基于ARM的大棚种植环境检测系统设计

焦冬莉　吴必汉　靳坤

【摘 要】目前大棚种植的蔬菜在市场上占有很大的比例，特别是在冬季。然而大棚内的蔬菜需要良好的生长环境，这就需要对棚内的环境进行检测。文中首先给出了检测系统的组成及通信方式，然后设计了以STM32F103X为核心的主、从设备硬件连接，最后从软件上描述了整个系统的控制流程。

【关键词】STM32F103X；无线通信；环境监测

0 引言

随着微控制器和检测技术的不断发展，这些技术已经被广泛应用在各个领域。在大棚种植蔬菜的过程中，温度、湿度等环境信息需要实时检测，如果使用人力逐项检测的话，不仅工作效率低，而且检测结果不准确，为此设计了一种集控制、检测、通信、显示为一体大棚环境检测系统。

1 大棚环境检测系统

整个控制系统由从设备和主设备组成，从设备负责检测大棚的环境信息并将信息通过无线通信模块发送至主设备；主设备接收从设备发送的环境信息并将其显示在LCD显示屏上。

1.1 主设备系统

主设备硬件结构如图2所示，微控制器是整个主设备的核心，其中TFT_LCD既是显示模块也是输入模块，具有实时显示的功能。另外，通过触摸屏可以查看大棚的环境信息。无线通信模块用于接收和发送数据，电源模块用于主设备供电，主设备与从设备之间采用无线传输网络。

1.2 从设备系统

如图2所示，从设备中的微处理器负责接收所有传感器发出的信号。首先对接收的原始数据进行处理，整合传感器传出的信息，然后从设备通过无线通信模块将整理好的信息发送给室内的主设备。

1.3 通信方式

由于模块的通信方式采用的是半双工通信方式，可以完成点对点，点对多点的通讯。但是在点对多点的通讯模式下，首先需要设1个主站，其余为从站，所有站点都必须设置一个唯一的地址。通信的协调由主站控制，主站采用带地址码的数据帧发送数据或命令，所有从站全部都能接收，并将接收到的地址码与本机地址码比较，地址不同则将数据丢掉，不做响应，若地址码相同，则将接收的数据传送出去。组网必须保证在任何一个瞬间，网中只有一个站点处于发送状态，以免相互干扰。

2 器件介绍及部分硬件电路

设计的控制电路主要使用以下元器件，包括STM32F103VET6、STM32F103C8T6、TFT_LCD模块、VT-DTMSD3-433模块、温湿度传感器模块、光照强度传感器和氧气浓度传感器。

2.1 VT-DTMSD3-433通信模块

VT-DTMSD3-433是一款包含了CC112xRF芯片和Cortex-M3内核的32位ARM所设计的无线通信模块，具有UART通信接口，在硬件连接方面只需要将各个引脚与STM32的UART通信接口对应连接即可。

2.2 TFT_LCD模块

设计使用的显示模块为TFT-LCD模块，本设计所选的微控制器自带LCD控制器，可以将显示模块的数据线直接与FSMC数据线连接，并且触摸屏控制器XPT2046带有SPI通信接口，可以与微机控制器的SPI_1接口相连。TFT_LCD模块与微控制器的硬件连接如图3所示：

2.3 从设备相关模块的硬件连接

检测系统在设计上所选取的传感器均是可以直接发出数字信号的成品传感器，在硬件连接方面，如果微控制器上的外部总线接口数量不够，就使用普通的IO口，通过软件来模拟总线协议来达到与传感器之间进行数据传输的目的。

2.4 温湿度传感器DHT11

温湿度传感器采用的是DHT11，采用单总线结构，根据其使用手册，当传感器与MCU之间的距离较远时，需要在其数据引脚DATA上接一个阻值为5K的上拉电阻。

3 系统软件设计

本次系统设计所选用的传感器和通信模块均满足设计要求。通信模块运行在主从模式时，主模块从数据接口接收的数据帧必须包含从模块的源地址，然后通过无线发射出去；当收到无线数据后，取出地址域字节并与已配置的源地址比较，如果一致，则将数据从数据接口输出，否则丢弃不处理。

从模块从数据接口收到数据后，自动加上已配置的目的地址，然后通过无线发射出去；当收到无线数据后，取出地址域字节并与已配置的源地址比较，若一致则将数据域从数据接口输出，否则丢弃不处理。

3.1 主设备程序设计

如图4所示，主设备程序在运行时首先进行系统初始化，再通过无线通信模块向从设备发送传输数据的命令。在接收到从设备发出的数据后，通信模块会首先核对数据帧中的地址域字节与配置的源地址是否匹配，如果匹配，则进行数据处理并及时的将处理好的数据显示在LCD屏上，否则直接丢弃。主设备可以通过不断刷新显示的信息来达到对多个大棚进行实时检测的目的。

3.2 从设备程序设计

如图4所示，从设备程序在运行时，首先进行系统的初始化，然后依次读取各个传感器的数据，并将数据整理成一定的格式存储起来，然后通过检测是否有主设备发出的命令来判断是否将整理好的数据发送给主设备，通过不断的循环接收传感器传出的数据来达到及时获取种植大棚内部环境信息的目的。

4 结语

本系统采用了ARM微控制器对多个种植大棚内部的环境信息进行检测。设计的检测系统不仅可以减轻种植户的劳动量，提高数据检测的准确性，同时还能够提高蔬菜的产量，具有很好的应用前景。

【参考文献】

[1]ARM公司.STM32F103VET6 中文手册[S].

[2]余筱.基于ARM的环境检测网络[D].华南理工大学，2012.

[3]王慧.基于ARM处理器的远程无线监测系统[D].南昌大学，2013.

[责任编辑：杨玉洁]