基于STM32的农业大棚监测与控制系统

(北方民族大学 宁夏 银川 750021)

基于STM32的农业大棚监测与控制系统

巩师洋

(北方民族大学宁夏银川750021)

随着大数据处理、云计算、物联网、人工智能等技术的逐渐成熟，智能控制成为优化生产、解决劳动力成本攀升问题的有效方式之一。此外，智能控制还有重用性、高端制造等特性，这些特性共同促成其在众多领域得到应用，其中就包括在智慧农业上的应用。

本设计是智能控制在农业大棚具体实现，是基于单片机和GPRS网络的农业控制系统。功能主要有：采集大棚内温湿度、风机和加热器状态、TFT彩屏显示空气温湿度和加热器状态，风机、加热器、卷帘门开关状态现场可控，GPRS上传空气温湿度和风机、加热器、卷帘门开关状态给远程服务器，打开或关闭开关，服务器数据库数据存储，自动控制参数设置等。由以上功能组合实现了一套远程监控、智能控制系统。

温度；湿度；二氧化碳;单片机;智能控制

总体设计方案：本设计主要由上位机服务器、下位机和节点等组成。设备有五个节点(节点在马铃薯上方0.75m处)，每个节点均有CO2传感器和温湿度传感器。节点通过485通信方式将测得数据传送给下位机主控，下位机主控通过GPRS上传数据给上位机，且通过串口将数据上传给visual TFT屏。其中STM32单片机是本设计的核心，起到承上启下的作用。农户可将下位机调至手动状态，通过按风机和加热器开关控制温度、湿度和CO2浓度；也可以调至自动状态通过手机APP控制。

传输层： 系统通信由上位机通信、下位机通信两部分。上位机和下位机本身带有RS-232C接口，其最大传输距离为30m，不能满足本项目要求，而RS-485串行数据通信标准可传送2000m以上，因此选用485串行通信。在硬件接口：上位机本身具有RS-232C接口，再配备一块RS232-RS485转换板STD5630，实现RS-232电平到RS-485电平的转换。即采用RS485串行数据通信标准；下位机串行通信接口：下位机本身具有RS-232C接口，再配备一块RS485-RS232转换板5P60，实现了RS-485电平到RS-232电平的转换。这样，当波特率为9600时，可传输2000m，若适当降低波特率，可传输更远距离。串口的波特率可以通过设置在USART_BRR 寄存器的值来获得，基于STM32单片机可以通过库函数直接配置。采用Modbus的通信协议，通过单播或广播模式来完成主从机之间的相应。主机按格式发出请求后，单字节检测信息，并对收到数据进行解码以及校验数据是否准确，在Modbus 串行链路中，采用帧校验的方式。

控制层：用户可在手动模式下通过主机箱面板对现场数据进行检测并实时控制；也可以在自动模式下通过485将数据传输至STM32单片机进行数据的处理及存储，通过GPRS无线通信发送到远程监控中心与专家决策系统信息按照一定算法得出决策信息来控制风机等外设软件及开发环境：

系统下位机在μVision4环境下开发，使用C语言编程

数据控制流程：远程系统通过节点组网，父节点汇集子节点数据，通过公网TCP/IP协议上传给数据库，再通过手机APP或WEB浏览器进行显示和控制。

子节点：STC12C5A08S芯片通过USART1串口通信，获取温湿度传感器Sensor中的数据，并对数据进行CRC校验和数值范围检查，判断无误后，保存数据，等待父节点对子节点的数据请求。同时STC12C5A08S芯片通过USART2监听父节点指令，实现数据上传和电磁阀控制等；

父节点：STM32F103V芯片通过USART1串口和子节点进行通信，发送指令和接收数据。通过USART2和TFT彩屏通信，接收触摸屏数据，并显示湿度数据、时间、移动网络状态、节点状态和电磁阀状态等。其中TFT彩屏采用了Contex-M3内核和FPGA图形混合编程。通过GPRS将数据发送给数据库。同时父节点还设置机械按键，这些按键在物理介质上实习控制，比如继电器控制、自动手动控制模式选择、抽风、加湿以及PWM波变频器控制。

云应用：本项目选择的是阿里云旗下的产品服务，其中主要选择了ECS、CDN、OSS、SLB，将传统项目中单台服务器跑整个应用程序，分离成不同功能在不同服务器中。

ECS：本质就是一个服务器，运行在云上的一个服务，主要作用做大数据处理，跑本项目程序。

CDN：分布式的缓存服务器，可以加速项目中静态文件加载，达到了缓解网站高并发下带宽瓶颈的尴尬，缓解服务器的IO压力。

OSS：文件存储服务器，将采集的数据持久化便于数据的存取。

SLB：均衡负载。

其他内容：本文研究设计了一种基于STM32/AT89C51单片机的智能检测控制系统，这套系统实现了实时监控功能，随时掌握大棚环境信息。但只进行五个点测试，以点带面的了解大棚内环境信息，如果进行多点测试精度会更高。

[1]虞颖.RS-485标准及应用技术[J].有线电视技术,2004(5):66-68.

[2]Thomas H.Cormen,Charles E.Leiserson,Ronald L.Rivest,等.算法导论(原书第3版)[J].计算机教育,2013(10):51-51.

宁夏高校创新项目(YCX1769)。

巩师洋(1989-)，男，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，北方民族大学，在读硕士研究生，研究方向：信息检测与计算机控制技术。