基于STC15的陜北草莓種植測控系統

李夢媛 高雪 張博航 曲格平

摘要：設計了一種基于STC15的陜北智能草莓種植系統。該系統以STC15為主控芯片，以LCD12864為顯示模塊，應用傳感器對數據進行采集，通過WIFI模塊上傳云平臺。完成了對大棚內的光照、溫濕度、土壤濕度、C02濃度等數據的自動采集和調控。測試表明，該系統可以滿足陜北草莓種植環境實時監測的需求。

關鍵詞：智能草莓種植系統；STC15；數據采集；WIFI

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0258-02

農業是我國的第一產業支柱，控制著我國國民的經濟命脈。從經濟角度來看，農業是國民經濟的基礎，是人類的衣食之源、生存之本。農業的發展狀況直接影響著國家經濟，是整個國民經濟不斷發展與進步的保障。在社會經濟快速發展，科學技術不斷更新的趨勢下，通過合理利用通信技術手段，進一步促進農作物智能化管理已經成為必然趨勢。而物聯網技術和傳感器技術也逐漸成了現代化農業發展的必要途徑。由于陜北地區位于中緯度內陸地區，夏季多暴雨、冰雹，且有風沙、寒潮等自然災害，在陜北地區種植草莓存在著很大的風險。所以，為了確保陜北地區草莓的種植產量與營養價值，有效發揮物聯網的智能化作用，能夠在一定程度上保證農業生產突破自然環境的影響。當前，通過陜北地區大棚農業種植的調查研究發現，農民可以通過傳統人工大棚養殖方式實現草莓種植，主要是因其造價成本高，系統操作復雜等，為了能夠實現農業的科學化、標準化、定量化、高效化，針對陜北大棚草莓最佳生長制作了一套基于STC15的陜北草莓種植測控系統，為種植規劃的制定和管理提供可靠的基礎依據。

1草莓生長環境需求及系統設計方案

1.1草莓生長環境需求

草莓根系在10C時開始活躍，并形成新根，15-20C為根系最適生長溫度，草莓地上部分生長發育最適溫度為20-26C；草莓對水分的需求量較大，正常生長期間，土壤相對含水量在70%為宜；草莓對空氣濕度也有嚴格要求，一般要求空氣濕度在80%以下為好；光照強度方面，草莓生長期間的光照強度應在2.5～6萬勒克斯范圍內；CO2濃度方面，草莓對CO2濃度要求為550-750毫克1升。

1.2系統設計方案

該系統以STM15為主控芯片，系統可以根據預設的草莓生長環境參數通過單片機控制，改善大棚內的環境，使之達到草莓的最佳生長環境；同時也可以通過MCU將大棚內部的空氣溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度值、土壤濕度的測量值實時的地將數據通過安信可云傳送到手機（電腦）終端，手機（電腦）終端能實時接收大棚內農作物的生長環境狀況并且可以根據環境狀況及時發送相關命令來遠程控制大棚。當該物聯網智能農業測量控制系統開始正常運行后，單片機在上電后會自動向WIFI模塊發送AT指令，使該模塊連接到安信可公司向用戶提供的免費云服務平臺，手機（電腦）通過云服務APP（網絡連接助手軟件）連接到云終端，使手機（電腦）與該子系統的WIFI模塊進行綁定，綁定成功后，手機（電腦）還可以繼續綁定多個系統的WIFI模塊，接下來系統定時通過安信可云遠程向手機（電腦）發送當前農作物的生長環境參數。系統框圖如圖1所示。

2系統硬件設計

2.1 數據采集處理傳輸模塊

土壤濕度測量模塊選用土壤濕度傳感器，通過電磁脈沖原理，基于電磁波通過介質傳播頻率進行土壤表觀介電常數檢測，以獲得土壤容積含水量，其不僅簡捷安全，而且定點連續，還具備自動化與寬量程等優勢。原理具體如圖2所示。

空氣溫濕度測量模塊采用DHT11溫度傳感器，支持“一線總線”接口，精度為±0.5°C，為數字型傳感器大大地提高了系統的抗干擾性，適用于惡劣的環境下現場溫度的測量[3]。其原理圖如圖2所示。

二氧化碳傳感器分為紅外二氧化碳傳感器，催化二氧化碳傳感器，熱傳導二氧化碳傳感器[2]。本文采用紅外二氧化碳傳感器，該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CO2進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，廣泛應用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合[2]。其原理圖如圖2所示。

光照測量模塊選用即使針對弱光也十分靈敏的硅光伏探測器作為傳感器，其不僅檢測區域范圍廣，而且防水性良好，便于安裝使用，傳輸距離比較遠，適合用于各種各樣的場合，特別是農業大棚。原理具體如圖2所示。

2.2 電源模塊

本系統電源模塊采用電感型電源，采用降壓DC/DC轉換器TPS5430進行降壓電路設計，其電路圖如圖3所示。在電感型開關電源中，所謂能量就是基于脈沖通過電感從輸入到輸出。各脈沖期間電感像是蓄水池，能夠及時接收并存儲能量。當輸出的電壓達到設計要求時即3.3V，脈沖中所包含的能量正是單片機所需要的，電感L1和電容C2配合工作，使能量平穩輸出。電容C1為去耦電容，為芯片提供穩定的電壓，間接的提升了電感型開關電源的效率。

3系統軟件設計

系統上電后，對各模塊初始化，設定相應的I/O，進行WIFI預開啟，開啟成功后，控制器對數據進行相應的分析處理，并進行相應的存儲。然后通過WIFI模塊上傳數據至安信可云平臺，用戶可在PC端或者手機APP上查看所傳輸數據。具體軟件設計流程圖如圖4所示。

4結論

本文針對目前陜北草莓生長狀況，基于STC15設計了陜北草莓種植測控系統。該系統能實時監測和上傳當前環境數據，在手機、電腦等終端查看。測試表明，該系統安全可靠，功耗成本低，精度高，可以及時通過監測的環境數據發送相關命令來遠程控制大棚從而滿足草莓的最佳環境生長條件，最大限度地提高草莓的產量，解決草莓對環境要求高導致產量不高的問題，有利于提高農民的經濟效益。

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【通聯編輯：光文玲】