基于STM32的禽畜舍养殖环境监控系统设计与实现

第1章绪论

1.1研究背景与意义

禽畜养殖环境质量直接关系到禽畜健康和养殖效益，传统养殖环境监测多依赖人工巡检，存在温湿度监测不及时、氨气浓度缺乏实时检测、饲料余量和水位的在线监测能力不足、定时补料和自动控制缺乏等问题。例如，温度过高或过低时影响禽畜生长和产蛋产肉；氨气浓度超标时危害禽畜呼吸系统，严重时导致中毒；饲料余量不足时无法及时补料，影响禽畜进食；饮水水位过低时禽畜缺水，影响健康；而人工巡检存在时间间隔长、数据不连续等问题，无法及时发现环境异常。因此，开发一种集多参数环境监测、设备联动、定时补料和远程监控于一体的禽畜舍养殖环境监控系统，对于提升养殖环境管理水平和保障禽畜健康具有重要的现实意义。

目前，禽畜舍养殖环境监测主要存在以下不足。一是监测手段落后，多数禽畜舍无温湿度、氨气、饲料余量和水位等环境参数在线检测功能，养殖人员无法实时掌握环境状况。二是预警能力不足，环境参数异常时无法及时报警和联动控制，氨气超标时无法自动启动排气风扇，温度异常时无法自动调节。三是缺乏定时补料，饲料补充依赖人工，费时费力且不精准。四是远程传输能力不足，环境数据无法远程查看，管理效率低，难以实现多舍的集中监控。

基于STM32F103C8T6单片机的禽畜舍养殖环境监控系统的设计意义重大。该系统能够通过DHT11实时监测温湿度，MQ-135检测氨气浓度，HX711称重模块监测饲料余量，水位传感器监测饮水水位。OLED显示屏直观呈现各项数据和设备状态。系统支持自动和手动两种运行模式，自动模式下温度过高启动降温、过低启动加热，氨气超标或湿度过大启动通风，水位过低启动补水，到达4个预设定时时间检测饲料余量并自动补料。蜂鸣器和LED实现声光报警，SU-03T语音模块播报异常提示。ESP8266 WiFi模块连接OneNET云平台，实现手机端远程监控与控制。FLASH存储阈值实现掉电不丢失。

1.2国内外研究现状

在国内外，针对禽畜舍养殖环境监控及智慧养殖系统的研究都在不断深入且取得了一定成果。

国外在相关领域起步相对较早，许多发达国家在智慧养殖方面投入了大量研究。部分系统采用高精度多参数传感器，能够同时监测温度、湿度、氨气、二氧化碳、光照和粉尘等多项指标，并通过LoRa或工业以太网将数据传输至监控中心，实现集中监控和大数据分析。一些系统还集成了人工智能算法，通过分析历史数据实现环境质量预测和禽畜健康评估，甚至与自动喂料和环境控制系统联动，实现全自动化养殖管理。

国内近年来也高度重视智慧养殖发展，不少科研团队和企业投入到这一领域的研究中。在传感器应用上，国产传感器性能逐步提升，成本不断降低，使得大规模部署成为可能。基于STM32单片机配合多传感器和WiFi通信模块的方案，因性价比高而得到广泛应用。然而，现有方案多数侧重单一参数监测，对从多参数环境监测到设备联动再到定时补料和远程监控的全闭环流程尚缺乏系统性探讨。

综合来看，禽畜舍养殖环境监控技术正朝着更加智能、更加多元、更加联网的方向发展。对于预算有限的养殖场而言，高端系统成本过高，难以大面积推广。而基于STM32单片机配合DHT11、MQ-135、HX711和ESP8266 WiFi模块的轻量化方案，虽然算力有限，但成本低、监测参数全面、具备设备联动和定时补料能力，非常适合中小型养殖场的实际需求。如何在有限的成本预算下，实现多参数环境监测、设备联动、定时补料和远程监控的全闭环流程，是一个具有实用价值的研究课题。

1.3研究内容与方法

本研究围绕基于STM32的禽畜舍养殖环境监控系统展开，重点聚焦于多参数环境监测、设备联动控制、定时补料与远程监控几大方面。在环境监测上，选取DHT11温湿度传感器、MQ-135气体传感器、HX711称重模块和水位传感器，精准采集禽畜舍的多维参数。针对设备联动，设计自动和手动两种模式，自动模式下根据阈值判定驱动加热、降温、通风、补水和补料设备。针对定时补料，设计4个定时时间，到达时检测饲料余量并自动补料。针对远程监控，通过ESP8266 WiFi模块连接OneNET云平台，实现手机端远程查看和控制。

研究方式主要采用理论分析与实践结合，先对系统功能需求进行深入分析，构建理论框架，再通过实际搭建系统、模拟禽畜舍环境监测场景进行测试验证，根据测试结果不断优化改进，以完善整个系统。