基于STM32的智慧农业监测系统设计

摘 要：STM32作为微控制器，具有高性能、低功耗、强可靠性等特点。STM32系列单片机在通信领域有着广泛的应用，如在无线通信模块、蓝牙模块、GPS模块等方面的应用。随着物联网技术的快速发展，STM32与NB-IoT、Wi-Fi等技术相融合，广泛应用于智能家居、智慧农业等领域。文章以智慧农业监测系统的设计为例，详细介绍了STM32微处理器，NB-Iot及Wi-Fi技术在物联网开发平台中的应用。系统的设计方式从简到难，依托目前流行的腾讯云平台，结合STM32分别展示了三种不同的设计方式，为物联网平台的开发提供良好的设计思路。

关键词：物联网；监测系统；云平台

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）16-0146-05

Design of Smart Agriculture Monitoring System Based on STM32

Abstract： As a microcontroller， STM32 has the characteristics of high performance， low power consumption， and strong reliability. The STM32 series single-chip microcomputer has a wide range of application in the field of communication， such as application in wireless communication modules， bluetooth modules， GPS modules， etc. With the rapid development of IoT technology， STM32 is widely used in fields of smart homes and smart agriculture by integrating with NB-IoT， Wi-Fi， and other technologies. The paper takes the design of a smart agriculture monitoring system as an example and provides a detailed introduction to the application of STM32 microprocessor， NB-IoT， and Wi-Fi technology in IoT development platforms. The design approach of the system ranges from simple to difficult， and it relies on the popular Tencent cloud platform and combines with STM32 to showcase three different design methods respectively， which provides good design ideas for the development of IoT platforms.

Keywords： Internet of Things; monitoring system; cloud platform

0 引 言

智慧农业监测系统可以提供农作物生长环境、作物状况等方面的数据，可以指导调整农作物生长发育的环境，使之更好地适应于作物生长发育需求。系统以STM32单片机为核心，由各种终端设备、传感器和网络通信终端组成，设计了设备端、PC端以及服务器端三个端点的通信，可以完成对周围环境的感知，完成远程控制和监测等。

为了更好地融合最新的流行技术，系统根据不同情况从三个方面进行开发，结合STM32模块、NB-Iot技术对温湿度、土壤湿度、pH酸碱度等信息进行监测，实现STM32与mqtt、Wi-Fi模块的配合使用，实现物联网技术在农业领域的应用。

1 “腾讯连连”小程序实现

利用腾讯云服务提供的物联网开发平台，结合广泛应用的NB-IoT最新技术[1]，通过STM32、NB-Iot卡开发平台并设置相应的参数和控制指令，即可在“腾讯连连”微信小程序平台上完成物联网连接。以测试土壤传感器为例，整个小程序的实现过程如下：

1）将设备连接到STM32微处理器，登录腾讯云服务器，进入物联网开发平台，在实例中创建项目。

2）结合开发文档在开发平台中添加相应的传感器设备。

首先根据开发文档说明在平台中定义相应的设备。根据产品展示配置、面板配置、入口配置以及智能联动配置等信息进行配置。

配置完成后获取设备所对应的信息（如设备的ID信息等），在“设备调试”环节获取设备的相应参数，查看MQTT服务器地址、端口号等参数，并指定相应的Topic主题，确保设备与云服务器的正常连接和通信，如图1所示。

3）利用Keil工具连接STM32微处理器[2]，编写程序，将物联网开发平台上的设备参数信息写入程序，保持产品ID、MQTT服务器地址及端口信息与平台一致。

程序写入代码如图2所示。

4）打开手机的“腾讯连连”小程序，选择“添加设备”按钮，通过“扫一扫”按钮，扫描刚刚在物联网开发平台中创建的设备二维码信息，完成微信小程序中的设备展示，如图3所示。

通过测试，发现已完成STM32连接的设备与物联网平台的连接，接下来就可以对设备进行监测和控制操作。

2 自建服务平台实现设备与服务器的连接

申请腾讯云服务器，搭建MQTT服务，通过MQTT服务实现手机端与设备端的网络连接与通信。

在这种模式下，需要了解不同平台（腾讯云）服务器的申请过程，并在申请完成的服务器中搭建MQTT服务，明确了不同操作系统对MQTT服务[3]的搭建要求。在搭建完成的MQTT服务中，只要确定完申请的网络空间地址或域名，就可以在手机端进行程序开发了。将MQTT搭建在腾讯云服务器中，通过相同的主题将二者连接并进行通信。例如以空气温湿度查看为例，要将设备端的数据传送到手机端，手机端显示连接成功[4]，并显示设备运行的数据，这意味着温度与湿度测试成功。设备端采用NB-Iot卡实现网络连接，效果如图4所示。

移动端采用Android Studio工具进行开发，实现部分的手机端程序展示。

2.1 MQTT相关参数设置

2.3 设置信息在移动端显示

要获取STM32开发板所传递的信息[5]，首先需要将板子传递的Json数据进行解析：

2.4 调用parseJsondata（）方法

使开发板的温湿度数据展示在移动端的界面中。结合MQTT服务和移动端开发技术，实现了移动端和设备端的连接。

3 STM32与Wi-Fi模块的三端点源程序开发

从底层开发，利用通用的Wi-Fi模块实现移动端、设备端与服务器端的连接，保证了3个端点的源程序开发，从而实现了物联网技术在农业中的应用[6]。三端点通过TCP/IP方式连接到服务器，可以实现复杂的业务流程：

1）申请云空间。

2）服务器端程序开发。服务器端采用SSM框架完成程序设计，采用MySQL作为存储数据的数据库，对设备进行远程控制和监测。一般先将服务器端的界面及相应的接口定义完毕，等待设备端或移动端进行连接，并对连接成功或连接失败做出一定的处理，对不同的设备端添加不同的接口，如对接温湿度设备端时，要实时获取对应设备端的数据并展示在后台[7]，利用数据库即时存储数据。服务器端程序发布到所申请的云服务平台，保证外网Internet可以连接，直接通过网址进行访问。图5展示了服务器端程序中加入的设备列表，当设备连接时将在“连接状态”位置显示“已连接”；其他设备不连接的情况下，显示“未连接”。

3）设备端程序开发。设备端需要连接Wi-Fi模块，利用路由器（保证与内网的服务器在同一个网段内）或移动网络共享热点连接到网络服务器，并将最终的服务器端程序发布到云服务上，保证外网Internet可以连接[8]。

在开发设备端程序时，需要同时配置Wi-Fi模块的相关参数：

移动端程序采用Android开发工具完成手机端程序的开发，通过手机真机或模拟器进行测试，与设备的连接状态展示如图6所示。

4 结 论

物联网技术目前已广泛应用于智能家居、智慧农业及智能控制等领域，给使用者带来极大的便利和安全，有利于提高工作效率。本文结合物联网应用技术进行设计开发，以STM32开发板为基础，分别结合NB-IoT技术、Wi-Fi技术及无线传感技术，实现与服务器端的连接，模拟监测系统的运行，阐述了物联网运行的基本机制，为物联网学习者提供了翔实的理论支撑。

参考文献：

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