【雕爷学编程】Arduino智慧农业之温室种植系统（温度和湿度监测）_arduino实现水肥

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

Arduino智慧农业的主要特性：
1、传感器和执行器集成：Arduino智慧农业系统可以集成各种传感器（如温度传感器、湿度传感器、土壤湿度传感器等）和执行器（如水泵、电机、灯光等），以监测和控制农业环境。
2、数据采集与分析：Arduino智慧农业系统能够采集农业环境的数据，并进行实时分析和处理。这些数据可以用于监测植物生长状态、土壤条件、气候变化等，并帮助农民做出相应的决策。
3、远程监控和控制：Arduino智慧农业系统可以通过网络连接实现远程监控和控制。农民可以通过手机、电脑等设备远程监测农田的状况，并进行相应的控制操作，如远程灌溉、调节温度等。
4、自动化和智能化：Arduino智慧农业系统可以自动执行一系列任务，如自动浇水、自动调节光照等，减轻农民的劳动负担，提高工作效率。同时，通过智能算法和决策模型，系统可以根据实时数据做出自动化决策，使农业生产更加智能化。

Arduino智慧农业的核心优势：
1、低成本：Arduino是开源硬件平台，硬件成本相对较低，容易获取和使用。农民可以根据自己的需求和预算，自行组装和定制智慧农业系统。
2、灵活性：Arduino平台具有良好的可扩展性和兼容性，可以与各种传感器和执行器相结合，适应不同的农业环境和需求。农民可以根据自己的实际情况选择合适的组件和功能。
3、易用性：Arduino平台具有简单易用的编程接口和开发工具，即使对于非专业的农民或初学者，也能够快速上手并进行开发。Arduino社区提供了大量的教程和示例代码，方便学习和参考。

Arduino智慧农业的局限性：
1、有限的处理能力：Arduino是一种小型的嵌入式系统，处理能力相对有限。对于一些复杂的农业应用，可能需要更强大的硬件平台来处理大量的数据和复杂的算法。
2、有限的网络连接能力：Arduino通常通过有线或蓝牙等短距离连接进行通信，对于远程农田或需要广域网连接的场景，可能需要额外的设备来实现网络连接。
3、缺乏标准化和监管：由于Arduino是开源平台，缺乏统一的标准和监管机制。这可能导致不同的系统之间的兼容性问题，并增加系统的维护和管理难度。
4、需要一定的技术知识：尽管Arduino平台相对易于使用，但对于一些农民来说，仍然需要一定的电子和编程知识。对于缺乏相关技术知识的农民来说，可能需要额外的培训和支持。

Arduino智慧农业中的温室种植系统（温度和湿度监测）是一种利用Arduino开发板实现的智能化系统，用于监测温室中的温度和湿度。下面将从主要特点、应用场景和需要注意的事项三个方面进行详细解释。

主要特点：
实时监测：温室种植系统通过集成温度和湿度传感器，可以实时监测温室内的环境参数。这有助于农业业主及时了解温室内部的温湿度变化，确保作物在适宜的环境条件下生长。
数据记录和分析：系统可以将温度和湿度数据记录下来，以便农业业主进行后续的数据分析和统计。通过对温湿度数据的分析，农业业主可以了解温室环境的变化趋势，优化种植策略，提高作物的产量和质量。
报警功能：温室种植系统可以设定温度和湿度的阈值，当环境参数超过或低于设定值时，系统可以自动发出警报通知。农业业主可以及时采取措施，调整温室环境，保护作物免受不利影响。
远程访问：通过连接到互联网，农业业主可以远程访问温室种植系统，随时了解温室内的温度和湿度情况。无论身在何地，只需使用手机、平板或电脑，农业业主可以监控温室环境并进行远程控制，提供及时的决策支持。
系统可扩展性：Arduino开发板具有丰富的扩展接口和库，可以方便地与其他传感器和执行器进行集成。温室种植系统可以根据需要扩展其他功能，例如光照监测、水肥控制等，实现更多细粒度的温室管理。

