基于STM32的绿植生长环境监控系统设计

莫姜毅, 张凯婷, 丁洪丰, 赵 帅

(淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院, 江苏 淮安 223300)

0 引言

随着智能家居的普及和发展，人们对家居生活环境质量的需求也日趋提高. 绿植作为家居装饰不可或缺的一部分,其健康生长会带给家居一份恬静与美好．据调查多数年轻人希望家居环境中能够有一些绿植做装饰,然而种植后却经常忘记照料或者因工作原因无法照料而达不到预期的效果．针对该现象,本文提出了一种基于STM32技术的作物生长参数监控系统，该系统能够对作物生长参数信息进行采集、分析和处理,并能根据采集到的植物生长参数信息对不同的环境参数进行调整，因而能够让用户了解作物生长环境状况，适时进行自助灌溉、通风、补光和调温,同时还可以作为智能家居系统子系统,为智能家居数据库提供相关的环境数据信息[1]．

1 系统总体设计概述

植物生长的关键因素主要有适量的光照、水和适宜的温度,不同的绿植需要不同的生长环境,因此本文提出了一种绿植生长环境参数可测的系统设计方案,并针对检测得到的参数加以分析、存储并给出相应的调控措施,如：加温、散热、浇水、通风、补光等．根据智能家居物联体系的结构模型[2-6],给出了系统的技术路线如图1所示．该系统包含无线感知节点、信息采集服务中心和图形监测界面三大部分．其中无线感知节点是整个系统的核心部分,是全功能节点,承担数据采集、处理以及传输的功能，是系统的主要设计部分.

无线感知节点结构如图2所示．图2中控制器负责各个环境信息的采集,并将采集的数据进行分析与处理[7],同时给出输出量并通过继电器开关进行相应执行器的控制,将数据在LCD显示模块中进行显示,通过无线通信模块将数据上传给信息采集服务中心[8];温度传感器、湿度传感器和光照传感器用来为系统的控制器进行数据的采集;加热继电器、散热继电器、通风继电器、补光继电器和水泵继电器为系统提供相应的执行器动作,进行加热、散热、通风、补光和灌溉等功能操作;LCD显示模块用来进行环境信息的显示,方便用户现场读取信息;无线通信模块将采集的环境数据信息通过无线传输模式传送给信息采集服务中心,供远程客户端更好地了解植物生长环境并做出相应的环境改善．

图1 系统技术路线图 图2 无线感知节点结构框图

2 系统硬件设计与实现

根据无线感知节点的设计和配制,结合应用环境的实际需求,选用NUCLEO-F303RE作为控制器.通过采用7.4 V航模电池和LM2596 DC-DC可调降压模块将电压降至5 V后给系统控制器供电．

温度传感器选用体积小、功耗低的DHT11,光照传感器选用光敏电阻K853518;土壤湿度传感器选用Moisture Sensor；执行控制器选用SRD-05VDC-SL-C继电器,该继电器低电平触发有效,执行元件选用水泵、补光灯、散热风扇、加热棒等进行实验模拟．继电器的公共端接直流正极,执行元件的VCC接NO端,执行元件的GND接直流负极,当信号触发端有来自控制器的低电平触发时,公共端与常开端会接通,执行元件通电工作,使环境参数达到理想范围．此外,本系统采用HC-05蓝牙模块实现无线通信,避免线路纷扰,使作业人员更加方便观测到作物生长信息,节省人力物力消耗．

3 系统软件设计与实现

3.1 下位机程序设计

结合系统的整体技术路线和传感节点的电路设计,本设计系统的主程序如图3所示．系统通过相应传感器对环境信息进行采集,采集的信息经控制器的软件程序处理后,通过蓝牙模块将汇聚信息发送到上位机并在LCD上显示;同时将采集的信息与设定的阈值进行比较,如果采集的参数结果超出设定的标准范围,控制器就会给执行控制器发出指令,执行元件就会执行相应的操作．

3.1.1 温度子程序

当温度传感器检测到外界温度小于或等于20℃时,加热继电器开启;当温度传感器检测到外界温度大于或等于30℃时,散热继电器开启;当温度传感器检测到外界温度大于20℃且小于30℃时,加热和散热继电器均关闭．

3.1.2 土壤湿度子程序

当采集的土壤湿度参数值(传感器采集数值)大于或等于900时,通风继电器关闭,水泵继电器开启,给农作物浇水；当湿度值小于或等于600时,水泵继电器关闭,通风继电器开启；当湿度值大于600小于900时,水泵和通风继电器均关闭．

3.1.3 光照强度子程序

当光照传感器检测到光照值(传感器采集数值)小于或等于300时,补光灯继电器开启;当采集的光照值大于300时,补光灯继电器关闭．

3.2 上位机软件

上位机选用在LabView软件上开发交互界面,主要包括登录界面、数据采集显示界面、数据存储显示界面、图像信息显示界面等;其中,数据显示界面通过两种方式展示,一种是采用数值显示控件显示,实时刷新显示采集到的温室环境参数;另一种是通过波形图控件显示,可以更直观地分开体现各参数的变化．当采集的参数不在设定范围内时,LabView界面上该参数旁的绿灯变成报警的红灯．上位机流程如图4所示．

图3 主程序图 图4 上位机流程图

4 系统测试分析

根据系统的功能结构设计,测试分为数据显示和数据存储两大部分．经过测试,硬件数据采集节点获取数据正常,并且反馈控制模块能够通过阈值进行环境参数的调节,实现基本的监控功能．软件界面上,对测试节点端的温度、湿度、光照强度的数据显示比例、波形图像符合标准,后台数据库中有数据文件生成,并查询成功. 上位机监控交互界面如图5所示．

图5 上位机监控交互界面

5 小结

本文设计的一种基于STM32的绿植生长环境监控系统，通过传感采集节点获取植物生长环境参数,并使用LabVIEW软件进行数据显示、数据存储,同时借助各个响应模块将植物生长所需环境参数进行定量控制,实现了对绿植生长因子的实时监控,可以促进植物更好地生长.该系统在智慧农业、智能家居等应用方面具有一定的参考价值．