基于STM32的農業大棚監測與控制系統

(北方民族大學 寧夏 銀川 750021)

基于STM32的農業大棚監測與控制系統

鞏師洋

(北方民族大學寧夏銀川750021)

隨著大數據處理、云計算、物聯網、人工智能等技術的逐漸成熟，智能控制成為優化生產、解決勞動力成本攀升問題的有效方式之一。此外，智能控制還有重用性、高端制造等特性，這些特性共同促成其在眾多領域得到應用，其中就包括在智慧農業上的應用。

本設計是智能控制在農業大棚具體實現，是基于單片機和GPRS網絡的農業控制系統。功能主要有：采集大棚內溫濕度、風機和加熱器狀態、TFT彩屏顯示空氣溫濕度和加熱器狀態，風機、加熱器、卷簾門開關狀態現場可控，GPRS上傳空氣溫濕度和風機、加熱器、卷簾門開關狀態給遠程服務器，打開或關閉開關，服務器數據庫數據存儲，自動控制參數設置等。由以上功能組合實現了一套遠程監控、智能控制系統。

溫度；濕度；二氧化碳;單片機;智能控制

總體設計方案：本設計主要由上位機服務器、下位機和節點等組成。設備有五個節點(節點在馬鈴薯上方0.75m處)，每個節點均有CO2傳感器和溫濕度傳感器。節點通過485通信方式將測得數據傳送給下位機主控，下位機主控通過GPRS上傳數據給上位機，且通過串口將數據上傳給visual TFT屏。其中STM32單片機是本設計的核心，起到承上啟下的作用。農戶可將下位機調至手動狀態，通過按風機和加熱器開關控制溫度、濕度和CO2濃度；也可以調至自動狀態通過手機APP控制。

傳輸層： 系統通信由上位機通信、下位機通信兩部分。上位機和下位機本身帶有RS-232C接口，其最大傳輸距離為30m，不能滿足本項目要求，而RS-485串行數據通信標準可傳送2000m以上，因此選用485串行通信。在硬件接口：上位機本身具有RS-232C接口，再配備一塊RS232-RS485轉換板STD5630，實現RS-232電平到RS-485電平的轉換。即采用RS485串行數據通信標準；下位機串行通信接口：下位機本身具有RS-232C接口，再配備一塊RS485-RS232轉換板5P60，實現了RS-485電平到RS-232電平的轉換。這樣，當波特率為9600時，可傳輸2000m，若適當降低波特率，可傳輸更遠距離。串口的波特率可以通過設置在USART_BRR 寄存器的值來獲得，基于STM32單片機可以通過庫函數直接配置。采用Modbus的通信協議，通過單播或廣播模式來完成主從機之間的相應。主機按格式發出請求后，單字節檢測信息，并對收到數據進行解碼以及校驗數據是否準確，在Modbus 串行鏈路中，采用幀校驗的方式。

控制層：用戶可在手動模式下通過主機箱面板對現場數據進行檢測并實時控制；也可以在自動模式下通過485將數據傳輸至STM32單片機進行數據的處理及存儲，通過GPRS無線通信發送到遠程監控中心與專家決策系統信息按照一定算法得出決策信息來控制風機等外設軟件及開發環境：

系統下位機在μVision4環境下開發，使用C語言編程

數據控制流程：遠程系統通過節點組網，父節點匯集子節點數據，通過公網TCP/IP協議上傳給數據庫，再通過手機APP或WEB瀏覽器進行顯示和控制。

子節點：STC12C5A08S芯片通過USART1串口通信，獲取溫濕度傳感器Sensor中的數據，并對數據進行CRC校驗和數值范圍檢查，判斷無誤后，保存數據，等待父節點對子節點的數據請求。同時STC12C5A08S芯片通過USART2監聽父節點指令，實現數據上傳和電磁閥控制等；

父節點：STM32F103V芯片通過USART1串口和子節點進行通信，發送指令和接收數據。通過USART2和TFT彩屏通信，接收觸摸屏數據，并顯示濕度數據、時間、移動網絡狀態、節點狀態和電磁閥狀態等。其中TFT彩屏采用了Contex-M3內核和FPGA圖形混合編程。通過GPRS將數據發送給數據庫。同時父節點還設置機械按鍵，這些按鍵在物理介質上實習控制，比如繼電器控制、自動手動控制模式選擇、抽風、加濕以及PWM波變頻器控制。

云應用：本項目選擇的是阿里云旗下的產品服務，其中主要選擇了ECS、CDN、OSS、SLB，將傳統項目中單臺服務器跑整個應用程序，分離成不同功能在不同服務器中。

ECS：本質就是一個服務器，運行在云上的一個服務，主要作用做大數據處理，跑本項目程序。

CDN：分布式的緩存服務器，可以加速項目中靜態文件加載，達到了緩解網站高并發下帶寬瓶頸的尷尬，緩解服務器的IO壓力。

OSS：文件存儲服務器，將采集的數據持久化便于數據的存取。

SLB：均衡負載。

其他內容：本文研究設計了一種基于STM32/AT89C51單片機的智能檢測控制系統，這套系統實現了實時監控功能，隨時掌握大棚環境信息。但只進行五個點測試，以點帶面的了解大棚內環境信息，如果進行多點測試精度會更高。

[1]虞穎.RS-485標準及應用技術[J].有線電視技術,2004(5):66-68.

[2]Thomas H.Cormen,Charles E.Leiserson,Ronald L.Rivest,等.算法導論(原書第3版)[J].計算機教育,2013(10):51-51.

寧夏高校創新項目(YCX1769)。

鞏師洋(1989-)，男，漢族，黑龍江齊齊哈爾人，北方民族大學，在讀碩士研究生，研究方向：信息檢測與計算機控制技術。