应用场景：
蔬菜种植：温室是蔬菜种植的关键环境之一，温度和湿度对蔬菜的生长和产量有重要影响。温室种植系统可以帮助农业业主监测和调节温室内的温湿度，为蔬菜提供适宜的生长环境，提高蔬菜的质量和产量。
花卉种植：对于花卉种植来说，温湿度的控制对花卉的生长和开花有关键作用。温室种植系统可以帮助农业业主实时监测和调节温室内的温湿度，为花卉提供最佳的生长环境，增加花卉的观赏价值和市场竞争力。
苗木育苗：在苗木育苗过程中，温湿度的控制对苗木的生长和成活率至关重要。温室种植系统可以帮助农业业主监测和调节温室内的温湿度，为苗木提供适宜的生长环境，提高苗木的成活率和质量。

需要注意的事项：
传感器选择与校准：选择质量可靠的温湿度传感器，并确保其与Arduino开发板的兼容性。此外，还需要定期进行传感器的校准，以确保温湿度数据的准确性。
电源供应与稳定性：温室种植系统需要稳定的电源供应，以保证系统的正常运行。建议使用稳定的直流电源或备用电池，并确保电源供应的稳定性和可靠性。
网络连接和安全性：如果需要远程访问温室种植系统，需要确保网络连接的稳定性和安全性。建议使用安全的加密协议和防火墙保护系统，防止未经授权的访问和数据泄露。
数据处理和存储：温室种植系统产生的温湿度数据需要进行有效的处理和存储。建议使用合适的数据处理算法和数据库，确保数据的可靠性和可访问性。
定期维护和保养：温室种植系统需要定期的维护和保养，包括清洁传感器、检查电路连接、更换电池等。定期维护可以确保系统的正常运行和数据的准确性。

总结而言，Arduino智慧农业中的温室种植系统（温度和湿度监测）能够实时监测温室内的温湿度，提供数据记录和分析，具备报警功能和远程访问能力。它适用于蔬菜种植、花卉种植和苗木育苗等场景。在使用过程中，需要注意传感器选择与校准、电源供应与稳定性、网络连接和安全性、数据处理和存储，以及定期维护和保养等事项。

案例1：温湿度数据采集并通过串口输出

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
}

void loop() {
  float temperature = dht.readTemperature();
  float humidity = dht.readHumidity();

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperature);
  Serial.print(" °C\t");
  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.print(humidity);
  Serial.println(" %");

  delay(2000);
}
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要点解读：
此程序使用DHT库来读取DHT11温湿度传感器的数据，并通过串口输出温度和湿度值。
在setup()函数中，启动串口通信和DHT传感器。
在loop()函数中，通过readTemperature()和readHumidity()函数获取温湿度数据。
通过串口输出将温湿度数据打印到串口监视器。
使用delay()函数设置采集数据的间隔时间。

案例2：温湿度数据采集并显示在LCD屏幕上

#include <DHT.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);
  dht.begin();
}

void loop() {
  float temperature = dht.readTemperature();
  float humidity = dht.readHumidity();

  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Temp: ");
  lcd.print(temperature);
  lcd.print(" C");

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Humidity: ");
  lcd.print(humidity);
  lcd.print(" %");

  delay(2000);
}
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要点解读：
此程序使用DHT库读取DHT11温湿度传感器的数据，并通过LCD显示屏显示温度和湿度值。
在setup()函数中，初始化LCD显示屏和DHT传感器。
在loop()函数中，通过readTemperature()和readHumidity()函数获取温湿度数据。
清除LCD屏幕上的内容，并使用setCursor()和print()函数将温湿度数据显示在指定位置。
使用delay()函数设置数据采集的间隔时间。

