基于STM32的煙草害蟲蟲情監測預警裝置

鄭永鋒 王亞飛 孫占偉 張明剛 李甜 畢浩洋

摘? 要：為準確掌握煙草種植中的蟲情，及時防治蟲害，促進煙農增收，該文提出一種基于無線傳輸的煙草蟲情監測預警裝置。該裝置使用STM 32單片機作為主控制器，設計誘捕單元收集煙草害蟲，使用Wi-Fi模塊進行數據傳輸，經過調試可知，該裝置可以根據一定時間內收集到的煙草害蟲重量和數量，預判蟲情發生的可能性并作出相應預警提示。該裝置還可實現與手機通信，在APP上顯示蟲子數量、裝置傾斜角度狀態等信息，同時可以通過手機APP界面的開關按鍵打開或關閉誘蟲裝置。綜上，該裝置可以實現煙草害蟲數量監測、蟲害預警的功能。

關鍵詞：煙草害蟲；蟲情監測；STM32芯片；軟件設計；系統開發

中圖分類號：TP23? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）06-0042-04

Abstract： In order to accurately grasp the insect situation in tobacco planting， control insect pests in time and increase the income of tobacco farmers， a tobacco field pest monitoring and early warning device based on wireless transmission is proposed in this paper. The device uses STM 32 single chip microcomputer as the main controller， designs a trapping unit to collect tobacco pests， and uses Wi-Fi module for data transmission. After debugging， the device can predict the possibility of pest occurrence and make corresponding early warning according to the weight and quantity of tobacco pests collected in a certain period of time. The device can also communicate with the mobile phone， display information such as the number of bugs and angle status on the APP， and turn on or off the insect trap through the switch button of the APP interface of the mobile phone. In summary， the device can realize the functions of tobacco pest quantity monitoring and pest early warning.

Keywords： tobacco pest; pest monitoring; STM32 chip; software design; system development

中國是一個煙草種植大國，對煙草害蟲的防治一直是重中之重，及時監測蟲情蟲害，做好預防工作，能夠增產創收，避免經濟損失。煙田中的害蟲種類有很多，大部分為小地老虎、煙青蟲及斜紋夜蛾等鱗翅目害蟲[1]。這種鱗翅目害蟲一般遷移能力比較強、揚飛期也較長，所以，其防治工作非常困難。一般防治工作采用的方法大多是傳統監測方法[2]，在害蟲的揚飛期，采用人工手段對誘捕器中的害蟲進行識別和計數。這種方法具有一定的局限性：一是有些蟲子的外觀比較相近，這樣害蟲的識別會有一定的難度，煙田的工作人員很難精確識別，需要邀請煙田專家查看誘捕器進行識別；二是通常誘捕器需要放置在煙田的較深區域，不能及時反饋實時信息。如何突破傳統病蟲害監測手段，提高監測效率成為了關鍵。所以，通過調查當前煙田病蟲害監測手段現狀，結合傳統方法，設計一款無線煙草蟲情監測預警裝置，為煙田工作者提供一個智能化的監測手段，能夠更加及時地對煙草蟲害進行防治。

1? 系統硬件設計

系統框圖如圖1所示。

將STM32F103C8T6芯片作為系統的主控制器[3]，使用WiFi模塊進行數據的無線傳輸，并將相關信息在手機APP上進行顯示。設計煙草害蟲誘捕裝置，裝置內設置有稱重部分，放置一定量的對應害蟲的性誘劑，引誘害蟲進入誘蟲裝置，記錄一定時間內重力傳感器檢測的蟲子重量，從而得出誘捕裝置中害蟲的數量。根據前期統計的數據，得出蟲情預警閾值，如果一定時間內蟲子的數量達到相應的閾值，說明可能會有蟲情發生，蜂鳴器進行報警提示。該裝置還具有自身傾倒檢測功能，由角度傳感器實現。誘捕害蟲重量、數量、誘捕裝置的開閉，以及裝置是否傾倒等信息均可通過WiFi發送到手機APP進行顯示，方便使用者遠程查看。同時，使用者也可以通過手機APP控制誘捕裝置的開閉。

1.1? 單片機最小系統設計

STM32單片機的最小系統主要由電源電路、復位電路、去耦電容、調試下載電路及其他外圍電路組成[4]。

1.2? 重量檢測模塊設計

如圖2所示，重量檢測部分由壓力傳感器和HX711A/D模塊組成[4]，HX711A/D模塊將壓力傳感器輸出引腳發送的模擬量通過A/D模塊轉換成數字量，并發送給單片機進行計算，通過公式計算出重量。壓力傳感器的檢測范圍是0～1 kg，檢測精度高，適用于本設計。將裝有性誘劑的誘捕裝置放置在壓力傳感器上面，進行煙草害蟲的誘捕收集。隨著害蟲誘捕數量的增加，壓力傳感器壓強增大，檢測輸出電流和壓力的線性比進行公式計算，可以得到一定時間內誘捕裝置內的害蟲重量，發送到手機APP上進行顯示。單片機將此重量與預警閾值進行比較，當超出預警閾值時，蜂鳴器報警提示。

1.3? 裝置傾斜檢測模塊設計

圖3為裝置傾斜檢測電路圖。本次設計的裝置要放置于煙田中，為方便工作者遠程查看裝置狀態，保證裝置的工作效果，設計裝置傾斜檢測功能，由GY-25 角度傳感器模塊實現此功能。設置角度閾值為50°，當裝置角度傾斜達到閾值時為裝置傾倒狀態，手機APP顯示為角度狀態：傾斜；裝置傾斜角度小于閾值角度時，手機APP顯示為角度狀態：正常。

