🌱 EM菌改善盆栽土壤及白菜长势智能监测

一、项目概览

系统以两个盆栽为实验对象：A 盆加入 EM 菌液，B 盆作为不加菌液的对照组。STM32 采集土壤 pH、土壤湿度、空气温度和空气湿度，串口以 JSON 发送到 Flask，浏览器每 2 秒读取一次并更新仪表盘。

二、硬件系统架构

土壤 pH 传感器 ─┐
土壤湿度传感器 ─┤
SHT31 温湿度 ───┼─> STM32F103C8T6 ─UART 9600bps─> USB 转串口 ─> Flask
OLED 0.96 寸 ───┤                                      │
旋钮 / 按键 ────┘                                      ▼
                                                Web 仪表盘
                                                A/B 盆对照数据

硬件模块职责

📸 硬件实物照片

以下照片按参考页面的硬件展示流程完整保留，图片已经纳入本项目静态资源，不依赖外部图片站。

📋 硬件模块详解

三、引脚接线与电气约束

四、系统工作流程

启动 Flask
  ↓
SensorReader.start()
  ↓
扫描 Arduino / STM32 串口
  ├─ 找到设备：打开串口，解析 JSON
  └─ 未找到/读数超时：切换模拟数据，15 秒后重连
  ↓
缓存最新数据（线程锁保护）
  ↓  GET /api/data?t=时间戳
浏览器每 2 秒请求一次
  ↓
更新 pH、温湿度、发芽数、连接状态与图表

单次数据包格式

{"ph": 6.8, "moisture": 65, "temperature": 25.0,
 "sprout": 13, "total": 20, "sprout_pct": 65,
 "em_active": 1, "sht31_ok": 1, "connected": true}

五、软件系统设计

状态机设计

六、软件设计与关键逻辑

后端数据边界

前端刷新逻辑

页面通过 /em-monitor/api/data（本地运行时为 /api/data）发起 XMLHttpRequest；成功后更新所有仪表和图表，失败则显示离线状态并保留上一次界面。

异常处理

• 串口不存在：不阻塞 Flask，直接进入模拟模式。
• JSON 行损坏：丢弃当前行，不覆盖上一条有效数据。
• 串口异常：关闭句柄，设置 connected=false，15 秒后自动重连。
• 浏览器请求超时：前端显示连接异常，2 秒后自动重试。

七、数据质量保障

实验记录建议

八、软件基础设置信息

九、运行与部署

C:\em-monitor\
├─ backend\
│  ├─ app.py
│  ├─ serial_reader.py
│  └─ requirements.txt
├─ frontend\
│  ├─ index.html
│  └─ tech.html
└─ run_em_monitor.bat

服务通过 EM_WEB_PORT=5018 启动，nginx 将 /em-monitor/ 转发到 Windows 服务器的 5018 端口。接入真实硬件时，将 STM32 的串口接到服务器电脑；未接硬件时仍可打开页面查看模拟数据。