基于STM32的土壤溫濕度檢測預(yù)警裝置的設(shè)計實(shí)現(xiàn)

李燦坤，丁波，古麗米拉·克孜爾別克

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機(jī)與信息工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830000）

基于STM32的土壤溫濕度檢測預(yù)警裝置的設(shè)計實(shí)現(xiàn)

李燦坤，丁波，古麗米拉·克孜爾別克

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機(jī)與信息工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830000）

基于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)應(yīng)用的要求及精細(xì)化農(nóng)業(yè)中土壤溫濕度對于農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，設(shè)計了土壤溫濕度檢測預(yù)警裝置。該預(yù)警裝置以STM32單片機(jī)為核心主板，采用溫濕度傳感器HL-TR05作為溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊，通過SIM900A通信模塊完成了將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶手機(jī)或終端，實(shí)現(xiàn)了土壤溫濕度的采集與監(jiān)測預(yù)警的功能。經(jīng)過分析及試驗(yàn)表明，達(dá)到了用戶在第一時間得到相應(yīng)的土壤溫濕度信息的目標(biāo)，并能夠及時處理被監(jiān)測土壤干旱問題。

土壤溫濕度；監(jiān)測預(yù)警；STM32；SIM900A

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，但是隨著城市化進(jìn)程的加快，大量耕地將被占用，在這樣的前提下，如何更加高效的利用耕地顯得尤為重要，因此精細(xì)化農(nóng)業(yè)將越來越成為未來農(nóng)業(yè)的趨勢[1]。精細(xì)農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，主要有以下特點(diǎn)：1）合理施用化肥，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)源污染；2）減少和節(jié)約水資源；3）節(jié)本增效，省工省時，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)；4）農(nóng)作物的物質(zhì)營養(yǎng)得到合理利用[2-3]，保證了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此精細(xì)化農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)活動需要智能化的農(nóng)業(yè)設(shè)備來輔助。

基于以上的事實(shí)，本文考慮采用STM32溫濕度檢測預(yù)警裝置來對土壤的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，從而為精細(xì)化農(nóng)業(yè)的實(shí)施提供了相應(yīng)的幫助。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該裝置由3部分組成，分別為STM32開發(fā)板，SIM900A模塊[4]，HL-TR05土壤溫濕度傳感器，如圖1所示。測試時HL-TR05土壤溫濕度傳感器采集相應(yīng)的土壤溫濕度信息，采集后的數(shù)字信號經(jīng)過STM32開發(fā)板的處理經(jīng)過SIM900A模塊將相應(yīng)的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送至用戶手機(jī)[5-6]。通過STM32開發(fā)板可以對溫濕度采集頻率，報警范圍進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置[7]，而采集到的溫濕度信息將會通過短息發(fā)送至用戶手機(jī)，使得用戶可以清晰的了解土壤的溫濕度變化[8-9]。從而更加方便用于精細(xì)化農(nóng)業(yè)，并對日常的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動做出相應(yīng)的調(diào)整。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

2 STM32硬件結(jié)構(gòu)

STM32F1系列屬于中低端的32B ARM微控制器，其內(nèi)核是Cortex-M3處理器。該系列芯片有多達(dá)9個通信接口，3個USART接口[10]。低功耗，性能穩(wěn)定。能工作于－40～105℃的溫度范圍。

2.1 裝置硬件連接

STM32開發(fā)板是該裝置的控制芯片，通過該芯片來完成溫濕度傳感器的相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和對SIM900A模塊的控制[11]。其中STM32單片機(jī)的GPIOA1引腳設(shè)置和GPIOA3引腳為帶下拉輸入模式，連接溫濕度傳感器HT-TR05傳感器的溫濕度輸入電平[12]；如圖2所示，USART1_TX為輸出，定義該口的模式為復(fù)用功能的推挽輸出，2UART1_RX串口用來控制SIM900A芯片，USART12_TX為輸出，定義該口的模式為復(fù)用功能的推挽輸出，USART2_RX為輸入，定義為浮空輸入模式[13-14]；連接到通信模塊的數(shù)據(jù)輸入端；如圖2所示，將GPIOB9設(shè)置為帶下拉輸出模式，連接GPRS的軟件開機(jī)輸入端。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