1.4? 報警電路設計

為方便進行硬件調試，將系統害蟲預警閾值設置為500只，即一定時間內，誘捕裝置中誘捕收集的煙草害蟲數量達到500只，視為有蟲害的可能，蜂鳴器報警提示，同時在手機APP進行數量和重量顯示，提醒檢測者注意處理。報警電路如圖4所示。

由于單片機輸出信號較弱，采用三極管進行信號放大驅動蜂鳴器。系統采用NPN型三極管。當害蟲數量達到閾值500只時，單片機C14引腳輸出高電平，NPN導通，蜂鳴器電路形成回路，蜂鳴器響起，手機APP界面顯示“收集箱已滿”，從而實現預警功能。工作人員處理后，害蟲數量低于閾值，C14引腳輸出低電平，NPN截止，蜂鳴器電路斷開，停止報警，完成一次預警。

1.5? WiFi模塊設計

圖5為WiFi模塊電路圖。單片機和硬件電路通信、單片機與手機APP的通信，以及單片機和服務器信息交互，需要一個信息傳輸模塊來完成這些任務。本裝置采用ESP8266-01SWi-Fi模塊[5]作為通信部分的樞紐。ESP8266芯片的RXD與STM32單片機A9引腳相連接用于接收數據，ESP8266芯片的TXD與單片機的A10引腳連接用于發送數據和接收返回值。

2? 系統軟件設計

無線煙草蟲情監測預警系統主要功能的實現通過STM32F103RCT6單片機作為主控芯片，配合手機APP來完成的。使用C語言進行單片機程序的編寫，使用Keil μVision5開發平臺。使用Java語言完成手機APP的編程，使用虛擬機中具有開發環境的Eclipse軟件。

2.1? 系統主程序流程圖設計

主程序流程圖如圖6所示。

單片機上電后，首先進行初始化。然后進行傳感器的信號采集，包括害蟲的重量以及裝置的角度，并發送控制指令到手機，將結果顯示到手機APP上。接下來判斷傳感器檢測的數值是否達到閾值：若害蟲數量在一定的時間內達到了預警閾值，則蜂鳴器報警提示；未達到，則繼續判斷角度是否發生傾斜，若發生傾倒，向手機發送收集箱傾倒信息，若未傾倒，向手機發送正常狀態，再讀取傳感器數值進入循環。

2.2? 手機APP程序設計

采用虛擬機打開一個windows7系統，在系統中使用Eclipse軟件建立APP工程，根據設計需要來實現相關功能。在Eclipse軟件中采取模塊化進行程序設計，按照所設計的功能，可以實現網絡連接、裝置蓋子開閉、收集的害蟲的重量數量、裝置傾斜角度狀態等模塊功能。

3? 系統調試

為驗證系統軟硬件設計的可行性，焊接硬件，并分模塊進行系統功能調試。

3.1? 重量檢測模塊調試

啟動模擬器，用手輕輕按壓傳感器， APP重量顯示數值有變化，說明此模塊正常。一枚一元硬幣的重量約為9.32 g，11枚的硬幣的重量約為103 g。將11枚硬幣放置于壓力傳感器上，APP的顯示內容如圖7所示。由APP顯示內容可知，重量檢測模塊功能正常，精度較高。

3.2? 裝置傾倒檢測模塊調試

啟動模擬器，手持裝置向左或者向右傾斜，當傾斜角度達50°時，角度狀態由正常改變為收集箱傾倒，如圖8所示。當回到50°以內，角度狀態恢復為正常，此功能正常。同時也可以通過手機APP遠程控制誘捕裝置蓋子的開和關。

3.3? 報警電路模塊調試

設定報警閾值為500 g，用手持續按壓壓力傳感器模擬害蟲重量，使重量緩慢上升，蜂鳴器沒有發生動作，在達到閾值時，蜂鳴器發生動作進行報警，報警電路正常。

3.4? 調試小結

經過調試，結果表明，本次無線煙草蟲情監測預警系統各個模塊的功能都可以實現，同時檢測精度較高。

4? 結束語

本次設計的無線煙草蟲情檢測預警系統，以STM32單片機為核心，通過一定時間內誘捕裝置中誘捕收集的害蟲重量得出數量，與預警閾值相比較，從而為蟲情發生的可能提供依據。若有蟲情發生可能，蜂鳴器會進行報警及手機APP進行提示，讓相關工作人員進行預防。該裝置可以實現無線傳輸、監測預警的功能，具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1] 胡堅.斜紋夜蛾為害煙草情況調查及防治[J].中國農村小康科技，2006（11）：70-71.

[2] 曾濤，宗釗輝，陳楨祿，等.煙草害蟲綠色防控技術研究進展[J].安徽農業科學，2022，50（1）：15-17，36.

[3] 喬飛鵬，計春雷，張繼勇.基于STM32單片機的無線測蟲器的設計與研究[J].電氣自動化，2020，42（2）：110-112.

[4] 梁芳芳.基于HX711多功能的智能電子秤的設計[J].工程技術研究，2021，6（15）：136-140.

[5] 李佳旺.基于ESP8266無線WIFI模塊的交互裝置作品的設計與實現[D].武漢：武漢音樂學院，2020.