案例3：温湿度数据采集并上传到ThingSpeak平台

#include <DHT.h>
#include <WiFi.h>
#include <ThingSpeak.h>

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11

const char* ssid = "your_SSID";
const char* password = "your_PASSWORD";
const char* server = "api.thingspeak.com";
const char* apiKey = "your_API_key";

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
WiFiClient client;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  Serial.println("Connected to WiFi");
}

void loop() {
  float temperature = dht.readTemperature();
  float humidity = dht.readHumidity();

  ThingSpeak.begin(client);
  ThingSpeak.setField(1, temperature);
  ThingSpeak.setField(2, humidity);

  int httpCode = ThingSpeak.writeFields(THINGSPEAK_CHANNEL_ID, apiKey);

  if (httpCode == 200) {
    Serial.println("Data sent to ThingSpeak");
  } else {
    Serial.println("Error sending data to ThingSpeak");
  }

  delay(2000);
}
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要点解读：
此程序使用DHT库读取DHT11温湿度传感器的数据，并将数据上传到ThingSpeak平台。
在setup()函数中，启动串口通信、DHT传感器和Wi-Fi连接。
在loop()函数中，通过readTemperature()和readHumidity()函数获取温湿度数据。
使用ThingSpeak.begin()函数初始化ThingSpeak客户端，并使用setField()函数设置温度和湿度字段的值。
使用writeFields()函数将数据发送到ThingSpeak平台，并将返回的HTTP状态代码存储在httpCode变量中。
根据HTTP状态代码判断数据是否成功发送，并在串口监视器中打印相应的消息。
使用delay()函数设置数据上传的间隔时间。
请注意，以上代码中的"your_SSID"、“your_PASSWORD”、"your_API_key"和"THINGSPEAK_CHANNEL_ID"需要您根据自己的实际情况进行替换。确保您已经安装了相应的库（例如DHT库、LiquidCrystal_I2C库、WiFi库、ThingSpeak库），并正确配置您的Wi-Fi网络和ThingSpeak平台。

案例4：温湿度控制

#include <DHT.h>
#include <WiFi.h>

#define WIFI_SSID "YourWiFiSSID"
#define WIFI_PASSWORD "YourWiFiPassword"
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT11
#define TEMPERATURE_THRESHOLD 25.0
#define HUMIDITY_THRESHOLD 60.0

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
WiFiClient client;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  Serial.println("Connected to WiFi");
}

void loop() {
  float temperatureValue = dht.readTemperature();
  float humidityValue = dht.readHumidity();

  if (isnan(temperatureValue) || isnan(humidityValue)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor");
    return;
  }

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureValue);
  Serial.print(" °C, Humidity: ");
  Serial.print(humidityValue);
  Serial.println(" %");

  if (temperatureValue > TEMPERATURE_THRESHOLD) {
    // 执行降温操作
    // ...
  }

  if (humidityValue > HUMIDITY_THRESHOLD) {
    // 执行除湿操作
    // ...
  }

  delay(2000); // 间隔2秒
}
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要点解读：
该程序使用DHT库读取温湿度传感器数据，并使用WiFi库连接到Wi-Fi网络。
在setup()函数中，我们启动串口通信，并使用WiFi.begin()函数连接到Wi-Fi网络。
在loop()函数中，我们使用dht.readTemperature()和dht.readHumidity()函数读取温湿度数据，并存储在相应的变量中。
如果无法读取到温湿度数据，我们打印错误消息并返回。
我们通过比较温度和湿度数据与预设的阈值（TEMPERATURE_THRESHOLD和HUMIDITY_THRESHOLD）来判断是否需要执行相应的控制操作。
在示例中，如果温度超过阈值，我们可以执行降温操作；如果湿度超过阈值，我们可以执行除湿操作。
在控制操作的部分，您可以根据实际需求编写相应的代码逻辑，例如打开或关闭风扇、加湿器等。

案例5：温湿度数据上传到云平台

#include <DHT.h>
#include <WiFi.h>
#include <Adafruit_MQTT.h>
#include <Adafruit_MQTT_Client.h>

