STM32 智能盆栽监控系统

这是一个基于 STM32F103C8T6 微控制器的智能盆栽监控系统，使用 Rust 编程语言开发。该系统能够实时监测盆栽的环境参数，并通过串口与上位机通信，实现远程控制和数据采集。

项目概述

本项目实现了一个完整的嵌入式系统，包括：

• 传感器数据采集：温度、湿度、土壤湿度、光照强度
• 执行器控制：水泵、补光灯、风扇、蜂鸣器
• 通信协议：与 ESP32 等上位机通过串口通信
• 实时控制：支持脉冲控制和状态切换

硬件配置

• MCU: STM32F103C8T6 (Blue Pill)
• 传感器:
  • DHT11: 温度和湿度传感器
  • BH1750: 光照强度传感器 (I2C 接口)
  • 土壤湿度传感器: 模拟量输入 (ADC)
• 执行器:
  • 水泵 (PB0)
  • 补光灯 (PB1)
  • 风扇 (PB10)
  • 蜂鸣器 (PA1，低电平触发)
• 通信:
  • USART1: PA9(TX), PA10(RX), 115200bps

嵌入式知识介绍

ADC 读取

ADC (Analog-to-Digital Converter) 用于将模拟信号转换为数字信号。在本项目中，土壤湿度传感器输出模拟电压，通过 ADC 转换为数字值。

原理：

• STM32F103 的 ADC 分辨率为 12 位 (0-4095)
• 采样时间可配置以平衡速度和精度
• 土壤传感器在干燥时电阻大 (电压高)，湿润时电阻小 (电压低)
• 转换公式：百分比 = 100 - (ADC值 * 100 / 4095)

代码实现：

pub fn read_percent(adc: &mut Adc<ADC1>, pin: &mut PA0<Analog>) -> u8 {
    adc.set_sample_time(SampleTime::T_239);
    let raw: u16 = block!(adc.read(pin)).unwrap_or(0u16);
    let percent = if raw >= 4095 {
        0
    } else {
        100_u32.saturating_sub((raw as u32 * 100) / 4095).min(100) as u8
    };
    percent
}

DHT11 读取

DHT11 是数字温湿度传感器，使用单总线协议通信。

原理：

• 单总线通信协议：主机发送启动信号，传感器响应并发送数据
• 数据格式：40位 (8位湿度整数 + 8位湿度小数 + 8位温度整数 + 8位温度小数 + 8位校验和)
• 时序要求严格：需要精确的微秒级延时
• 校验和：前4字节相加应等于第5字节

通信时序：

1. 主机拉低18ms后释放
2. 传感器响应：80us低电平 + 80us高电平
3. 数据传输：每个位以50us低电平开始，高电平持续时间决定0/1 (26-28us=0, 70us=1)

I2C 读取

I2C (Inter-Integrated Circuit) 是一种串行通信协议，用于连接多个设备。

原理：

• 双线制：SDA (数据线) + SCL (时钟线)
• 主从架构：STM32 作为主机，BH1750 作为从机
• 地址：BH1750 默认地址 0x23
• 通信流程：
  1. 起始条件
  2. 发送从机地址 + 写命令
  3. 发送命令字节
  4. 停止条件
  5. 延时等待转换
  6. 起始条件
  7. 发送从机地址 + 读命令
  8. 读取数据字节
  9. 停止条件

BH1750 光照传感器：

• 命令：0x20 (一次性高分辨率模式)
• 输出：16位数据，需要除以1.2转换为Lux值

串口读取

USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) 用于与上位机通信。

配置：

• 波特率：115200 bps
• 数据位：8位
• 停止位：1位
• 校验：无

接收处理：

• 中断驱动：每接收一个字节触发中断
• 行缓冲：累积接收直到换行符
• 协议解析：自定义命令格式 (target:action:time)

快速开始

请参考 getting-started.md 获取详细的构建和烧录指南。

项目结构

src/
├── main.rs          # 主程序入口，RTIC 任务定义
├── actuators.rs     # 执行器控制逻辑
├── protocol.rs      # 通信协议实现
└── sensors/         # 传感器模块
    ├── mod.rs       # 传感器接口定义
    ├── dht11.rs     # DHT11 温湿度传感器
    ├── soil.rs      # 土壤湿度传感器
    └── bh1750.rs    # BH1750 光照传感器

通信协议

系统使用自定义文本协议通过串口通信：

• 命令格式: target:action:time\n
• 响应格式: ack:target:action:result:message\n
• 数据上报: data:temperature:humidity:soil:lux:buzzer:water:light:fan\n

许可证

本项目采用双重许可证：Apache-2.0 和 MIT。

贡献

欢迎提交 Issue 和 Pull Request！

行为准则

本项目遵循 Rust Code of Conduct。