基于ARM的溫室環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊博 蔡春曉 雷聲健 黃梁 黃麟鋒 陳俊錦

【摘 要】針對(duì)目前溫室控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高的現(xiàn)狀，系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器，能夠?qū)厥业臏囟群蜐穸冗M(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測和異常報(bào)警。實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的溫度和濕度的檢測與控制，為智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出有益的探討。

【關(guān)鍵詞】ARM處理器；溫濕度檢測；智能農(nóng)業(yè)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）18-0046-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.020

【Abstract】In view of the current situation of low automation of the greenhouse control system， the embedded ARM processor is used in the system to detect and alarm the temperature and humidity of the greenhouse in real time. To realize the detection and control of temperature and humidity in greenhouse environment， and to make a useful discussion for the development of intelligent agriculture.

【Key words】ARM Processor； Temperature and Humidity Detection； Intelligent Agriculture

當(dāng)前，隨著自動(dòng)化、智能化等高新技術(shù)應(yīng)用于塑料大棚以及溫室大棚，加上與各類現(xiàn)代化、智能化技術(shù)的結(jié)合。溫室大棚越來越多的應(yīng)用在植物的培植中。植物的生長離不了溫度以及濕度，對(duì)溫室體系中的溫度以及濕度的檢測成為現(xiàn)今最熱門話題。本文針對(duì)目前溫室控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于ARM的溫室環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以ARM處理器STM32單片機(jī)為核心，系統(tǒng)主要包括電源模塊、溫濕度采集模塊、顯示輸出以及控制模塊、鍵盤輸入模塊和其他的輔助電路等，如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 核心處理器

STM32F103C8T6是一種中等容量增強(qiáng)型，32位基于ARM核心的帶有64或128k字節(jié)閃存的微控制器、USB、CAN、7個(gè)定時(shí)器、2個(gè)ADC、9個(gè)通信接口的芯片。內(nèi)置的ARM 32位Cortex-M3/32CPU 最高可到達(dá)72MHZ的工作頻率，主存儲(chǔ)器的0等待周期訪問可達(dá)1.25DMips/MHZ。從64k或128k字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器與高達(dá)20k字節(jié)的SRAM使得芯片高度運(yùn)行。在時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理方面有2.0-3.6伏供電和I/O引腳以及各類振蕩器。芯片還包含2個(gè)12位的ADC；3個(gè)通用16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道以及增量編碼器輸入；和一個(gè)用于電機(jī)控制的PWM控制定時(shí)器；包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口；7通道的DMA控制器；轉(zhuǎn)換范圍在0到3.6V的兩個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；多達(dá)80個(gè)的快速I/O口，還有睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式使得芯片的功耗更低，從36腳至100腳的五種不同封裝形式更能外設(shè)配置的需求。

2.2 溫濕度采集電路設(shè)計(jì)

DHT11傳感器是一種高精度的數(shù)字式溫度傳感器。它包含校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的輸出，是一種既能檢測溫度又能檢測濕度的傳感器。內(nèi)置數(shù)字采集和溫濕度傳感模塊，保證產(chǎn)品本身具有很高的正確率和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以長期穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)。該傳感器含有檢測環(huán)境濕度和環(huán)境溫度的部件，可以與8進(jìn)制位的單片機(jī)相連接，因此產(chǎn)品具有質(zhì)量高、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。電路連接圖如圖2所示。

2.3 顯示電路設(shè)計(jì)

采用LCD1602顯示屏，LCD1602 顯示器具備著使用率高的特點(diǎn)，并且價(jià)格低廉，有工業(yè)字符性意義的液晶顯示屏，具有多點(diǎn)字符的功能。它的模塊部分字模存儲(chǔ)器CGROM（Character Generator ROM）中固有的192個(gè)字模是使用率較高的，其中集合了八個(gè)自定義的字符，它的存儲(chǔ)器的英文代碼叫做CGRAM它具備有背光驅(qū)動(dòng)電路功能和數(shù)據(jù)控制總線的功能來控制它的核心系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在液晶顯示屏幕上的時(shí)間的控制可以在連接核心芯片基礎(chǔ)上，并且可以在關(guān)閉開關(guān)下得以實(shí)現(xiàn)，其模塊電路如圖3所示。

2.4 按鍵模塊設(shè)計(jì)

按鍵模塊選擇獨(dú)立按鍵，獨(dú)立按鍵通過I/0口線方式組成每個(gè)部分的按鍵電路，每一條I/0口線占據(jù)各一個(gè)獨(dú)立按鍵，它的I/0口的線上的按鍵的工作情況影響不到另外的I/O口線的執(zhí)行情況，每個(gè)端口接口都有著一個(gè)按鍵部分接入，通過各個(gè)的按鍵電路情況來判斷接入的狀況，當(dāng)將電阻下拉時(shí)候，并且的它的按鍵會(huì)彈起來，它的接口有著高電平的狀況，內(nèi)部口線接上電阻外圍的電路，這樣就可以不適用拉口電路，讀取獨(dú)立按鍵的方法分別為查詢和中斷的方式，其設(shè)計(jì)電路如圖4所示。

按鍵模塊分有四個(gè)按鍵，方便輸入溫度以及濕度的上下限，它們都各自加入10K的電阻作為上拉的功能，分別接入STM32F103C8T6的PB12，PB13，PB14，PB15引腳。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

通過調(diào)用每個(gè)模塊的子程序來完成程序功能運(yùn)行，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目的是對(duì)傳感器收集的溫濕度數(shù)據(jù)讀取，并且通過在LCD1602顯示屏顯示數(shù)據(jù)，按鍵模塊設(shè)置溫度與濕度的預(yù)置，若超過預(yù)置會(huì)發(fā)生警報(bào)聲并采取相應(yīng)的控制措施，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，流程如圖5所示。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)能對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，根據(jù)檢測到溫濕度，運(yùn)用算法完成了自動(dòng)調(diào)整溫濕度的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境智能監(jiān)測。系統(tǒng)采用嵌入式ARM處理器，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性，為農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境檢測發(fā)展做有益的探討。

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