基于ARM的大棚種植環(huán)境檢測系統(tǒng)設計

焦冬莉　吳必漢　靳坤

【摘 要】目前大棚種植的蔬菜在市場上占有很大的比例，特別是在冬季。然而大棚內(nèi)的蔬菜需要良好的生長環(huán)境，這就需要對棚內(nèi)的環(huán)境進行檢測。文中首先給出了檢測系統(tǒng)的組成及通信方式，然后設計了以STM32F103X為核心的主、從設備硬件連接，最后從軟件上描述了整個系統(tǒng)的控制流程。

【關鍵詞】STM32F103X；無線通信；環(huán)境監(jiān)測

0 引言

隨著微控制器和檢測技術的不斷發(fā)展，這些技術已經(jīng)被廣泛應用在各個領域。在大棚種植蔬菜的過程中，溫度、濕度等環(huán)境信息需要實時檢測，如果使用人力逐項檢測的話，不僅工作效率低，而且檢測結果不準確，為此設計了一種集控制、檢測、通信、顯示為一體大棚環(huán)境檢測系統(tǒng)。

1 大棚環(huán)境檢測系統(tǒng)

整個控制系統(tǒng)由從設備和主設備組成，從設備負責檢測大棚的環(huán)境信息并將信息通過無線通信模塊發(fā)送至主設備；主設備接收從設備發(fā)送的環(huán)境信息并將其顯示在LCD顯示屏上。

1.1 主設備系統(tǒng)

主設備硬件結構如圖2所示，微控制器是整個主設備的核心，其中TFT_LCD既是顯示模塊也是輸入模塊，具有實時顯示的功能。另外，通過觸摸屏可以查看大棚的環(huán)境信息。無線通信模塊用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，電源模塊用于主設備供電，主設備與從設備之間采用無線傳輸網(wǎng)絡。

1.2 從設備系統(tǒng)

如圖2所示，從設備中的微處理器負責接收所有傳感器發(fā)出的信號。首先對接收的原始數(shù)據(jù)進行處理，整合傳感器傳出的信息，然后從設備通過無線通信模塊將整理好的信息發(fā)送給室內(nèi)的主設備。

1.3 通信方式

由于模塊的通信方式采用的是半雙工通信方式，可以完成點對點，點對多點的通訊。但是在點對多點的通訊模式下，首先需要設1個主站，其余為從站，所有站點都必須設置一個唯一的地址。通信的協(xié)調(diào)由主站控制，主站采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，所有從站全部都能接收，并將接收到的地址碼與本機地址碼比較，地址不同則將數(shù)據(jù)丟掉，不做響應，若地址碼相同，則將接收的數(shù)據(jù)傳送出去。組網(wǎng)必須保證在任何一個瞬間，網(wǎng)中只有一個站點處于發(fā)送狀態(tài)，以免相互干擾。

2 器件介紹及部分硬件電路

設計的控制電路主要使用以下元器件，包括STM32F103VET6、STM32F103C8T6、TFT_LCD模塊、VT-DTMSD3-433模塊、溫濕度傳感器模塊、光照強度傳感器和氧氣濃度傳感器。

2.1 VT-DTMSD3-433通信模塊

VT-DTMSD3-433是一款包含了CC112xRF芯片和Cortex-M3內(nèi)核的32位ARM所設計的無線通信模塊，具有UART通信接口，在硬件連接方面只需要將各個引腳與STM32的UART通信接口對應連接即可。

2.2 TFT_LCD模塊

設計使用的顯示模塊為TFT-LCD模塊，本設計所選的微控制器自帶LCD控制器，可以將顯示模塊的數(shù)據(jù)線直接與FSMC數(shù)據(jù)線連接，并且觸摸屏控制器XPT2046帶有SPI通信接口，可以與微機控制器的SPI_1接口相連。TFT_LCD模塊與微控制器的硬件連接如圖3所示：

2.3 從設備相關模塊的硬件連接

檢測系統(tǒng)在設計上所選取的傳感器均是可以直接發(fā)出數(shù)字信號的成品傳感器，在硬件連接方面，如果微控制器上的外部總線接口數(shù)量不夠，就使用普通的IO口，通過軟件來模擬總線協(xié)議來達到與傳感器之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

2.4 溫濕度傳感器DHT11

溫濕度傳感器采用的是DHT11，采用單總線結構，根據(jù)其使用手冊，當傳感器與MCU之間的距離較遠時，需要在其數(shù)據(jù)引腳DATA上接一個阻值為5K的上拉電阻。

3 系統(tǒng)軟件設計

本次系統(tǒng)設計所選用的傳感器和通信模塊均滿足設計要求。通信模塊運行在主從模式時，主模塊從數(shù)據(jù)接口接收的數(shù)據(jù)幀必須包含從模塊的源地址，然后通過無線發(fā)射出去；當收到無線數(shù)據(jù)后，取出地址域字節(jié)并與已配置的源地址比較，如果一致，則將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)接口輸出，否則丟棄不處理。

從模塊從數(shù)據(jù)接口收到數(shù)據(jù)后，自動加上已配置的目的地址，然后通過無線發(fā)射出去；當收到無線數(shù)據(jù)后，取出地址域字節(jié)并與已配置的源地址比較，若一致則將數(shù)據(jù)域從數(shù)據(jù)接口輸出，否則丟棄不處理。

3.1 主設備程序設計

如圖4所示，主設備程序在運行時首先進行系統(tǒng)初始化，再通過無線通信模塊向從設備發(fā)送傳輸數(shù)據(jù)的命令。在接收到從設備發(fā)出的數(shù)據(jù)后，通信模塊會首先核對數(shù)據(jù)幀中的地址域字節(jié)與配置的源地址是否匹配，如果匹配，則進行數(shù)據(jù)處理并及時的將處理好的數(shù)據(jù)顯示在LCD屏上，否則直接丟棄。主設備可以通過不斷刷新顯示的信息來達到對多個大棚進行實時檢測的目的。

3.2 從設備程序設計

如圖4所示，從設備程序在運行時，首先進行系統(tǒng)的初始化，然后依次讀取各個傳感器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整理成一定的格式存儲起來，然后通過檢測是否有主設備發(fā)出的命令來判斷是否將整理好的數(shù)據(jù)發(fā)送給主設備，通過不斷的循環(huán)接收傳感器傳出的數(shù)據(jù)來達到及時獲取種植大棚內(nèi)部環(huán)境信息的目的。

4 結語

本系統(tǒng)采用了ARM微控制器對多個種植大棚內(nèi)部的環(huán)境信息進行檢測。設計的檢測系統(tǒng)不僅可以減輕種植戶的勞動量，提高數(shù)據(jù)檢測的準確性，同時還能夠提高蔬菜的產(chǎn)量，具有很好的應用前景。

【參考文獻】

[1]ARM公司.STM32F103VET6 中文手冊[S].

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[責任編輯：楊玉潔]