STM32經(jīng)串口來向SIM900A模塊發(fā)送AT指令，同時通過串口將來自傳感器的溫濕度的數(shù)字信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后利用AT指令從SIM900A模塊發(fā)送至用戶手機(jī)，在計算機(jī)上用Keil uVision 5軟件進(jìn)行所有程序的編譯以及對于用戶手機(jī)號，預(yù)警范圍進(jìn)行設(shè)置，最后將程序燒寫到單片機(jī)中。

單片機(jī)輸出AT指令控制SIM900A完成各種通信功能。用戶可通過AT指令進(jìn)行語音呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能的控制。終端設(shè)備與計算機(jī)之間的通信協(xié)議形成AT指令集，AT指令是以AT開頭，中間的字符對應(yīng)不同的功能，最后是指令結(jié)束字符串[15-16]。每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回信息，為控制提供參考信息。發(fā)送過程圖如圖4所示。

圖2 STM32開發(fā)板

圖3 HL-TR05和SIM900A模塊的連接電路

軟件設(shè)計的部分程序：

對溫濕度傳感器采集到的數(shù)字信號進(jìn)行處理

圖4 發(fā)送流程圖

3 功能實(shí)現(xiàn)與測試

為了更好的測試裝置的功能，我們將裝置設(shè)置為每半個小時測量4次溫濕度數(shù)據(jù)。經(jīng)測試，該裝置每半個小時會發(fā)送相應(yīng)的溫濕度數(shù)據(jù)的短信至設(shè)置好的用戶手機(jī)，時間誤差在20 s內(nèi)。其測量數(shù)據(jù)如下表所示，基本完成了相應(yīng)的溫濕度監(jiān)測預(yù)警的功能。

表1 溫度采集數(shù)據(jù)

表2 濕度采集數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

本文利用STM32開發(fā)板為核心，將HL-TR05土壤溫濕度傳感器按照預(yù)先設(shè)置好的采集頻率將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時的通過SIM900A模塊發(fā)送至用戶手機(jī)，實(shí)現(xiàn)對土壤溫濕度的監(jiān)測預(yù)警功能，這樣可以使用戶隨時隨地的了解土壤溫濕度數(shù)據(jù)的具體情況，對土地灌溉，作物種植等方面可以具體的采用相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而達(dá)到科學(xué)種植，達(dá)到實(shí)現(xiàn)精細(xì)化農(nóng)業(yè)的目的。

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[5]李戈琦，張燕，向倫倫.基于Arduino的土壤溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（16）：4060-4063.

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The design and implementation of soil temperature and humidity detection and early warning device control based on STM32

LI Can?kun，DING Bo，GuLimila·kezierbieke
（School of Computer and Information Engineering，Xinjiang Agricultural University of China，Urumqi830052，China）

According to the demands of modern agriculture and elaborating the effect of soil temperature and humidity for crop yield in agriculture，soil temperature and humidity detection system is designed.The warning devices to STM32 MCU as the core board，the temperature and humidity sensor，the HLTR05 as temperature and humidity data acquisition module，through SIM900A communication module completed the temperature and humidity data sent to the user's phone or terminal，realizing the collection of soil temperature and humidity and the function of the monitoring and early warning.After analysis and experiments show that up to the user in the first time to get the corresponding target of soil temperature and humidity information，and be able to timely deal with monitored soil drought problem.

soil temperature and humidity；detection and early warning；STM32；SIM900A

TN919.6+4

A

1674-6236（2017）22-0128-03

2016-10-24稿件編號：201610137

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（201610758097）；新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教研項(xiàng)目（2015JXYJ02）

李燦坤（1995—），男，河南寶豐人。研究方向：電子信息科學(xué)與技術(shù)。