基于STM32單片機(jī)的作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

谷沛尚+田芳明+常永新+趙欣宇+郭德占+趙琛+那陽(yáng)

摘 要：利用傳感技術(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)信息化的重要內(nèi)容。文章以STM32單片機(jī)作為控制器，結(jié)合溫濕度、光照傳感器、土壤水分傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境信息的快速采集、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)上傳、分析等功能，為農(nóng)戶及農(nóng)技人員掌握作物生長(zhǎng)情況并進(jìn)行生產(chǎn)決策提提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：STM32；傳感器；網(wǎng)絡(luò)傳輸

中圖分類號(hào)：S5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0043-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合已然成為中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)。利用信息技術(shù)對(duì)農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，農(nóng)作物的生長(zhǎng)信息可為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)事活動(dòng)提供科學(xué)的指導(dǎo)，依據(jù)采集的數(shù)據(jù)制定農(nóng)田生產(chǎn)計(jì)劃，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)部門指導(dǎo)生產(chǎn)的重要方法。當(dāng)前，對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控的方法有很多，但大多為示范類項(xiàng)目，存在后期維護(hù)困難，價(jià)額昂貴等缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)一種基于STM32的作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以農(nóng)田作物為研究對(duì)象，依據(jù)不同的環(huán)境及種植的作物基礎(chǔ)上，安裝采集設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)土壤水分、空氣溫濕度和光照的檢測(cè)及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，用戶可實(shí)時(shí)了解作物生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)情況、土壤墑情信息等，為作物植保等提供數(shù)據(jù)支撐。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于STM32的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)農(nóng)田作物生長(zhǎng)信息的監(jiān)測(cè)，將生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、顯示等功能。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可進(jìn)行分析用戶提供近期或者歷年的農(nóng)田墑情情況，為后期的種植提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)：

基于STM32的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)主要由農(nóng)田墑情采集模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊、供電系統(tǒng)、SD卡存儲(chǔ)模塊、液晶顯示模塊與上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊五部分組成，主要功能如圖1所示。

農(nóng)田信息采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)將土壤濕度、空氣溫度、濕度信號(hào)、光照強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)傳感器采集到STM32，采集回的數(shù)據(jù)與時(shí)間存儲(chǔ)到SD卡，在OLED液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊與主板上的RS458相連接，STM32控制芯片將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)部的TCP/IP協(xié)議接入Internet網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器，在上位機(jī)上進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。

2單元電路設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選用STM32F103RCT6 T6 這種一種高性能、低價(jià)格的處理芯片作為系統(tǒng)的主控芯片，功能強(qiáng)大，外部設(shè)備配置豐富，適合實(shí)時(shí)多通道數(shù)據(jù)采樣與處理。本系統(tǒng)所用的STM32最小系統(tǒng)包括系統(tǒng)外部震蕩器，JTAG接口電路，系統(tǒng)啟動(dòng)電路，電源電路，上電復(fù)位電路。

2.2 電源設(shè)計(jì)

系統(tǒng)需要電源為5V電源及3.3V電源，分別采用LM2576和TPS7333實(shí)現(xiàn)。具體電路如圖2、圖3所示。

2.3 存儲(chǔ)模塊

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選擇SD卡連接到SDIO接口，使用SDIO接口通訊。SDIO的信號(hào)傳輸模式有SPI、1-bit、4-bit三種。在SPI，8腳位被當(dāng)成中斷信號(hào)引腳，其它腳位的功能和通信協(xié)定與SD記憶卡的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一樣。

2.4 傳感器及影像采集設(shè)備的選擇

由于本系統(tǒng)微控制器與傳感器之間采用485通信方式，故所有傳感器必須具有485接口，選擇溫濕度、光照傳感器一體傳感器，土壤水分傳感器選擇防水效果好的水浸型，作物影像信息采集選擇具有網(wǎng)絡(luò)輸出功能的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制器控制傳感器采集、處理、存儲(chǔ)到SD卡、寫入到OLED中并將其顯示出來(lái)。圖4為系統(tǒng)主程序流程圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于STM32的農(nóng)作物信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田空氣溫濕度，光照強(qiáng)度，土壤的溫濕度等信息進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、分析等功能。通過(guò)連續(xù)運(yùn)行，沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，數(shù)據(jù)可以正確的采集。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)合理，軟件運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)測(cè)試，數(shù)據(jù)采集正確，傳輸穩(wěn)定。

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