第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着城市化进程的加快和居民生活水平的提高，花卉养殖不仅成为美化家庭与办公环境的重要方式，更被赋予了舒缓压力、调节情绪的精神价值，越来越多的人将花卉养护作为生活的一部分。然而，花卉生长对环境条件有着严苛且差异化的要求，例如多肉植物喜干燥光照足的环境，而兰科植物则需要较高的空气湿度与散射光，温度、湿度、光照、土壤墒情等任一参数的失衡都可能导致花卉枯萎、生长迟缓或病害滋生。传统的花卉养护模式高度依赖个人经验，养护者需频繁手动检查环境状态并进行浇水、通风等操作，不仅耗时耗力，且难以精准把握调控时机——尤其对于忙碌的都市人群或缺乏养护经验的新手而言，往往因疏忽或操作不当导致花卉养护失败，这一问题已成为制约家庭花卉养殖普及的重要瓶颈。

与此同时，现有花卉养护工具的局限性进一步凸显了技术升级的必要性。当前市场上的产品多呈现“碎片化”特征：部分设备仅能实现单一功能，如独立的土壤湿度计或定时浇水器，无法实现多参数联动监测；部分自动化设备虽具备基础控制功能，但缺乏数据记录与分析能力，用户难以追溯环境变化规律；还有些系统依赖固定阈值运行，无法根据花卉种类或生长阶段灵活调整，难以满足个性化养护需求。此外，随着智慧家居理念的普及，用户对设备的交互便捷性、数据可视化程度提出了更高要求，传统设备在移动端集成、远程控制等方面的不足，也限制了其在现代家庭中的应用。

在此背景下，开发基于STM32的智能花卉养殖系统具有重要的现实意义与应用价值。从技术层面看，该系统通过整合多传感器数据采集、嵌入式控制、无线通信与移动应用交互等技术，构建了一套集监测、控制、交互于一体的完整解决方案，突破了传统设备功能单一、智能化程度低的局限，为家庭园艺提供了技术集成的示范样本。从实用价值而言，系统通过实时监测与自动调控，将用户从繁琐的手动操作中解放出来，降低了养护门槛，使缺乏经验的用户也能实现精准养护；多参数监测与历史数据查询功能，既能为不同花卉定制专属生长模型，又能帮助用户通过数据复盘优化养护策略，提升花卉存活率与生长质量。从行业发展角度，该系统的设计理念契合了智慧农业向家庭场景延伸的趋势，为小型化、低成本的智能园艺设备研发提供了参考，推动花卉养殖从“经验驱动”向“数据驱动”转变，助力智慧家居生态的完善与升级。

1.2 国内外研究现状

在智能花卉养殖系统领域，国内外研究均围绕环境精准调控与养护自动化展开，但在技术路径、应用场景与发展阶段上存在一定差异。  

国外相关研究起步较早，聚焦于多技术融合与产业化应用。在环境监测层面，欧美国家较早将高精度传感器（如SHT系列温湿度传感器、TSL2561光照传感器）与物联网（IoT）技术结合，实现温度、湿度、CO₂浓度等参数的实时采集与云端传输，例如美国加州大学的研究团队开发的智能园艺系统，通过ZigBee无线通信协议构建传感器网络，可远程监测温室花卉的微环境数据，并基于预设模型触发灌溉或通风设备。在自动化控制方面，国外研究更注重算法优化，如采用模糊控制或机器学习算法动态调整光照时长、浇水频率，以适配不同花卉的生长周期，荷兰的花卉种植企业甚至将此类系统与植物生长模型结合，实现郁金香、玫瑰等经济花卉的工业化精准培育。不过，国外系统多面向大型温室或专业种植场景，存在成本高、设备集成复杂等问题，家庭场景下的小型化、低成本解决方案相对较少，且对用户个性化操作需求的兼容性不足。  

国内研究则以家庭场景为主要切入点，侧重功能集成与成本控制。近年来，随着STM32等嵌入式芯片的普及，国内学者与企业推出了一系列基于微控制器的智能养花设备，核心是通过多传感器（温湿度、土壤湿度、光照）与执行机构（水泵、风扇、LED灯）的联动，实现基础环境调控。例如，部分研究采用STM32F103系列芯片作为主控，结合OLED显示屏与蓝牙模块，实现本地数据展示与手机APP远程控制，在功能上覆盖了自动浇水、光照补偿等核心需求。但国内研究仍存在明显短板：一是监测维度较单一，多数系统未纳入CO₂浓度等影响植物光合作用的关键参数，且缺乏历史数据存储与分析功能，难以支撑养护策略的优化；二是控制逻辑多基于固定阈值，智能化程度有限，无法根据花卉生长阶段动态调整参数；三是设备交互方式较简单，部分系统仅支持物理按键操作，缺乏移动端的精细化管理功能。  

总体而言，国内外研究已形成“精准监测+自动控制”的核心框架，但家庭场景下的系统仍面临三大痛点：参数监测的全面性不足、智能调控的动态适应性有限、用户交互的便捷性与个性化欠缺。因此，开发一套兼顾多参数监测、自适应控制、低成本与强交互性的智能花卉养殖系统，既是对现有技术的补充与优化，也能更好地满足家庭用户对花卉精细化养护的需求，具有明确的研究价值与应用前景。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕智能花卉养殖系统的构建展开，核心内容包括多维度环境参数监测模块、自动化控制模块、数据交互与存储模块的设计与集成。具体而言，将通过集成温湿度、光照强度、土壤湿度、CO₂浓度等传感器，实现对花卉生长环境的全面感知；基于核心控制器搭建自动控制逻辑，根据预设阈值联动风扇、水泵、LED灯等执行设备，完成温度调节、自动浇水、光照补偿等操作；同时开发本地显示与远程交互功能，通过屏幕实时展示数据，结合无线通信实现手机APP的数据查看、历史记录追溯及设备手动控制，并支持用户通过物理按键或APP设置动态阈值。研究过程中，将采用硬件选型与电路设计、嵌入式程序开发、控制逻辑算法优化、系统联调与性能测试的方式推进，通过多次试验验证传感器数据采集的准确性、执行设备响应的及时性及人机交互的稳定性，确保系统在满足功能需求的同时，兼顾运行效率与使用便捷性。