基于STM32的土壤温湿度检测预警装置的设计实现

李灿坤，丁波，古丽米拉·克孜尔别克

（新疆农业大学计算机与信息工程学院，新疆乌鲁木齐830000）

基于STM32的土壤温湿度检测预警装置的设计实现

李灿坤，丁波，古丽米拉·克孜尔别克

（新疆农业大学计算机与信息工程学院，新疆乌鲁木齐830000）

基于现代化农业应用的要求及精细化农业中土壤温湿度对于农作物产量的影响，设计了土壤温湿度检测预警装置。该预警装置以STM32单片机为核心主板，采用温湿度传感器HL-TR05作为温湿度数据采集模块，通过SIM900A通信模块完成了将温湿度数据发送至用户手机或终端，实现了土壤温湿度的采集与监测预警的功能。经过分析及试验表明，达到了用户在第一时间得到相应的土壤温湿度信息的目标，并能够及时处理被监测土壤干旱问题。

土壤温湿度；监测预警；STM32；SIM900A

我国是一个农业大国，但是随着城市化进程的加快，大量耕地将被占用，在这样的前提下，如何更加高效的利用耕地显得尤为重要，因此精细化农业将越来越成为未来农业的趋势[1]。精细农业与传统农业相比，主要有以下特点：1）合理施用化肥，降低生产成本，减少环源污染；2）减少和节约水资源；3）节本增效，省工省时，优质高产；4）农作物的物质营养得到合理利用[2-3]，保证了农产品的产量和质量。因此精细化农业的生产活动需要智能化的农业设备来辅助。

基于以上的事实，本文考虑采用STM32温湿度检测预警装置来对土壤的温湿度进行监测预警，从而为精细化农业的实施提供了相应的帮助。

1 系统总体设计

该装置由3部分组成，分别为STM32开发板，SIM900A模块[4]，HL-TR05土壤温湿度传感器，如图1所示。测试时HL-TR05土壤温湿度传感器采集相应的土壤温湿度信息，采集后的数字信号经过STM32开发板的处理经过SIM900A模块将相应的温湿度数据发送至用户手机[5-6]。通过STM32开发板可以对温湿度采集频率，报警范围进行相应的设置[7]，而采集到的温湿度信息将会通过短息发送至用户手机，使得用户可以清晰的了解土壤的温湿度变化[8-9]。从而更加方便用于精细化农业，并对日常的农业生产活动做出相应的调整。

图1 系统的结构框图

2 STM32硬件结构

STM32F1系列属于中低端的32B ARM微控制器，其内核是Cortex-M3处理器。该系列芯片有多达9个通信接口，3个USART接口[10]。低功耗，性能稳定。能工作于－40～105℃的温度范围。

2.1 装置硬件连接

STM32开发板是该装置的控制芯片，通过该芯片来完成温湿度传感器的相应的数据处理和对SIM900A模块的控制[11]。其中STM32单片机的GPIOA1引脚设置和GPIOA3引脚为带下拉输入模式，连接温湿度传感器HT-TR05传感器的温湿度输入电平[12]；如图2所示，USART1_TX为输出，定义该口的模式为复用功能的推挽输出，2UART1_RX串口用来控制SIM900A芯片，USART12_TX为输出，定义该口的模式为复用功能的推挽输出，USART2_RX为输入，定义为浮空输入模式[13-14]；连接到通信模块的数据输入端；如图2所示，将GPIOB9设置为带下拉输出模式，连接GPRS的软件开机输入端。

2.2 系统的软件设计

STM32经串口来向SIM900A模块发送AT指令，同时通过串口将来自传感器的温湿度的数字信号经过转换后利用AT指令从SIM900A模块发送至用户手机，在计算机上用Keil uVision 5软件进行所有程序的编译以及对于用户手机号，预警范围进行设置，最后将程序烧写到单片机中。

单片机输出AT指令控制SIM900A完成各种通信功能。用户可通过AT指令进行语音呼叫、短信、电话本、数据业务等功能的控制。终端设备与计算机之间的通信协议形成AT指令集，AT指令是以AT开头，中间的字符对应不同的功能，最后是指令结束字符串[15-16]。每个指令执行成功与否都有相应的返回信息，为控制提供参考信息。发送过程图如图4所示。

图2 STM32开发板

图3 HL-TR05和SIM900A模块的连接电路

软件设计的部分程序：

对温湿度传感器采集到的数字信号进行处理

图4 发送流程图

3 功能实现与测试

为了更好的测试装置的功能，我们将装置设置为每半个小时测量4次温湿度数据。经测试，该装置每半个小时会发送相应的温湿度数据的短信至设置好的用户手机，时间误差在20 s内。其测量数据如下表所示，基本完成了相应的温湿度监测预警的功能。

表1 温度采集数据

表2 湿度采集数据

4 结束语

本文利用STM32开发板为核心，将HL-TR05土壤温湿度传感器按照预先设置好的采集频率将采集到的温湿度数据实时的通过SIM900A模块发送至用户手机，实现对土壤温湿度的监测预警功能，这样可以使用户随时随地的了解土壤温湿度数据的具体情况，对土地灌溉，作物种植等方面可以具体的采用相应的改进措施，从而达到科学种植，达到实现精细化农业的目的。

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[14]鄢秋荣，马耀中，柏欢，等.基于STM32单片机和移动通信模块的门户智能锁网络[J].实验室研究与探索，2016（3）：115-118.

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The design and implementation of soil temperature and humidity detection and early warning device control based on STM32

LI Can⁃kun，DING Bo，GuLimila·kezierbieke
（School of Computer and Information Engineering，Xinjiang Agricultural University of China，Urumqi830052，China）

According to the demands of modern agriculture and elaborating the effect of soil temperature and humidity for crop yield in agriculture，soil temperature and humidity detection system is designed.The warning devices to STM32 MCU as the core board，the temperature and humidity sensor，the HLTR05 as temperature and humidity data acquisition module，through SIM900A communication module completed the temperature and humidity data sent to the user's phone or terminal，realizing the collection of soil temperature and humidity and the function of the monitoring and early warning.After analysis and experiments show that up to the user in the first time to get the corresponding target of soil temperature and humidity information，and be able to timely deal with monitored soil drought problem.

soil temperature and humidity；detection and early warning；STM32；SIM900A

TN919.6+4

A

1674-6236（2017）22-0128-03

2016-10-24稿件编号：201610137

新疆农业大学大学生创新项目（201610758097）；新疆农业大学教研项目（2015JXYJ02）

李灿坤（1995—），男，河南宝丰人。研究方向：电子信息科学与技术。