类环境数据，包括温湿度数值、光照强度、烟雾浓度及设备运行状态（遮阳、通风、报警），便于现场工作人员直观查看猪舍环境状况，无需借助远程设备即可掌握核心信息。

3. 自动调控功能

4. 异常报警功能

5. 远程监控与控制功能

6. 历史数据查看功能

3.2数据分析

本系统的数据分析核心是对猪舍环境数据进行采集、处理、存储与应用，围绕环境参数的合理性、异常数据的识别展开，为系统控制决策和养殖管理提供依据，具体数据分析内容如下：

1. 数据采集范围确定

2. 数据处理方式

3. 数据存储与应用

4. 数据交互分析

1. 非功能性需求
2. 3.3.1安全性

系统的安全性主要体现在设备安全、数据安全和使用安全三个方面，适配猪舍养殖的实际场景，避免因安全问题导致养殖损失或系统故障

• 第4章系统设计
• 4.1系统架构设计

猪舍养殖系统硬件框图设计以核心功能与所选硬件为中心展开，系统采用STM32F103C8T6单片机作为控制中枢，承担协调各硬件模块运行工作，各类传感器相互组合构成前端感知层，DHT11温湿度传感器实时采集温湿度数据，这些传感器把采集到的环境及安全信息传输给单片机[8] ESP8266 - 01S WIFI模块充当通信桥梁，促使单片机与MQTT云服务器形成连接，实现远程数据的传送及指令交互，OLED显示屏作为本地信息的展示所用模块，直观呈现系统运行的状态以及采集的数据，蜂鸣器报警设备要是检测到异常状况，单片机操纵蜂鸣器发出警报，同时可进行应急相关处理。整个硬件框图清晰揭示了各硬件模块之间的连接关系及数据走向，采用单片机采集传感器数据然后处理，依托WIFI模块的远程通信实力，契合手机APP的远程监控与操控功效，联合搭建起一个功能完备、反应及时的猪舍养殖系统[9]。系统结构框图如图4-1所示。

1. 系统硬件设计
2. 4.2.1电路设计

系统硬件电路图如图 4.2 所示，采用STM32F103C8T6作为控制中心，通过DHT11、光敏电阻、MQ-2、火焰传感器实时监测猪舍的温度、湿度、光照强度、烟雾浓度与火焰状态。ESP8266 01S WIFI 模块负责硬件与云端服务器之间的通信，实现数据上传与远程指令接收。此外，系统还配备了蜂鸣器、SG90 舵机、TB6612 电机驱动模块与直流电机，用于异常报警、遮阳控制与通风环境调节功能。

• 第5章系统实现
  1. 硬件实现

硬件实物展示猪舍养殖系统的硬件部分，由主控模块、功能模块、按键模块、显示模块、通信模块组成。主控模块使用STM32F103C8T6型号的单片机，能够成功的向各个外设发送、接收程序指令，并对数据进行逻辑运算和处理；功能模块由 MQ2烟雾传感器、DHT11温湿度传感器，通过与主控模块上的引脚接口进行连接，实现数据传输和控制，能够成功采集环境的温湿度，并定时进行数据整合；按键模块由三位按键实现，每个按键对应了不同的功能，通过按下按键触发电路闭合，满足电流通过条件，实现人机交互；显示模块使用 OLED显示屏来将采集到的温湿度数据、烟雾等显示读出；报警模块使用了OLED灯，可以根据传感器模块的检测情况作出及时反应；通信模块使用了ESP8266模块。

1. 软件实现
2. 5.2.1登录功能实现

系统登录界面如图 5.7所示，首先用户在页面输入框中输入用户名和密码，组件基于UniApp框架开发，结合移动端适配规范实现了简洁直观的交互布局。在data函数中，定义了username和password两个数据字段，用于绑定用户输入的账号信息，同时配置了前端实时校验逻辑，确保输入内容为空时登录按钮处于禁用状态。

5.2.2历史数据查看功能实现

前端在onShow生命周期钩子中调用getHistoryList方法，获取模拟的历史数据并填充到historyData数组中进行展示。

5.2.3数据传输，远程控制，报警实现

系统通过 DHT11、光敏电阻、MQ-2、火焰传感器采集猪舍环境数据，经预处理后，由 STM32F103C8T6 通过 USART2 与 ESP8266 01S Wi-Fi 模块通信，基于 MQTT 协议实现三大核心功能。

• 第6章系统测试
  1. 测试方法

软件测试首要的目标是检测系统的缺陷及漏洞，软件测试还能识别出系统潜藏的风险点，为保障系统实现安全稳定运行，一定要把软件开发过程中的测试工作做好，系统开发弄好之后，肯定要对其进行全面测试，以确保各个模块的功能以及逻辑在保证正确的时候，又得符合用户的性能标准。用以增进测试的效率和精准度，由此实现快速查找问题并解决问题，该系统具备保障软件质量、功能逻辑正确的本领，同时还可及时察觉系统中未被发现的错误，这对软件质量的保障意义重大，在软件开发过程中一定要加强软件测试工作，软件测试还必须做到对项目进度持续跟踪，并切实把控各个开发阶段的产品质量。

1. 1. 测试用例

（1）烧写程序模块测试

从烧写程序模块、电源复位等来进行测试，系统的测试用

1. 1. 系统运行与调试
      1. 程序运行与烧写程序测试

程序完成之后，进行编译，编译完成即程序运行完成，未出现任何错误或警示，程序运行结果图如图6-1所示。以此为基础，对系统存在的有待完善的地方，提出相应的建议及解决方案。在程序编译完成后，进行程序的烧写工作，若烧写失败，可下载烧写工具并下载，当出现操作成功的文字描述时，表明程序烧写成功，程序的烧写工作结果如图

参考文献

[1]何晓凤,毛智远.基于单片机的智能养殖监测系统设计[J].电子制作,2022,30(01):42-44+70.

[2]李俐颖.基于STM32的小型猪舍远程监控系统设计[D].成都大学,2022.

[3]刘辅之.分娩母猪舍环境控制系统[D].黑龙江八一农垦大学,2023.

[4]庄佳境,高丙朋,陈浩辉.面向畜禽养殖温度监测的数据融合技术研究[J].现代电子技术,2023,46(14):157-162.

[5]李俞浩,杨辉,李海波,陈婷,何伟伟,付成果,王占奎.基于单片机的猪舍环境监测模块的设计[J].湖北理工学院学报,2023,39(04):10-15.

[6]曹衎,梁灿,桂琪,谭保华.基于物联网的生猪养殖健康监测系统研究[J].黑龙江畜牧兽医,2023,(24):42-50+146.

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。