🍓 草莓生长对比实验

🔧 硬件系统架构

📸 硬件实物照片

GY-SHT31-D 温湿度传感器

TDS 电导率探头

CH340 USB转串口

ST-LINK/V2 下载器

0.96寸 OLED 显示屏

MB-102 面包板

杜邦线 (母对母)

面包板跳线

面包板飞线

📋 硬件模块详解

1. GY-SHT31-D 温湿度传感器

🌡 感知层

I2C 数字温湿度传感器，精度 ±0.3°C / ±2%RH。通过 I2C 接口（SCL/PB6, SDA/PB7）连接 STM32，每 100ms 采集一次环境温湿度。草莓生长适宜温度 18-25°C，适宜湿度 60-80%。实时数据通过串口 JSON 上传至浏览器。

2. TDS 电导率探头

💧 感知层

模拟量 TDS 传感器，通过 STM32 ADC（PA0）采样后经温度补偿算法换算为 ppm 值。草莓苗期适宜 400-700 ppm，花果期需 800-1200 ppm。系统根据实时 TDS 值与阶段标准对比，自动生成施肥建议。

3. CH340 USB 转串口模块

🔌 通信层

USB 转 TTL 串口芯片，连接 STM32 的 PA9(TX)/PA10(RX)，115200 bps 速率传输 JSON 数据。配合浏览器 Web Serial API，无需安装驱动即可在 Chrome 中直接读取串口数据，实现真正的"零安装"体验。

4. ST-LINK/V2 下载调试器

💻 编程工具

SWD 接口（SWCLK/SWDIO/GND/3.3V）连接 STM32，Keil MDK 一键编译+下载。支持断点调试、变量查看。4 根杜邦线连接即可，无需额外配置。固件源码位于 E:\keli5\greentest\2-1stm32\。

5. 0.96寸 OLED 显示屏

📺 本地显示

SSD1306 驱动，128×64 分辨率，I2C 接口（地址 0x3C）。本地实时显示温度 / 湿度 / TDS 数值，方便不连接电脑时也能查看传感器数据。10Hz 刷新频率。

6. 面包板 & 连接线

🔧 结构件

MB-102 面包板 + 跳线 + 杜邦线 + 飞线，用于搭建传感器与 STM32 的电路连接原型。无需焊接，方便快速迭代和实验调整。

🔌 引脚接线表

⚙ 系统工作流程

🧠 软件系统设计

状态机设计

时序控制

💻 核心代码模块

SHT31 I2C 温湿度读取

u8 SHT31_Read(float *temp, float *humi) {
    u8 buf[6]; u16 raw_t, raw_h;

    I2C_Start();                                     // 启动信号
    I2C_SendByte(0x44 << 1);                         // SHT31 地址 0x44, 写模式
    I2C_SendByte(0x2C); I2C_SendByte(0x06);         // 高精度测量命令
    I2C_Stop();

    delay_ms(15);                                       // 等待测量完成

    I2C_Start();
    I2C_SendByte(0x44 << 1 | 1);                  // 读模式
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        buf[i] = I2C_ReadByte(1);                 // ACK
    }
    buf[5] = I2C_ReadByte(0);                     // NACK + Stop

    // SHT31 公式: temp = -45 + 175 × raw_t / (2^16-1)
    raw_t = (buf[0] << 8) | buf[1];
    raw_h = (buf[3] << 8) | buf[4];
    *temp = -45.0 + 175.0 * raw_t / 65535.0;
    *humi = 100.0 * raw_h / 65535.0;
    return 0;
}

TDS ADC 采样 + 温度补偿

u16 TDS_Read(float temp) {
    u32 adc_sum = 0;

    for (int i = 0; i < 10; i++) {                      // 10次采样取平均
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);     // 启动ADC
        while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));// 等转换完成
        adc_sum += ADC_GetConversionValue(ADC1);     // 读12bit值
    }
    float adc_avg = adc_sum / 10.0;

    // 电压换算: V = adc × 3.3V / 4096
    float voltage = adc_avg * 3.3 / 4096.0;

    // TDS 计算(含温度补偿): TDS = V × coeff / (1 + 0.02×(temp-25))
    float compensation = 1.0 + 0.02 * (temp - 25.0);
    u16 tds = (u16)(voltage * 500.0 / compensation);  // 系数500

    return tds;
}

主循环 — JSON 串口输出

int main(void) {
    System_Init();                                 // 时钟72MHz
    I2C_Init();    ADC_Init();    UART1_Init(115200);
    OLED_Init();                                    // SSD1306

    float temp, humi; u16 tds;
    char json[128];

    while (1) {
        SHT31_Read(&temp, &humi);                    // I2C 读温湿度
        tds = TDS_Read(temp);                        // ADC 读电导率

        // OLED 本地显示 (三行)
        OLED_Clear();
        OLED_Printf(0, 0, "Temp: %.1f C", temp);
        OLED_Printf(0, 2, "Humi: %.1f %%", humi);
        OLED_Printf(0, 4, "TDS : %d ppm", tds);

        // 串口 JSON 输出 → 浏览器 Web Serial API 读取
        sprintf(json, "{\"temp\":%.1f,\"humi\":%.1f,\"tds\":%d}\r\n",
                temp, humi, tds);
        UART1_SendString(json);

        delay_ms(100);                               // 10Hz 采集频率
    }
}

Web Serial API — 浏览器端数据接收

async function connectSerial() {
    const port = await navigator.serial.requestPort();
    await port.open({ baudRate: 115200 });

    const reader = port.readable.getReader();
    let buffer = '';

    while (true) {
        const { value, done } = await reader.read();
        if (done) break;
        buffer += new TextDecoder().decode(value);

        // 按行分割 JSON
        const lines = buffer.split('\n');
        buffer = lines.pop();                        // 保留不完整行

        for (const line of lines) {
            if (line.startsWith('{"temp"')) {
                sensor = JSON.parse(line.trim());  // 解析传感器数据
                updateSensorDisplay();              // 更新页面
            }
        }
    }
}

🛡 数据质量保障

⚡ 技术亮点

📋 软件基础设置信息