基于STM32的温室大棚智能控制系统设计

叶伟光 石坚

[摘    要]为了有效增强我国温室大棚的智能化管理效果，文章介绍了温室智能化调控系统的国内外研究和发展现状，并提出一款基于STM32F103系列芯片的温室环境智能调控系统，主要收集室内的温湿度与光照强度信息进行分析，通过LCD显示器进行数据图标呈现，并增加无线信息传输组件，有效地创建温室的智能化环境调控系统。

[关键词]STM32;温室大棚;智能控制

[中图分类号]TP368.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）07–00–02

Design of Intelligent Control System for Greenhouse Based on STM32

Ye Wei-guang，Shi Jian

[Abstract]In order to effectively enhance the domestic intelligent management of greenhouse effect， this paper first introduces the greenhouse intelligent control system research and development situation at home and abroad， and puts forward an intelligent greenhouse environment control system based on STM32F103 series chips， the main indoor temperature and humidity and light intensity information were collected for analysis， through the LCD monitor data Standard presentation， and the addition of wireless information transmission components， effectively create a greenhouse intelligent environmental control system.

[Keywords]STM32; Greenhouse; Intelligent control

溫室环境的智能化控制研究是现代化温室大棚的一个研究重点。提升智能化温室大棚中植物的栽培效率与质量是较为重要的研究内容，通过对植物生长周期进行分析，科学检测温室条件并进行高效的规划。现阶段，国内科学领域已经研发出了多种可以改善作物生长效率，提高生产质量的智能设备，并被广泛的应用在温室大棚里，然而这些设备基本不具备智能调节能力，无法获取大棚内的具体情况，同样也无法实现远程调节的效果，仅可以实现一些初步的功能目的。

1 温室大棚智能化控制的国内外研究和发展现状

在国外很多发达国家特别是在欧美，十分重视温室栽培方面的研究，例如，美国等发达国家已经通过一些监管设备对大棚内的环境信息进行监控，并结合预期设定数值进行调节，达到农业生产的智能化效果。而这种智能化植物栽培技术仅是对室内的单一因素进行调控，也就是仅实现对大棚内的温度、湿度、光照、气体条件进行管理。随着科学技术的不断发展，温室大棚栽培技术也得到了全新的改变，在美国，科学家们研制了一款能够结合气候管理、农作物灌溉与施肥能力为一体的智能化温室大棚管控系统，这系统能够有效地结合各类农作物的管理内容，利用传感器所接收的信号对系统的各项功能进行管理，实现最优质这一高效的方式对温室内农作物的生长进行管理。以色列通过计算机设备对温度环境进行管理，并建立科学的温室构造，配备优质的环境调节、天窗以及幕帘等，对温湿度、光照效果、气体环境进行有效控制。并且将中的控制器与管理室内的中央电脑进行远程连接，提高温室管理的便捷性，更精准的对灌溉施肥系统进行控制，提升对于肥料与水资源的利用效果。加拿大的农业利用计算机软件来辅助温室调节，收集农作物去过程中的信息，并展开及时的处理研究，进行针对性的优化，实现对于成本的控制，降低农药的投入，提升生产效益。总而言之，相较于我国，国外对于自动化温室生产技术研究时间更早，已经具备良好的发展效果。如今，科技水平逐渐提高，通过在温室智能发展中运用现代监控、数据传输以及远程管理等技术，能够大幅度提升温室控制系统的智能化效果。同时有众多学者不断提出各类新兴的控制理念来优化对温室环境的管理效果。随着科技的发展，基于计算机技术的温室智能化控制系统，已经正式进入了智能化、自动化的发展时代。

国内对于农业的研究已经有了极为悠久的历史，早在两千多年前，我国古代人就已经开始研究一些农作物与栽培技术。上个世纪30年代时，国内北方就已经在冬季时研究通过简单的塑料大棚方式进行农作物种植，然而，这样搭建的温室环境，其中所构建的条件难以支撑一些喜温植物的正常生长。直到后来，国内农业科研人员开始在温室管控的领域内运用计算机技术，探究如何能够更好地控制温室环境中的温湿度、阳光等因素。在1982年，我国农业科学研究院正式成立了，是国内首个农业计算机研究部门，开始在温室条件的管理工作当中正式运用计算机技术，从这时开始，国内正式开始了对于温室条件管理系统的研究与发展。到了90年代，国内研究人员结合当时的具体国情以及现有的温室技术，展开对于符合国内温室条件管理系统的研发，由农机化研究院开发出了当时的全新温室智能管理系统。到了21世纪，随着科学技术的飞速提升，我国的温室智能调控技术又实现了进一步的提升。但是，因为大多数的控制系统通常基于单片机系统进行工作，因此导致人机交互界面操作不够人性化，未经过专项培训的使用者无法灵活运用，使得智能管理模式没有得到有效运用，没有发挥应有的作用。从整体角度进行分析，国内温室环境管理系统的智能化水平较发达国家而言还有一些落后，并与那些国际一线的温室控制技术有着不小的距离。所以，有关研究人员应当积极学习国外先进技术，不断结合国内农业的实际发展状况，研发与国情相符的温室智能调控系统，并将其有效的运用在现代农业发展当中。如今，在农工业技术与科技技术不断提升的背景下，温室管理系统也逐渐向着智能化、自动化、高性能、低成本的趋势进步。

