基于ARM的溫室環境實時監測系統的設計與實現

楊博 蔡春曉 雷聲健 黃梁 黃麟鋒 陳俊錦

【摘 要】針對目前溫室控制系統自動化程度不高的現狀，系統采用嵌入式ARM處理器，能夠對溫室的溫度和濕度進行實時的檢測和異常報警。實現對溫室環境的溫度和濕度的檢測與控制，為智能農業的發展做出有益的探討。

【關鍵詞】ARM處理器；溫濕度檢測；智能農業

中圖分類號：TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）18-0046-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.18.020

【Abstract】In view of the current situation of low automation of the greenhouse control system， the embedded ARM processor is used in the system to detect and alarm the temperature and humidity of the greenhouse in real time. To realize the detection and control of temperature and humidity in greenhouse environment， and to make a useful discussion for the development of intelligent agriculture.

【Key words】ARM Processor； Temperature and Humidity Detection； Intelligent Agriculture

當前，隨著自動化、智能化等高新技術應用于塑料大棚以及溫室大棚，加上與各類現代化、智能化技術的結合。溫室大棚越來越多的應用在植物的培植中。植物的生長離不了溫度以及濕度，對溫室體系中的溫度以及濕度的檢測成為現今最熱門話題。本文針對目前溫室控制系統自動化程度不高的現狀，設計了基于ARM的溫室環境實時監測系統。

1 系統總體設計

系統以ARM處理器STM32單片機為核心，系統主要包括電源模塊、溫濕度采集模塊、顯示輸出以及控制模塊、鍵盤輸入模塊和其他的輔助電路等，如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 核心處理器

STM32F103C8T6是一種中等容量增強型，32位基于ARM核心的帶有64或128k字節閃存的微控制器、USB、CAN、7個定時器、2個ADC、9個通信接口的芯片。內置的ARM 32位Cortex-M3/32CPU 最高可到達72MHZ的工作頻率，主存儲器的0等待周期訪問可達1.25DMips/MHZ。從64k或128k字節的閃存程序存儲器與高達20k字節的SRAM使得芯片高度運行。在時鐘、復位和電源管理方面有2.0-3.6伏供電和I/O引腳以及各類振蕩器。芯片還包含2個12位的ADC；3個通用16位定時器，每個定時器有多達4個用于輸入捕獲/輸出比較/PWM或脈沖計數的通道以及增量編碼器輸入；和一個用于電機控制的PWM控制定時器；包含標準和先進的通信接口；7通道的DMA控制器；轉換范圍在0到3.6V的兩個12位模數轉換器；多達80個的快速I/O口，還有睡眠、停機和待機模式使得芯片的功耗更低，從36腳至100腳的五種不同封裝形式更能外設配置的需求。

2.2 溫濕度采集電路設計

DHT11傳感器是一種高精度的數字式溫度傳感器。它包含校準數字信號的輸出，是一種既能檢測溫度又能檢測濕度的傳感器。內置數字采集和溫濕度傳感模塊，保證產品本身具有很高的正確率和較強的穩定性，可以長期穩定的測量數據。該傳感器含有檢測環境濕度和環境溫度的部件，可以與8進制位的單片機相連接，因此產品具有質量高、速度快、抗干擾能力強、價格便宜等優點。電路連接圖如圖2所示。

2.3 顯示電路設計

采用LCD1602顯示屏，LCD1602 顯示器具備著使用率高的特點，并且價格低廉，有工業字符性意義的液晶顯示屏，具有多點字符的功能。它的模塊部分字模存儲器CGROM（Character Generator ROM）中固有的192個字模是使用率較高的，其中集合了八個自定義的字符，它的存儲器的英文代碼叫做CGRAM它具備有背光驅動電路功能和數據控制總線的功能來控制它的核心系統，數據在液晶顯示屏幕上的時間的控制可以在連接核心芯片基礎上，并且可以在關閉開關下得以實現，其模塊電路如圖3所示。

2.4 按鍵模塊設計

按鍵模塊選擇獨立按鍵，獨立按鍵通過I/0口線方式組成每個部分的按鍵電路，每一條I/0口線占據各一個獨立按鍵，它的I/0口的線上的按鍵的工作情況影響不到另外的I/O口線的執行情況，每個端口接口都有著一個按鍵部分接入，通過各個的按鍵電路情況來判斷接入的狀況，當將電阻下拉時候，并且的它的按鍵會彈起來，它的接口有著高電平的狀況，內部口線接上電阻外圍的電路，這樣就可以不適用拉口電路，讀取獨立按鍵的方法分別為查詢和中斷的方式，其設計電路如圖4所示。

按鍵模塊分有四個按鍵，方便輸入溫度以及濕度的上下限，它們都各自加入10K的電阻作為上拉的功能，分別接入STM32F103C8T6的PB12，PB13，PB14，PB15引腳。

3 系統軟件設計

通過調用每個模塊的子程序來完成程序功能運行，本系統實現目的是對傳感器收集的溫濕度數據讀取，并且通過在LCD1602顯示屏顯示數據，按鍵模塊設置溫度與濕度的預置，若超過預置會發生警報聲并采取相應的控制措施，從而達到設計的目的，流程如圖5所示。

4 結論

該系統能對溫室環境進行實時檢測，根據檢測到溫濕度，運用算法完成了自動調整溫濕度的數值，實現溫室環境智能監測。系統采用嵌入式ARM處理器，增強系統的實時性、可靠性和安全性，為農業溫室環境檢測發展做有益的探討。

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