基于STM32的土壤溫濕度檢測預警裝置的設計實現

李燦坤，丁波，古麗米拉·克孜爾別克

（新疆農業大學計算機與信息工程學院，新疆烏魯木齊830000）

基于STM32的土壤溫濕度檢測預警裝置的設計實現

李燦坤，丁波，古麗米拉·克孜爾別克

（新疆農業大學計算機與信息工程學院，新疆烏魯木齊830000）

基于現代化農業應用的要求及精細化農業中土壤溫濕度對于農作物產量的影響，設計了土壤溫濕度檢測預警裝置。該預警裝置以STM32單片機為核心主板，采用溫濕度傳感器HL-TR05作為溫濕度數據采集模塊，通過SIM900A通信模塊完成了將溫濕度數據發送至用戶手機或終端，實現了土壤溫濕度的采集與監測預警的功能。經過分析及試驗表明，達到了用戶在第一時間得到相應的土壤溫濕度信息的目標，并能夠及時處理被監測土壤干旱問題。

土壤溫濕度；監測預警；STM32；SIM900A

我國是一個農業大國，但是隨著城市化進程的加快，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，因此精細化農業將越來越成為未來農業的趨勢[1]。精細農業與傳統農業相比，主要有以下特點：1）合理施用化肥，降低生產成本，減少環源污染；2）減少和節約水資源；3）節本增效，省工省時，優質高產；4）農作物的物質營養得到合理利用[2-3]，保證了農產品的產量和質量。因此精細化農業的生產活動需要智能化的農業設備來輔助。

基于以上的事實，本文考慮采用STM32溫濕度檢測預警裝置來對土壤的溫濕度進行監測預警，從而為精細化農業的實施提供了相應的幫助。

1 系統總體設計

該裝置由3部分組成，分別為STM32開發板，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的土壤溫濕度信息，采集后的數字信號經過STM32開發板的處理經過SIM900A模塊將相應的溫濕度數據發送至用戶手機[5-6]。通過STM32開發板可以對溫濕度采集頻率，報警范圍進行相應的設置[7]，而采集到的溫濕度信息將會通過短息發送至用戶手機，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化農業，并對日常的農業生產活動做出相應的調整。

圖1 系統的結構框圖

2 STM32硬件結構

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

2.1 裝置硬件連接

STM32開發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的數據處理和對SIM900A模塊的控制[11]。其中STM32單片機的GPIOA1引腳設置和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據輸入端；如圖2所示，將GPIOB9設置為帶下拉輸出模式，連接GPRS的軟件開機輸入端。

2.2 系統的軟件設計

STM32經串口來向SIM900A模塊發送AT指令，同時通過串口將來自傳感器的溫濕度的數字信號經過轉換后利用AT指令從SIM900A模塊發送至用戶手機，在計算機上用Keil uVision 5軟件進行所有程序的編譯以及對于用戶手機號，預警范圍進行設置，最后將程序燒寫到單片機中。

單片機輸出AT指令控制SIM900A完成各種通信功能。用戶可通過AT指令進行語音呼叫、短信、電話本、數據業務等功能的控制。終端設備與計算機之間的通信協議形成AT指令集，AT指令是以AT開頭，中間的字符對應不同的功能，最后是指令結束字符串[15-16]。每個指令執行成功與否都有相應的返回信息，為控制提供參考信息。發送過程圖如圖4所示。

圖2 STM32開發板

圖3 HL-TR05和SIM900A模塊的連接電路

軟件設計的部分程序：

對溫濕度傳感器采集到的數字信號進行處理

圖4 發送流程圖

3 功能實現與測試

為了更好的測試裝置的功能，我們將裝置設置為每半個小時測量4次溫濕度數據。經測試，該裝置每半個小時會發送相應的溫濕度數據的短信至設置好的用戶手機，時間誤差在20 s內。其測量數據如下表所示，基本完成了相應的溫濕度監測預警的功能。

表1 溫度采集數據

表2 濕度采集數據

4 結束語

本文利用STM32開發板為核心，將HL-TR05土壤溫濕度傳感器按照預先設置好的采集頻率將采集到的溫濕度數據實時的通過SIM900A模塊發送至用戶手機，實現對土壤溫濕度的監測預警功能，這樣可以使用戶隨時隨地的了解土壤溫濕度數據的具體情況，對土地灌溉，作物種植等方面可以具體的采用相應的改進措施，從而達到科學種植，達到實現精細化農業的目的。

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[3]胡四海，李志華.基于STM32和Lab VIEW的無線溫濕度檢測系統[J].中國測試，2015（5）：99-102.

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[5]李戈琦，張燕，向倫倫.基于Arduino的土壤溫濕度遠程監測系統設計[J].湖北農業科學，2016（16）：4060-4063.

[6]付玉志，麻紅昭，林曉偉.基于STM32沼液液位監控系統的設計[J].工業控制計算機，2014（6）：149-150.

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[9]石小榮，伍川輝，靳行.便攜式溫濕度舒適性測試儀研究[J].中國測試，2014（1）：70-73.

[10]張惠捷，鐘鼎.基于Cortex-M3的自動氣象站設計[J].電子技術，2012（8）：70-73.

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[12]霍濤，賈振堂.基于STM32和SIM900A的無線通信模塊設計與實現[J].電子設計工程，2014（17）：106-110.

[13]毛銳，洪遠泉，李康明，等.基于STM32可穿戴實時監測保護系統設計[J].科技傳播，2016.12

[14]鄢秋榮，馬耀中，柏歡，等.基于STM32單片機和移動通信模塊的門戶智能鎖網絡[J].實驗室研究與探索，2016（3）：115-118.

[15]翟順，王衛紅，張衎，等.基于SIM900A的物聯網短信報警系統[J].現代電子技術，2012（5）：86-89.

[16]何娟娟，代小磊，徐信.基于單片機和SIM900A采集裝置的設計與實現[J].信息技術，2015（8）：160-163.

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

新疆農業大學大學生創新項目（201610758097）；新疆農業大學教研項目（2015JXYJ02）

李燦坤（1995—），男，河南寶豐人。研究方向：電子信息科學與技術。