电子产品世界

作者 祝朝坤 张凌燕 郑州工商学院(河南 郑州 450000)

祝朝坤 (1987-)，男，硕士，讲师，研究方向：无线传感器网络;张凌燕，女，硕士，讲师，研究方向：嵌入式系统。

摘要：本文基于STM32以及Android智能手机APP，实现了简易农业物联网大棚的设计。设计中通过STM32和无线传感器网络的应用，提出并设计了一种通过对大棚内农作物生长的环境信息进行实时监测和调控的系统，在控制设备的干预下，为农作物的生长创造最适宜其生长的环境的设计。

引言

　　在目前的技术浪潮推动下，传统农业的生产形式已经发生了巨大的变化。本文农业物联网大棚的设计是以嵌入式系统为基础，能够对温室大棚内空气温度、空气湿度、光照强度、土壤湿度进行实时监测，并在各项环境指标达到预先设定的阈值时，对环境因素进行实时的反馈调节，通过控制其他设备对温室大棚内的环境做出相应调控。例如当检测到土壤湿度不足时，系统就打开灌溉系统进行灌溉;当检测到光照不足时，系统控制电灯打开照明控制系统对大棚内光照强度进行调控;当检测到CO2含量过高时，则打开通风系统对大棚内空气进行通风调节等监控功能。

　　大棚中主要通过STM32F103系列单片机对其中的温湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器的数据进行采集，经过换算得到相应的环境数据后，通过STM32F103的串口将数据传输给WiFi模块。Android手机通过串口转WiFi模块对传感器采集来的数据进行接收。并将其在Android手机APP上显示出来。与此同时，通过Android手机端，事先能够对环境温湿度，土壤湿度的阈值进行设定，如果当前环境达不到所设定要求时，风扇、电灯和水泵等控制设备会自动打开，对大棚内的空气温度及空气质量、光照强度、土壤湿度等环境信息进行干预，以便达到预先设定的环境阈值。

1 系统功能设计

　　设计分为硬件设计和软件设计两大部分。

　　硬件部分包括STM32单片机与各传感器模块的硬件电路设计;软件设计包括STM32单片机的程序开发，以及Android智能手机上的APP的开发。设计的总体框图如图1所示。

1.1 硬件的选型和设计

　　物联网大棚的环境节点设计采用性价比较高的STM32F103系列单片机做为微控制器，环境监测传感器和控制设备通过GPIO口、I2C引脚等接口与STM32单片机相连;同时，STM32单片机通过串行口和WiFi模块相连，并通过TCP/IP协议与智能手机进行数据交换，从而实现对大棚内传感器信息的采集和对大棚内各设备状态的控制。

1.1.1 设计中采用的传感器

   1、DHT22一体化温湿度传感器

　　DHT22湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该产品具有超低能耗、超快响应、抗干扰能力强、性价比高等优点。

   2、光照强度模块电路

　　该设计中采用的是较为常用的BH1750FVI光照强度检测模块。其工作温度范围也较广，为-45℃至+85℃，能够满足一般工业生产的条件。同时也具有较高的灵敏的和精确度。

　　此模块采用I²C协议与单片机之间进行数据交互。其可以检测到的光照强度范围为1~65535Lux。

   3、 土壤湿度传感器

　　土壤湿度传感器又名土壤水分传感器，土壤含水量传感器。土壤湿度传感器由不锈钢探针和防水探头构成，可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。与数据采集器配合使用，可作为水分定点监测或移动测量的工具测量土壤容积含水量，主要用于土壤墒情检测以及农业灌溉和林业防护。

　　以上三种传感器是本设计中将要用到的传感器，他们主要采集周围环境中实时变化的温湿度、光照强和土壤的湿度等农作物生长的环境信息。

1.1.2 通信相关电路

　　为了解决硬件与软件的通信以及摄像头采集数据的传输，设计中选用了ESP8266 WiFi模块。该模块是一款串口转WiFi模块，他能够将单片机的串口通信协议转换成TCP/IP协议，为单片机接入网络提供了可能。又因为其成本低、使用简便、组网方便、易于实现远程数据交互，因此在物联网应用设计中，被广泛采纳使用。

1.1.3 农业物联网大棚简易模型图

　　在本设计中STM32F103用作核心控制器，用来对DHT22、BH1750FVI和土壤湿度传感器的信息采集与处理，并控制WiFi模块收发工作有序的进行。在设计中起到至关重要的作用。农业物联网大棚简易模型如图2所示。

　　1.2 Android客户端APP程序设计

　　Android客户端应用程序作为本农业物联网大棚系统所使用的手机客户端。Android终端程序初步设计总共有1个主页面和3个子界面。3个子界面包括环境信息控制界面、光照强度控制界面和监控摄像头选择界面。现对此APP的子界面及其部分代码进行简要介绍。

   1、主页面

　　打开应用程序即可进入到主页面，如图3所示。在主界面上设置有3个触摸按键，当点击这三个不同的触摸按钮时，会触发不同的监听事件，从而调用相关函数，转入对应的子页面当中去。

　　2、“环境信息”子页面

　　当在主页面点击“环境信息”按钮时，程序即可跳转到环境信息子页面去。该页面布局和功能如图4所示。

关键词： STM32 农业物联网 WiFi 远程监控 传感器 智能手机 201712