作者 祝朝坤 張凌燕 鄭州工商學院(河南 鄭州 450000)

祝朝坤 (1987-)，男，碩士，講師，研究方向：無線傳感器網絡;張凌燕，女，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統。

摘要：本文基于STM32以及Android智能手機APP，實現了簡易農業(yè)物聯網大棚的設計。設計中通過STM32和無線傳感器網絡的應用，提出并設計了一種通過對大棚內農作物生長的環(huán)境信息進行實時監(jiān)測和調控的系統，在控制設備的干預下，為農作物的生長創(chuàng)造最適宜其生長的環(huán)境的設計。

引言

　　在目前的技術浪潮推動下，傳統農業(yè)的生產形式已經發(fā)生了巨大的變化。本文農業(yè)物聯網大棚的設計是以嵌入式系統為基礎，能夠對溫室大棚內空氣溫度、空氣濕度、光照強度、土壤濕度進行實時監(jiān)測，并在各項環(huán)境指標達到預先設定的閾值時，對環(huán)境因素進行實時的反饋調節(jié)，通過控制其他設備對溫室大棚內的環(huán)境做出相應調控。例如當檢測到土壤濕度不足時，系統就打開灌溉系統進行灌溉;當檢測到光照不足時，系統控制電燈打開照明控制系統對大棚內光照強度進行調控;當檢測到CO2含量過高時，則打開通風系統對大棚內空氣進行通風調節(jié)等監(jiān)控功能。

　　大棚中主要通過STM32F103系列單片機對其中的溫濕度傳感器、光照傳感器、土壤濕度傳感器的數據進行采集，經過換算得到相應的環(huán)境數據后，通過STM32F103的串口將數據傳輸給WiFi模塊。Android手機通過串口轉WiFi模塊對傳感器采集來的數據進行接收。并將其在Android手機APP上顯示出來。與此同時，通過Android手機端，事先能夠對環(huán)境溫濕度，土壤濕度的閾值進行設定，如果當前環(huán)境達不到所設定要求時，風扇、電燈和水泵等控制設備會自動打開，對大棚內的空氣溫度及空氣質量、光照強度、土壤濕度等環(huán)境信息進行干預，以便達到預先設定的環(huán)境閾值。

1 系統功能設計

　　設計分為硬件設計和軟件設計兩大部分。

　　硬件部分包括STM32單片機與各傳感器模塊的硬件電路設計;軟件設計包括STM32單片機的程序開發(fā)，以及Android智能手機上的APP的開發(fā)。設計的總體框圖如圖1所示。

1.1 硬件的選型和設計

　　物聯網大棚的環(huán)境節(jié)點設計采用性價比較高的STM32F103系列單片機做為微控制器，環(huán)境監(jiān)測傳感器和控制設備通過GPIO口、I2C引腳等接口與STM32單片機相連;同時，STM32單片機通過串行口和WiFi模塊相連，并通過TCP/IP協議與智能手機進行數據交換，從而實現對大棚內傳感器信息的采集和對大棚內各設備狀態(tài)的控制。

1.1.1 設計中采用的傳感器

   1、DHT22一體化溫濕度傳感器

　　DHT22濕敏電容數字溫濕度模塊是一款含有己校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。該產品具有超低能耗、超快響應、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。

   2、光照強度模塊電路

　　該設計中采用的是較為常用的BH1750FVI光照強度檢測模塊。其工作溫度范圍也較廣，為-45℃至+85℃，能夠滿足一般工業(yè)生產的條件。同時也具有較高的靈敏的和精確度。

　　此模塊采用I2C協議與單片機之間進行數據交互。其可以檢測到的光照強度范圍為1~65535Lux。

   3、 土壤濕度傳感器

　　土壤濕度傳感器又名土壤水分傳感器，土壤含水量傳感器。土壤濕度傳感器由不銹鋼探針和防水探頭構成，可長期埋設于土壤和堤壩內使用，對表層和深層土壤進行墑情的定點監(jiān)測和在線測量。與數據采集器配合使用，可作為水分定點監(jiān)測或移動測量的工具測量土壤容積含水量，主要用于土壤墑情檢測以及農業(yè)灌溉和林業(yè)防護。

　　以上三種傳感器是本設計中將要用到的傳感器，他們主要采集周圍環(huán)境中實時變化的溫濕度、光照強和土壤的濕度等農作物生長的環(huán)境信息。

1.1.2 通信相關電路

　　為了解決硬件與軟件的通信以及攝像頭采集數據的傳輸，設計中選用了ESP8266 WiFi模塊。該模塊是一款串口轉WiFi模塊，他能夠將單片機的串口通信協議轉換成TCP/IP協議，為單片機接入網絡提供了可能。又因為其成本低、使用簡便、組網方便、易于實現遠程數據交互，因此在物聯網應用設計中，被廣泛采納使用。

1.1.3 農業(yè)物聯網大棚簡易模型圖

　　在本設計中STM32F103用作核心控制器，用來對DHT22、BH1750FVI和土壤濕度傳感器的信息采集與處理，并控制WiFi模塊收發(fā)工作有序的進行。在設計中起到至關重要的作用。農業(yè)物聯網大棚簡易模型如圖2所示。

　　1.2 Android客戶端APP程序設計

　　Android客戶端應用程序作為本農業(yè)物聯網大棚系統所使用的手機客戶端。Android終端程序初步設計總共有1個主頁面和3個子界面。3個子界面包括環(huán)境信息控制界面、光照強度控制界面和監(jiān)控攝像頭選擇界面?，F對此APP的子界面及其部分代碼進行簡要介紹。

   1、主頁面

　　打開應用程序即可進入到主頁面，如圖3所示。在主界面上設置有3個觸摸按鍵，當點擊這三個不同的觸摸按鈕時，會觸發(fā)不同的監(jiān)聽事件，從而調用相關函數，轉入對應的子頁面當中去。

　　2、“環(huán)境信息”子頁面

　　當在主頁面點擊“環(huán)境信息”按鈕時，程序即可跳轉到環(huán)境信息子頁面去。該頁面布局和功能如圖4所示。