基于STM32的智慧農業系統設計

劉志軍

摘要：要想進一步提升我國農業的智能化水平，相關工作人員應當設計一款能夠進行遠程控制的智能化農業系統。并且能夠以STM32為主要的農業系統控制核心，以溫濕度以及系統的具體光照強度數據為主要的采集模板，以調節系統設備裝置以及LCD的液晶顯示器為主要基礎，并且加GSM的通信模塊為輔助，再加上指紋的驗證以及語音的播報等模塊，充分實現對農業的溫室大棚環境進行檢測調節，并且實現對工作人員信息的智能化管理。

關鍵詞：STM32;智慧農業;系統設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0255-02

很多智能化的系統都能夠運用到我國人民的日常生活中，農業的智能化就是一個新興的智能產業，并且其最主要也是最關鍵的環節就是有效的提升我國農作物的培養質量以及培養效率，在此基礎上能夠有效地利用農作物的生長時期，并對溫室環境進行充分的檢測以及合理的調節。在我國當前市面上出現了很多能夠有效幫助農作物提升培育效率的智能化機器，但是大多機器都沒有將自動的處理、對周圍環境的檢測以及遠程操控等主要因素有效地結合起來，只能夠進行較為簡單的系統功能。

1智慧農業系統的方案設計

基于STM32的智慧農業系統主要采用的是嵌入式的芯片為主要核心材料，農業系統的主要整體化框架如圖一所示。整體化框架內主要包含了保證農業信息安全的系統，對農作物所處周圍環境的有效檢測以及對環境進行有效調節的系統，還有農作物的保護性報警系統、利用WIFI無線設備來進行遠程操控的控制化系統以及電源開關系統。

此圖中含有對農民或者相關研究人員的指紋識別系統，能夠更好地保護農作物的生長以及農業的研究成果，還有與GSM模塊相關的信息化安全管理系統;還有測量農作物周圍環境的溫濕度以及對周圍光照進行有效采集的系統模塊，對農作物環境進行排風以及加熱電阻、水泵的系統調節裝置所構成的對周圍環境監測與調節的系統;方便農民或者農業研究人員的語音模塊以及GSM模塊共同構成的報警系統;WIFI以及農業系統上位機構所構成的遠程操作系統。這些農業系統中的各個模塊與智能化的嵌入式芯片能夠利用系統程序的編寫實現互相之間的通信，遠程操作能夠運用無線傳感網絡并采用高效率的ZigBee拓撲網絡來進行有效通信，構成智慧農業系統所用的主要功能。

2智慧農業系統的硬件電路設計

2.1信息安全系統的設計

關于智慧農業系統的硬件電路設計過程中應當是由R305指紋識別的模塊以及GSM模塊共同構成的，農業工作人員可以通過具體的指紋識別系統來對農業員工進行實際的考勤工作，農業考勤管理人員可以提前組織各個農業員工有效的錄入自己的指紋信息并進行首次驗證。并且如果要啟動智能化的農業系統或者進入到智能化的農業數據中心也應當實行指紋驗證操作，當指紋在驗證過程中多次出現錯誤，GSM就會及時地向指紋識別系統的管理人員打好報告，并且及時的處理相關問題操作。

2.2農業系統大棚內的環境檢測和相關調節系統

對于檢測的土壤溫濕度具體數值以及環境的光照強度數值都會被傳送到相關控制器進行有效處理，并且控制器能夠根據農作物的不同種類來設定具體的農作物生長環境溫濕度以及光照的閾值。如果相關檢測系統采取到的數值并不在預定的范圍之內就應當調節本裝置，進行不同超限情況的具體處理。例如可以通過智慧農業系統設計出的通風裝置進行有效的降溫，通過加熱的電阻來提升農作物周圍的環境溫度，借助系統的水泵裝置對農作物賴以生長的土壤進行充分灌溉，一直到農作物周圍環境的溫濕度數值回到規定范圍之內，將調節系統有效的關閉。

2.3農業系統設計的報警系統

該部分的語音播報板塊有著集成度較高并且基于錄放功能的高性能，能夠為農業系統實現多段錄音，并且這個播報板塊的采樣率能夠在一定范圍內充分的進行調整，其芯片內自帶著對于播報板塊的數據存儲功能，能夠合理地實現較高質量的音質效果以及斷電的存儲功能。如果農業系統并不能夠將采集到的溫濕度與光照強度在規定范圍內啟動語音報警裝置，應當及時的提醒農業設計工作人員。

同時GSM模塊應當給相關工作人員設置的電話號碼及時的發送通知的訊息。在設計智慧農業系統過程中GSM網絡使用的是有關GA6的通信模塊，能夠為工作人員提供相應的短信操作，還能夠讓他們進行電話的撥通以及彩信的發送，并且支持四個通信頻段。這個通信模塊有著較為穩定的工作性能，在通信過程中有著高質量的信號，是通過串口與單片機的串口進行相互連接的。

2.4智慧農業系統中的攝像頭裝置

在設計智慧農業系統過程中，相關設計人員合理的使用了兩個攝像頭來進行多方位較為全面的監測系統，能夠將農業大棚內的實際狀況進行有效的記錄，通過查看攝像頭裝置捕捉到的大棚具體畫面，應當通過無線裝置來運用無線網絡合理地將畫面經一定程度上的處理后，傳送到遠端的相關屏幕中，進而實現對圖像的有效采集操作。