温室内的温湿度、光照、CO₂浓度等条件之间具有极强的关联性，其中任意因子的改变，都会对剩余环境因素带来干扰，因此，单因子的控制模式无法高效的对温室内环境条件进行管理，因此，对于温室环境控制系统管理模式应当从单因子管理模式向多因子控制模式进行转变，有效提升对于温室内各项因素的均衡控制效果。但是，多因子控制模式虽然具有极大的运用空间，但凭当下的技术手段难以实现多因子的控制效果^[1]。

在计算机技术不断发展的背景下，温室管理系统的智能化水准也在逐渐提升，从以往对于单项因素的收集分析，逐渐转变为专家系统的优质控制模式。因为温室条件的管理工作极为繁琐，会涉及到众多变量、强关联性、干扰性以及非线性的繁琐系统，很难建立与其相关的数学模型，所以也就无法通过常见的管理方式进行调控。在国外重视温室研究的发达国家中，在智能温室管理系统的研究中运用模糊控制、神经网络控制等高级算法，使得温室环境的控制效果變得更加智能化。

随着信息技术的发展，如今社会中的网络化，信息化发展水平也在不断提高。所以，结合时代的发展，在温室环境调控系统中运用互联网信息技术也是一项必然的趋势，在现代测控技术、互联网技术、WiFi技术飞速发展的背景下，温室条件管理系统也必然会朝着多因子、开放性以及全面性的趋势进步。

2 总体方案设计

文章所探究的温室环境管理系统是基于STM32芯片进行功能实现的，此芯片是整个系统的重要基础^[2]。整体化框架内主要包含了环境监控管理模块、WIFI模块、自动报警模块等。温室环境管理系统通过与各模块中的智能芯片进行信息交互，实现远程管理，并通过ZigBee拓扑网络来优化交流效率，实现智能化温室环境调控系统所设计的功能。

3 硬件电路设计

通过现代监测技术设备，系统能够实时获取温室内温度、湿度、光照以及二氧化碳具体信息，通过对应的智能控制设备展开分析，控制系统结合农作物的生长需求，对温室那的条件因素进行调控^[3]。若是检测模块所获取到的信息超出预设的调控范围，那么需要对装置进行设计，结合具体的情况展开针对性修改。例如：在温室环境中，可以利用温室环境调控系统通风设备进行控制，实现降温的目的;利用加热电阻实现对于温室的增温，通过灌溉设备为土壤补充湿度。直到温室内的环境条件符合预期设计范围时，调控系统便会自动停止工作。

4 软件部分设计

4.1 软件功能基本流程

文章所讨论的这种基于STM32的温室环境调控系统需要通过专业的编译器进行程序编码，由编译器完成编码后，在上传到单片机中，实现程序的正常工作。温室环境调控系统再利用配备的现代监测工具来实时获取温室内的环境条件数据。通过设计的程序软件，可以实现各功能模块之间的有效通讯。例如：温室环境调控系统在收集到环境参数不满足预期要求时，就会利用无线通讯技术，安排对应的模块进行控制处理。每次在使用温室环境智能调控系统之前，需要对软件程序进行初始化操作，这样操作是为了让系统可以加载所配备的各类传感器与功能性硬件设施。

4.2 wifi的远程控制操作

文章所提出的温室环境智能调控系统，是通过WiFi技术进行通讯，并利用Zig Bee拓扑网络结构对信息交流效率进行优化，利用上位机实现对温室环境内的各项环境信息采集与调控模块进行远程管理，优化国内温室环境智能调控系统的便捷性以及工作效率。将计算机设为管理系统当中上位机，有关工作人员只需要在计算机上操作对应的客户端，就可以远程获取到温室当中的实时图像以及环境信息，并结合自身的目的，通过计算机实现远程调控，利用温室内的控制模块对温室条件进行调控，使得温室智能调控系统具有更高的人性化特征。该智能管理系统利用系统增加端口的转发性原则，有效地确定目标IP地址。同时，利用路由器设备，实现温室系统与外网联系，使得工作人员可以实现通过外网计算机对温室内的环境条件进行管理，达成系统远程操作的功能。

5 结束语

智慧型温室环境调控系统研发对现代智能化、自动化温室管理的实际需求进行了充分研究，并且针对性地使用了低功耗，高性能的STM32芯片。充分利用多种现代监测技术设备，实现对温室环境数据的实时获取，并通过计算机分析是否满足预期的设计范围，实现对温室环境的智能化、机械化控制效果，使得整个系统拥有良好的工作精度以及效率，在国内智能科技的有效发展背景下，智能型温室环境调控系统也会具有更广泛的应用前景。

参考文献

[1] 张宪阳，谢邵春，丁黎明，等.基于STM32的温室大棚温度控制系统[J].电子技术与软件工程，2020（17）：121-123.

[2] 潘澳，周丽丽，何源长，谢欣秀.基于STM32的温室大棚控制系统设计[J].南方农机，2020，51（24）：96-97.

[3] 严凯，姚凯学，韦付芝，等.基于STM32F103ZET6的温室大棚多点光照采集系统[J].计算技术与自动化，2018，37（2）：42-46.