基于STC15的陕北草莓种植测控系统

李梦媛 高雪 张博航 曲格平

摘要：设计了一种基于STC15的陕北智能草莓种植系统。该系统以STC15为主控芯片，以LCD12864为显示模块，应用传感器对数据进行采集，通过WIFI模块上传云平台。完成了对大棚内的光照、温湿度、土壤湿度、C02浓度等数据的自动采集和调控。测试表明，该系统可以满足陕北草莓种植环境实时监测的需求。

关键词：智能草莓种植系统；STC15；数据采集；WIFI

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）11-0258-02

农业是我国的第一产业支柱，控制着我国国民的经济命脉。从经济角度来看，农业是国民经济的基础，是人类的衣食之源、生存之本。农业的发展状况直接影响着国家经济，是整个国民经济不断发展与进步的保障。在社会经济快速发展，科学技术不断更新的趋势下，通过合理利用通信技术手段，进一步促进农作物智能化管理已经成为必然趋势。而物联网技术和传感器技术也逐渐成了现代化农业发展的必要途径。由于陕北地区位于中纬度内陆地区，夏季多暴雨、冰雹，且有风沙、寒潮等自然灾害，在陕北地区种植草莓存在着很大的风险。所以，为了确保陕北地区草莓的种植产量与营养价值，有效发挥物联网的智能化作用，能够在一定程度上保证农业生产突破自然环境的影响。当前，通过陕北地区大棚农业种植的调查研究发现，农民可以通过传统人工大棚养殖方式实现草莓种植，主要是因其造價成本高，系统操作复杂等，为了能够实现农业的科学化、标准化、定量化、高效化，针对陕北大棚草莓最佳生长制作了一套基于STC15的陕北草莓种植测控系统，为种植规划的制定和管理提供可靠的基础依据。

1草莓生长环境需求及系统设计方案

1.1草莓生长环境需求

草莓根系在10C时开始活跃，并形成新根，15-20C为根系最适生长温度，草莓地上部分生长发育最适温度为20-26C；草莓对水分的需求量较大，正常生长期间，土壤相对含水量在70%为宜；草莓对空气湿度也有严格要求，一般要求空气湿度在80%以下为好；光照强度方面，草莓生长期间的光照强度应在2.5～6万勒克斯范围内；CO2浓度方面，草莓对CO2浓度要求为550-750毫克1升。

1.2系统设计方案

该系统以STM15为主控芯片，系统可以根据预设的草莓生长环境参数通过单片机控制，改善大棚内的环境，使之达到草莓的最佳生长环境；同时也可以通过MCU将大棚内部的空气温度、空气湿度、光照强度、CO2浓度值、土壤湿度的测量值实时的地将数据通过安信可云传送到手机（电脑）终端，手机（电脑）终端能实时接收大棚内农作物的生长环境状况并且可以根据环境状况及时发送相关命令来远程控制大棚。当该物联网智能农业测量控制系统开始正常运行后，单片机在上电后会自动向WIFI模块发送AT指令，使该模块连接到安信可公司向用户提供的免费云服务平台，手机（电脑）通过云服务APP（网络连接助手软件）连接到云终端，使手机（电脑）与该子系统的WIFI模块进行绑定，绑定成功后，手机（电脑）还可以继续绑定多个系统的WIFI模块，接下来系统定时通过安信可云远程向手机（电脑）发送当前农作物的生长环境参数。系统框图如图1所示。

2系统硬件设计

2.1 数据采集处理传输模块

土壤湿度测量模块选用土壤湿度传感器，通过电磁脉冲原理，基于电磁波通过介质传播频率进行土壤表观介电常数检测，以获得土壤容积含水量，其不仅简捷安全，而且定点连续，还具备自动化与宽量程等优势。原理具体如图2所示。

空气温湿度测量模块采用DHT11温度传感器，支持“一线总线”接口，精度为±0.5°C，为数字型传感器大大地提高了系统的抗干扰性，适用于恶劣的环境下现场温度的测量[3]。其原理图如图2所示。

二氧化碳传感器分为红外二氧化碳传感器，催化二氧化碳传感器，热传导二氧化碳传感器[2]。本文采用红外二氧化碳传感器，该传感器利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，广泛应用于存在可燃性、爆炸性气体的各种场合[2]。其原理图如图2所示。

光照测量模块选用即使针对弱光也十分灵敏的硅光伏探测器作为传感器，其不仅检测区域范围广，而且防水性良好，便于安装使用，传输距离比较远，适合用于各种各样的场合，特别是农业大棚。原理具体如图2所示。

2.2 电源模块

本系统电源模块采用电感型电源，采用降压DC/DC转换器TPS5430进行降压电路设计，其电路图如图3所示。在电感型开关电源中，所谓能量就是基于脉冲通过电感从输入到输出。各脉冲期间电感像是蓄水池，能够及时接收并存储能量。当输出的电压达到设计要求时即3.3V，脉冲中所包含的能量正是单片机所需要的，电感L1和电容C2配合工作，使能量平稳输出。电容C1为去耦电容，为芯片提供稳定的电压，间接的提升了电感型开关电源的效率。

3系统软件设计

系统上电后，对各模块初始化，设定相应的I/O，进行WIFI预开启，开启成功后，控制器对数据进行相应的分析处理，并进行相应的存储。然后通过WIFI模块上传数据至安信可云平台，用户可在PC端或者手机APP上查看所传输数据。具体软件设计流程图如图4所示。

4结论

本文针对目前陕北草莓生长状况，基于STC15设计了陕北草莓种植测控系统。该系统能实时监测和上传当前环境数据，在手机、电脑等终端查看。测试表明，该系统安全可靠，功耗成本低，精度高，可以及时通过监测的环境数据发送相关命令来远程控制大棚从而满足草莓的最佳环境生长条件，最大限度地提高草莓的产量，解决草莓对环境要求高导致产量不高的问题，有利于提高农民的经济效益。

参考文献：

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[4] 宋俊慷，谭佩文，朱冬妹，等.农业温室大棚远程监测平台设计[J].民营科技，2018（7）：147-149.

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[8] 王冬. 基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现[D].大连理工大学，2013.

【通联编辑：光文玲】