#define WIFI_SSID "YourWiFiSSID"
#define WIFI_PASSWORD "YourWiFiPassword"
#define AIO_USERNAME "YourAdafruitIOUsername"
#define AIO_KEY "YourAdafruitIOKey"
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT11

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
WiFiClient client;
Adafruit_MQTT_Client mqtt(&client, "io.adafruit.com", 1883, AIO_USERNAME, AIO_KEY);

Adafruit_MQTT_Publish temperature = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/temperature");
Adafruit_MQTT_Publish humidity = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, AIO_USERNAME "/feeds/humidity");

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  Serial.println("Connected to WiFi");

  mqtt.connect();
}

void loop() {
  mqtt.processPackets(10000);

  float temperatureValue = dht.readTemperature();
  float humidityValue = dht.readHumidity();

  if (isnan(temperatureValue) || isnan(humidityValue)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor");
    return;
  }

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureValue);
  Serial.print(" °C, Humidity: ");
  Serial.print(humidityValue);
  Serial.println(" %");

 if (!temperature.publish(temperatureValue)) {
    Serial.println("Failed to publish temperature value to Adafruit IO");
  }

  if (!humidity.publish(humidityValue)) {
    Serial.println("Failed to publish humidity value to Adafruit IO");
  }

  delay(2000); // 间隔2秒
}
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要点解读：
该程序使用DHT库读取温湿度传感器数据，并使用WiFi库连接到Wi-Fi网络。
使用Adafruit MQTT库和Adafruit IO平台，将温湿度数据上传到云平台进行存储和监测。
在setup()函数中，我们启动串口通信，并使用WiFi.begin()函数连接到Wi-Fi网络。然后，我们使用Adafruit MQTT客户端初始化mqtt对象，并连接到Adafruit IO平台。
在loop()函数中，我们使用mqtt.processPackets()函数处理与Adafruit IO的通信。
我们通过dht.readTemperature()和dht.readHumidity()函数读取温湿度数据，并存储在相应的变量中。
如果无法读取到温湿度数据，我们打印错误消息并返回。
我们使用temperature.publish()和humidity.publish()函数将温湿度数据发布到Adafruit IO中的相应Feed。
如果发布失败，我们打印错误消息。
通过在Adafruit IO控制面板上创建相应的Feed和Dashboard，您可以实时监控和可视化温湿度数据。

案例6：温湿度数据本地存储

#include <DHT.h>
#include <WiFi.h>
#include <SD.h>

#define WIFI_SSID "YourWiFiSSID"
#define WIFI_PASSWORD "YourWiFiPassword"
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT11
#define FILE_NAME "/data.txt"

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
WiFiClient client;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  Serial.println("Connected to WiFi");

  if (!SD.begin()) {
    Serial.println("Failed to initialize SD card");
    return;
  }

  Serial.println("SD card initialized");
}

void loop() {
  float temperatureValue = dht.readTemperature();
  float humidityValue = dht.readHumidity();

  if (isnan(temperatureValue) || isnan(humidityValue)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor");
    return;
  }

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureValue);
  Serial.print(" °C, Humidity: ");
  Serial.print(humidityValue);
  Serial.println(" %");

  File dataFile = SD.open(FILE_NAME, FILE_WRITE);

  if (dataFile) {
    dataFile.print("Temperature: ");
    dataFile.print(temperatureValue);
    dataFile.print(" °C, Humidity: ");
    dataFile.print(humidityValue);
    dataFile.println(" %");

    dataFile.close();
    Serial.println("Data written to SD card");
  } else {
    Serial.println("Failed to open file");
  }

  delay(2000); // 间隔2秒
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要点解读：
该程序使用DHT库读取温湿度传感器数据，并使用WiFi库连接到Wi-Fi网络。
使用SD库将温湿度数据保存到本地SD卡中进行本地存储。
在setup()函数中，我们启动串口通信，并使用WiFi.begin()函数连接到Wi-Fi网络。然后，我们使用SD.begin()函数初始化SD卡。
在loop()函数中，我们使用dht.readTemperature()和dht.readHumidity()函数读取温湿度数据，并存储在相应的变量中。
如果无法读取到温湿度数据，我们打印错误消息并返回。
我们使用SD.open()函数打开一个文件，将温湿度数据写入文件中。
如果成功打开文件，我们将温湿度数据写入文件，并关闭文件。
如果无法打开文件，我们打印错误消息。
您可以通过将SD卡插入计算机或其他设备来访问保存的温湿度数据文件。

