谷沛尚+田芳明+常永新+趙欣宇+郭德占+趙琛+那陽

摘 要：利用傳感技術(shù)對作物生長環(huán)境進行監(jiān)測已經(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)攝像機等實現(xiàn)對農(nóng)作物生長環(huán)境信息的快速采集、存儲、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情況并進行生產(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：S5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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)合已然成為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種趨勢。利用信息技術(shù)對農(nóng)田作物生長信息進行實時監(jiān)測，農(nóng)作物的生長信息可為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)事活動提供科學(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，對作物生長環(huán)境進行監(jiān)控的方法有很多，但大多為示范類項目，存在后期維護困難，價額昂貴等缺點。本文設(shè)計一種基于STM32的作物生長環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以農(nóng)田作物為研究對象，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，可實現(xiàn)土壤水分、空氣溫濕度和光照的檢測及數(shù)據(jù)實時上傳，用戶可實時了解作物生長環(huán)境和生長情況、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

基于STM32的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)農(nóng)田作物生長信息的監(jiān)測，將生長環(huán)境數(shù)據(jù)進行遠(yuǎn)程實時在線監(jiān)測、存儲、顯示等功能。存儲的數(shù)據(jù)可進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：

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卡存儲模塊、液晶顯示模塊與上位機實時監(jiān)測模塊五部分組成，主要功能如圖1所示。

農(nóng)田信息采集系統(tǒng)實時將土壤濕度、空氣溫度、濕度信號、光照強度信號經(jīng)傳感器采集到STM32，采集回的數(shù)據(jù)與時間存儲到SD卡，在OLED液晶屏進行實時顯示；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)進行處理，然后通過串口轉(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，在上位機上進行顯示及存儲。

2單元電路設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計

選用STM32F103RCT6 T6 這種一種高性能、低價格的處理芯片作為系統(tǒng)的主控芯片，功能強大，外部設(shè)備配置豐富，適合實時多通道數(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)啟動電路，電源電路，上電復(fù)位電路。

2.2 電源設(shè)計

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

2.3 存儲模塊

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲選擇SD卡連接到SDIO接口，使用SDIO接口通訊。SDIO的信號傳輸模式有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)攝像機實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

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

4 結(jié)束語

基于STM32的農(nóng)作物信息采集系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了實現(xiàn)對農(nóng)田空氣溫濕度，光照強度，土壤的溫濕度等信息進行遠(yuǎn)程實時在線監(jiān)測、存儲、分析等功能。通過連續(xù)運行，沒有出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)可以正確的采集。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計合理，軟件運行穩(wěn)定，經(jīng)過測試，數(shù)據(jù)采集正確，傳輸穩(wěn)定。

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