2.5農業系統中的節能電源系統設計

在智慧農業系統設計過程中電源的總系統是由12V的鉛酸蓄電池、較為環保的太陽能電池板以及控制器所構成的，環保且常用的太陽能電池板能夠成為蓄電池充電過程中的輔助電源裝置，并且整個電源系統能夠有效地為各個系統的硬件電路提供充分的動力能量，并且太陽能又是可再生能源，因此整個農業系統的電源系統能源消耗較低。

3智慧農業系統的軟件設計概要

3.1農業系統的軟件功能基本流程

有關基于STM32的智慧農業系統的軟件設計是由相應的編譯器來進行具體編譯的，編譯器將實際代碼編寫完成后就能夠送至單片機內進行程序的運行。智慧農業系統再通過外圍的傳感器設備來對實際的數據進行有效采集，通過編寫完成的程序模塊進行驅動化的設計，將有著不同功能的進程進行相互之間的通信，系統的上位機所接收到的反饋信息應當及時地給相關工作人員進行反饋并且播報語音提示。

例如農業系統設計中大棚內的參數并不合適時就應當通過無線遠程操作進行實際的調節。農業系統的軟件功能主要流程例如圖2。智慧農業系統在啟動之后首先要進行軟件程序的初始化，目的是為了能夠加載各種傳感器以及系統功能中的硬件設備。在將web服務器設備以及農業系統的應用程序充分開啟之后，來判斷系統的初始化是否真正完成了，如果顯示已經完成，就開始調動系統溫濕度的函數以及光強檢測的函數，這時農業系統的信息安全系統就開始將指紋數據進行充分的讀取了，如果并沒有讀取就應當重新加載此功能。

在智慧農業系統的硬件設備以及應用程序充分的開啟之后，軟件設備還會判斷是否有web服務器的請求或者遠程服務器的訪問請求，如果存在相關請求，就應當推動遠端的上位機頁面實時的顯示相關信息，并且通過對服務器中的頁面設置來對遠程的智能化操作有效地完成。

3.2硬件系統以及網頁交互的有效實現

農業系統的工作人員可以通過規定的賬號密碼來對客戶端進行登錄，能夠實施的觀察智慧化農業系統的網頁數據，并且能夠發出相應的動作調節指令來實現對服務器的遠程操作。Django框架的實際運行過程例如圖3，系統管理員可以在對瀏覽器進行URL的實時訪問后來判斷網頁協議的實際烈性，并且針對Http請求后獲得的轉化IP地址，并經過網絡傳輸來到達相應的web服務器，再通過軟件程序的調用通過web發送到瀏覽器中。

3.3 wifi的遠程控制操作

智慧化的農業系統采用wifi作為橋梁，無線傳感網絡所采用高效率的ZigBee拓撲網絡結構進行通信，對大棚內的周圍環境通過上位機來進行調節裝置的遠程控制，進而提升我國農業系統的智能化以及系統工作質量。在設計中能夠采用計算機來作為上位機，系統管理員通過登錄客戶端來對網頁頁面中大棚內的圖像與信號變化進行實時數據的掌握，根據實際的需求對系統發出調節性的質量，能夠通過控制下位機的單片機來完成對應的控制，與此同時還應當對大棚內的環境指數進行有效調整，進而推動智慧化農業變得更加智能人性化。

農業系統的wifi遠程操作需要兩個端口，其中一個是視頻的端口，另一個時控制性的端口，通過為系統增加端口的轉發性原則，能夠明確好所轉發的目標客戶端IP地址。并且無線路由器設備的應用能夠將外網與大棚內的路由器進行更方便的連通操作，進而促進外網能夠更好地通過計算機來控制大棚內的調節裝置，實現利用系統wifi的遠程操作。

4智慧化農業系統的特色與創新

智慧化農業系統主要結合了指紋識別技術來對系統的信息安全進行有效提升，并且能夠給相關工作人員帶來了可操作性，他們能夠通過指紋的識別系統對農業系統相關工作人員進行考勤操作。還可以通過對指定用戶提前錄入指紋來作為農業系統的登錄命令操作，并且沒有錄入指紋的其他人員是不通過系統識別的。如果要想啟動該智慧化農業系統或者查看有關系統的數據時也要進行指紋的識別驗證。

在進行語音播放報警與GSM短信通知報警共同使用過程中，如果大棚內的環境參數與預先設定好的參數閾值并不在同一個范圍內，大棚內的智慧化農業系統就會向在現場工作的人員進行語音播報提醒，讓他們能夠開啟系統調節裝置，并且運用GSM短信功能通知相關管理人員進行實際的備案處理，能夠充分保證我國農作物生長過程中的智能化保障。

此智能化系統還能夠通過wifi進行相關遠程操作，將上位機的計算機設備與下位機的單片機設備進行充分的聯系，并且在使用上位機時就能夠通過下位機所反饋的實時信息與實時數據來提升相關工作人員與管理人員，做出相應的舉措。同時農業系統上位機的人性化界面能夠為系統用戶提供更大的方便陛。

5結束語

智慧化的農業系統的設計對于智慧農業系統應當具備的實際功能進行了有效研究，并且嵌入式的系統采用了STM32芯片。充分借助了各種智能化的傳感器設備對我國的農業大棚周圍環境進行了實際數據的采集，與系統預先設置的閾值進行充分的比較，完成對農業系統自動化和遠程操作的調節功能，并且能夠通過對系統的語音報警以及GSM信息報警來提升相關人員。整個系統擁有動作精確性以及執行高效性，隨著我國人工智能的充分發展就會推動智慧化農業擁有更高的推廣價值。