案例7：温湿度报警系统

#include <DHT.h>
#include <WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define WIFI_SSID "YourWiFiSSID"
#define WIFI_PASSWORD "YourWiFiPassword"
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT11
#define TEMPERATURE_THRESHOLD 25.0
#define HUMIDITY_THRESHOLD 60.0
#define OLED_ADDRESS 0x3C
#define OLED_SDA 21
#define OLED_SCL 22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
WiFiClient client;
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, OLED_ADDRESS);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
    Serial.println("Connecting to WiFi...");
  }

  Serial.println("Connected to WiFi");

  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDRESS);
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(WHITE);
}

void loop() {
  float temperatureValue = dht.readTemperature();
  float humidityValue = dht.readHumidity();

  if (isnan(temperatureValue) || isnan(humidityValue)) {
    Serial.println("Failed to read from DHT sensor");
    return;
  }

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(temperatureValue);
  Serial.print(" °C, Humidity: ");
  Serial.print(humidityValue);
  Serial.println(" %");

  display.clearDisplay();
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("Temperature:");
  display.setCursor(0, 20);
  display.print(temperatureValue);
  display.print(" C");

  display.setCursor(0, 40);
  display.print("Humidity:");
  display.setCursor(0, 60);
  display.print(humidityValue);
  display.print(" %");

  display.display();

  if (temperatureValue > TEMPERATURE_THRESHOLD || humidityValue > HUMIDITY_THRESHOLD) {
    // 触发报警逻辑
    // ...
  }

  delay(2000); // 间隔2秒
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要点解读：
该程序使用DHT库读取温湿度传感器数据，并使用WiFi库连接到Wi-Fi网络。
使用Adafruit SSD1306库和OLED显示屏，实时显示温度和湿度数据。
在setup()函数中，我们启动串口通信，并使用WiFi.begin()函数连接到Wi-Fi网络。然后，我们使用display.begin()函数初始化OLED显示屏。
在loop()函数中，我们使用dht.readTemperature()和dht.readHumidity()函数读取温湿度数据，并存储在相应的变量中。
如果无法读取到温湿度数据，我们打印错误消息并返回。
我们使用display.clearDisplay()函数清除显示屏内容，并使用display.setCursor()和display.print()函数在显示屏上打印温度和湿度数据。
使用display.display()函数将数据显示在OLED屏幕上。
如果温度或湿度超过预设的阈值（TEMPERATURE_THRESHOLD或HUMIDITY_THRESHOLD），可以执行相应的报警逻辑，例如触发声音或发送警报通知。
您可以根据需要扩展报警逻辑，例如添加蜂鸣器或连接到其他报警设备。这些示例代码可以帮助您开始构建Arduino智慧农业温室种植系统，并根据需求进行修改和扩展。请注意，这些代码仅提供了基本的功能框架，您可能需要进行进一步的开发和调试，以满足特定的应用场景和硬件配置。

注意，以上案例只是为了拓展思路，仅供参考。它们可能有错误、不适用或者无法编译。您的硬件平台、使用场景和Arduino版本可能影响使用方法的选择。实际编程时，您要根据自己的硬件配置、使用场景和具体需求进行调整，并多次实际测试。您还要正确连接硬件，了解所用传感器和设备的规范和特性。涉及硬件操作的代码，您要在使用前确认引脚和电平等参数的正确性和安全性。