基于STM32的溫室大棚灌溉視頻控制系統設計

王　蕾　崔麗霞　唐山學院智能與信息學院　063009

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基于STM32的溫室大棚灌溉視頻控制系統設計

王蕾崔麗霞唐山學院智能與信息學院063009

項目：2014年唐山市科技支撐項目，項目編號：14120209a

【文章摘要】

隨著物聯網技術的迅速發展，溫室大棚灌溉監控系統由采集參數分析墑情的間接控制方式轉換為采用視頻監控的直接控制方式。本文利用STM32為控制核心，通過WIFI無線傳輸方式，實現了溫棚灌溉監控系統。經測試，該系統運行穩定，成本較低，達到了全方位監控效果。

【關鍵詞】

STM32；WIFI；視頻監控；墑情

0　引言

隨著溫室種植面積的不斷加大，以及地球水資源緊缺狀況急劇，怎樣在溫室灌溉中提升水資源的利用率，成為了農業自動化設計的熱點。傳統的溫室墑情采集控制系統多采用STC單片機、PLC等為控制核心，通過采集現場空氣與土壤的溫度、濕度等參數，根據作物生長特點和現場參數狀態人工控制灌溉開關。用戶僅能依靠簡單參數估計植物生長需水量，參數采集范圍有限，這種控制方式存在較大的判斷差。現代農業技術的發展中，無線監控技術逐漸應用到了溫室灌溉監控系統中。基于 GPRS技術和 PLC 的閘門監控系統，采用 PLC 為核心的開放、分層分布式計算機監控系統，應用了數據自動采集、遠程控制、網絡通信、數據存儲與處理等技術，實現了現場控制層設備、遠程監測層設備和操作人員終端相互之間的無線網絡連接，為閘門的遠程監控提供了一種新的技術手段。同時，CAN 總線技術和MSP430單片機技術也被應用到了監控系統中。但已有系統造價較高，同時主要應用在大面積溫棚灌溉系統中，針對唐山地區溫室種植戶相對分散特點，這種系統并不適用。

圖1　系統設計總體方案

圖2　STM32原理圖

根據用戶設計要求，本系統主要針對單棚灌溉情況進行監控。本系統依據作物生長特點和用水管理的實際狀況，本著低功耗、低成本的設計目標，通過灌溉圖像采集、存儲與WIFI無線傳輸的硬件與軟件設計，實現了本地區溫棚灌溉監控系統。

1　系統設計總體方案

本系統利用STM32為主控核心，通過OV7076攝像頭采集溫室灌溉圖像，同時利用WIFI模塊進行圖像信息的傳輸，為用戶設計上位機界面實現了灌溉系統的遠程監控功能。系統設計總體方案如圖1所示。

圖像采集模塊主要完成對溫室灌溉圖像信息采集的工作，用以分析土壤墑情監測；控制模塊負責圖像的緩沖保存以及為無線傳輸準備數據；無線傳輸模塊主要負責圖像的遠程穩定傳輸；上位機模塊負責用人機信號的便捷交互，完成用戶對灌溉系統閥門的遠程控制。

2　系統硬件電路的設計

本系統設計選用基于Correx-M3內核的STMF1032ZET6芯片為控制器。該芯片集成度較高，具有144個管腳。STM32固件庫提供了簡單的函數庫，便于用戶訪問調用。控制器STM32原理圖如圖2所示。OV7670是OV公司出產的CMOSVGA圖像傳感器，穩定工作電壓2.8V。其通過SCCB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取等分辨率8位圖像數據，本設計圖像最高達30幀/秒。OV767攝像頭與STM32管腳的連接關系為：OV_SDA 接PG13、OV_SCL接PD3、FIFO_RCLK接PB4等。OV7670PCLK最高可達24Mhz，如果直接使用IO口抓取是很困難的，所以設計中STM32通過FIFO讀取圖像數據，而攝像頭自帶的FIFO芯片也可用于暫存圖像數據，該容量為384K字節，足夠存儲2幀QVGA的圖像數據。

主控制器SMT32利用SDI1接口驅動MR09WIFI模塊，同時利用CS_29CLK、MISO_31、MOSI_32、INT_33與MR09模塊相連，組成通信線路。PB12利用開關電路控制WIFI功能，方便復位和電源控制。WIFI管腳連接圖如圖2、圖3所示。

圖3　WIFI管腳連接圖

3　系統軟件電路的設計

系統使用C語言在keil-MDK環境下完成軟件編譯、調試、下載的，實現了灌溉監控系統的設計要求。系統的軟件開發主要包括OV7670采集圖像模塊程序設計、WIFI無線傳輸模塊程序設計和上位機用戶界面模塊設計三部分。

OV7670模塊工作過程分為兩部分，主要涉及存儲圖像數據和讀取圖形數據。圖像的存儲過程為：首先初始化OV7670模塊，然后數據存儲和讀取使用了一個外部中斷來捕捉幀同步信號（VSYNC），然后在中斷里啟動圖像數據存儲到FIFO，最后等待下一次VSHNC信號到來完成一幀數據存儲。采集圖像程序圖如圖4所示。

WIFI模塊作為STA站點，加入到無線路由AP建立無線網絡，通過AP與IP網絡連接，進行圖像信息的傳輸。編譯下載WIFI程序，在電腦中搜索網絡節點，在第一個WIFIBOARD_ AdHoc_SPI,輸入網絡安全密鑰，等待網絡連接成功。網絡連接圖如圖5所示。當WIFI網絡初始化成功后，運行主程序。在初始化工程中設置AX22001參數，包括串口選擇、波特率設置、工作網絡模式、信道的選擇、IP地址的獲取和網絡端口的設定等。MCPU參數地址選擇為0x000-0x03F。

圖4　采集圖像程序圖

4　系統調試

硬件連接好之后，使用軟件編譯器編譯下載代碼，通過SW模式下載代碼到STM32。隨后，進入上位機監控界面，用戶可以利用按鈕（調用bmp_encode函數），實現串口控制拍照。在調試中OV_SCL與JOY_CLK共用PD3口，故攝像頭和手柄不可以同時使用；FIFO_WEN和FIFO_RCLK與JTAG信號線的JTDO和JTRST共用了，調試時不能選用JATAG模式，而使用SW模式。

5　總結

本文在分析對比國內溫室灌溉自動化控制技術的基礎上，按照地方溫室作物生長需求設計了基于STM32的溫室灌溉監控系統。該系統利用物聯網技術實現了溫室土壤墑情信息的遠程監控，其具有運行穩定、低成本、低功耗、易操作等特點。

【參考文獻】

[1]王婷婷.基于STM32智能環境監控系統的研制[D].江蘇電子科技大學. 2014,6-7

[2]倫志新.基于LabVIEW和ZigBee的溫室大棚環境監控系統的設計[J].電子測試.2014.12,1-2

[3]王蕾.基于ZigBee溫室環境監控系統的設計與實現[J].電子制作.2014(280):14-16

[4]宋林桂. 基于WIFI技術的農業大棚環境實時監測系統的設計[J].軟件工程師2014,52-53

王蕾（1980-），女，講師，碩士學位，研究方向為電子信息工程。

圖5　網絡連接圖

【作者簡介】