基于STM32的温室大棚灌溉视频控制系统设计

2016-03-17崔丽霞唐山学院智能与信息学院063009

电子制作 2016年4期

关键词：墒情温室灌溉

王　蕾　崔丽霞　唐山学院智能与信息学院　063009

王蕾崔丽霞唐山学院智能与信息学院063009

项目：2014年唐山市科技支撑项目，项目编号：14120209a

【文章摘要】

随着物联网技术的迅速发展，温室大棚灌溉监控系统由采集参数分析墒情的间接控制方式转换为采用视频监控的直接控制方式。本文利用STM32为控制核心，通过WIFI无线传输方式，实现了温棚灌溉监控系统。经测试，该系统运行稳定，成本较低，达到了全方位监控效果。

【关键词】

STM32；WIFI；视频监控；墒情

0　引言

随着温室种植面积的不断加大，以及地球水资源紧缺状况急剧，怎样在温室灌溉中提升水资源的利用率，成为了农业自动化设计的热点。传统的温室墒情采集控制系统多采用STC单片机、PLC等为控制核心，通过采集现场空气与土壤的温度、湿度等参数，根据作物生长特点和现场参数状态人工控制灌溉开关。用户仅能依靠简单参数估计植物生长需水量，参数采集范围有限，这种控制方式存在较大的判断差。现代农业技术的发展中，无线监控技术逐渐应用到了温室灌溉监控系统中。基于 GPRS技术和 PLC 的闸门监控系统，采用 PLC 为核心的开放、分层分布式计算机监控系统，应用了数据自动采集、远程控制、网络通信、数据存储与处理等技术，实现了现场控制层设备、远程监测层设备和操作人员终端相互之间的无线网络连接，为闸门的远程监控提供了一种新的技术手段。同时，CAN 总线技术和MSP430单片机技术也被应用到了监控系统中。但已有系统造价较高，同时主要应用在大面积温棚灌溉系统中，针对唐山地区温室种植户相对分散特点，这种系统并不适用。

图1　系统设计总体方案

图2　STM32原理图

根据用户设计要求，本系统主要针对单棚灌溉情况进行监控。本系统依据作物生长特点和用水管理的实际状况，本着低功耗、低成本的设计目标，通过灌溉图像采集、存储与WIFI无线传输的硬件与软件设计，实现了本地区温棚灌溉监控系统。

1　系统设计总体方案

本系统利用STM32为主控核心，通过OV7076摄像头采集温室灌溉图像，同时利用WIFI模块进行图像信息的传输，为用户设计上位机界面实现了灌溉系统的远程监控功能。系统设计总体方案如图1所示。

图像采集模块主要完成对温室灌溉图像信息采集的工作，用以分析土壤墒情监测；控制模块负责图像的缓冲保存以及为无线传输准备数据；无线传输模块主要负责图像的远程稳定传输；上位机模块负责用人机信号的便捷交互，完成用户对灌溉系统阀门的远程控制。

2　系统硬件电路的设计

本系统设计选用基于Correx-M3内核的STMF1032ZET6芯片为控制器。该芯片集成度较高，具有144个管脚。STM32固件库提供了简单的函数库，便于用户访问调用。控制器STM32原理图如图2所示。OV7670是OV公司出产的CMOSVGA图像传感器，稳定工作电压2.8V。其通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、取等分辨率8位图像数据，本设计图像最高达30帧/秒。OV767摄像头与STM32管脚的连接关系为：OV_SDA 接PG13、OV_SCL接PD3、FIFO_RCLK接PB4等。OV7670PCLK最高可达24Mhz，如果直接使用IO口抓取是很困难的，所以设计中STM32通过FIFO读取图像数据，而摄像头自带的FIFO芯片也可用于暂存图像数据，该容量为384K字节，足够存储2帧QVGA的图像数据。

主控制器SMT32利用SDI1接口驱动MR09WIFI模块，同时利用CS_29CLK、MISO_31、MOSI_32、INT_33与MR09模块相连，组成通信线路。PB12利用开关电路控制WIFI功能，方便复位和电源控制。WIFI管脚连接图如图2、图3所示。

图3　WIFI管脚连接图

3　系统软件电路的设计

系统使用C语言在keil-MDK环境下完成软件编译、调试、下载的，实现了灌溉监控系统的设计要求。系统的软件开发主要包括OV7670采集图像模块程序设计、WIFI无线传输模块程序设计和上位机用户界面模块设计三部分。

OV7670模块工作过程分为两部分，主要涉及存储图像数据和读取图形数据。图像的存储过程为：首先初始化OV7670模块，然后数据存储和读取使用了一个外部中断来捕捉帧同步信号（VSYNC），然后在中断里启动图像数据存储到FIFO，最后等待下一次VSHNC信号到来完成一帧数据存储。采集图像程序图如图4所示。

WIFI模块作为STA站点，加入到无线路由AP建立无线网络，通过AP与IP网络连接，进行图像信息的传输。编译下载WIFI程序，在电脑中搜索网络节点，在第一个WIFIBOARD_ AdHoc_SPI,输入网络安全密钥，等待网络连接成功。网络连接图如图5所示。当WIFI网络初始化成功后，运行主程序。在初始化工程中设置AX22001参数，包括串口选择、波特率设置、工作网络模式、信道的选择、IP地址的获取和网络端口的设定等。MCPU参数地址选择为0x000-0x03F。

图4　采集图像程序图

4　系统调试

硬件连接好之后，使用软件编译器编译下载代码，通过SW模式下载代码到STM32。随后，进入上位机监控界面，用户可以利用按钮（调用bmp_encode函数），实现串口控制拍照。在调试中OV_SCL与JOY_CLK共用PD3口，故摄像头和手柄不可以同时使用；FIFO_WEN和FIFO_RCLK与JTAG信号线的JTDO和JTRST共用了，调试时不能选用JATAG模式，而使用SW模式。