基于STM32 的農業大棚環境智能測控系統設計簡述

劉喜華

（開封技師學院，475000，河南開封）

農業大棚作為不需要過分依賴外界環境的農業生產設施在農業發展中大受歡迎，其可以獨自為農作物營造適宜的生長環境，但往往需要花費大量的時間和人力對大棚內的環境進行控制。由于缺乏智能測控系統，其控制的精度往往不足。在此情況下，需要加快農業大棚智能測控系統的設計與研發。

1 農業大棚環境智能測控系統設計中需要注意的因素

農業大棚中的農作物生長主要依靠農作物的光合作用，一般對于大棚而言，影響作物光合作用的可控影響因素主要有溫度、濕度、光照及CO2濃度等，不同的因素對作物生長的影響不同。為了實現農業大棚環境的智能測控，以STM 為基礎設計出智能測控系統，需要對上述幾種因素進行詳細分析。

1.1 溫度

農業大棚內的溫度對農作物的生長影響非常大。從發芽、根系生長到農作物的光合作用等生理活動，都會受到大棚內溫度的影響且非常直接。溫度對農作物的新陳代謝影響較大，溫度適宜的環境下，農作物生長的質量最好、產量最高、速度最快。對于大棚作物而言，其日間最適宜的溫度在23～30 ℃之間，夜間最適宜的溫度在10～18 ℃之間[1]。

1.2 濕度

（1）空氣的濕度?？諝獾臐穸炔⒉皇侵缸匀恢械拇髿鉂穸?，而是指大棚內的相對濕度。大多數農作物對空氣濕度較為敏感。當其相對濕度適宜時，大棚內的農作物將會減緩蒸騰作用，加快光合作用，獲得更好的生長。相對濕度過大或過小則會影響農作物的生長狀況，濕度過小時農作物生長較為緩慢，濕度過大時農作物的產量將會降低，也會出現黑斑病等病害。

（2）土壤的濕度。不同的土壤濕度對農作物生長所需水分的供應有決定性影響，土壤中合適的水分是農作物健康生長的保證。土壤濕度過于低下、出現土壤干旱的情況時，農作物的光合作用將會由于水分的不足而效率降低，農作物也會生長得較慢；而土壤濕度過高也會影響微生物的活動，進而對植物的根系造成破壞，出現俗稱的爛根現象，影響農作物根系的生長發育，自然無法為農作物提供充足的營養使其生長。除此之外，土壤的濕度還會影響農作物對光照的需求。

1.3 光照

農作物的生長離不開充足的光照，光照作為農作物進行光合作用不可或缺的重要條件，其為農作物的生長提供了大量能量，光照是否充足影響著農作物在大棚內的產量。只有對光照進行合理的控制，確保農作物獲得充足的光照時間，具備合適的光照強度，才能夠幫助大棚內的農作物健康生長。對于農業大棚內農作物而言，通常其光照需要介于補償點與飽和點之間，且需要充足的時間。當外界沒有光照或因季節變化導致光照時間不足時，需要進行人工補光，為農作物提供光照保障。

1.4 CO2 濃度

對于農作物的生長而言，光合作用是其必不可少的，CO2作為光合作用必要條件之一，其濃度對農作物產量具有較大的影響。尤其對于農業大棚此類小型生態系統而言，農作物進行光合作用需要消耗的CO2量非常多，受到農業大棚內部空氣不流通的影響，大棚內CO2的濃度隨著種植時間的延長越來越低，導致農作物的光合作用難以進行，進而影響其生長速度，同時也會給農作物帶來病蟲害的困擾[2]。

2 STM32 農業大棚環境的智能測控系統硬件設計

基于STM32 的智能測控系統在設計中將會應用傳感器技術、自動化控制技術及通信技術等較為先進的技術，通過智能化的調控，為農業大棚內的農作物長期提供既適宜生長又較為穩定的生長環境條件。本設計中可以采取的傳感技術較多，例如分布式光纖傳感技術、多傳感器技術等。其中，分布式光纖傳感技術是較為新型的現代化監測技術手段之一，是傳感器的深入發展，能夠將監測位置的傳遞函數實現，從其設備測試端獲取到布里淵頻移量后就能夠順勢計算出農業大棚中待測物的應變值，同時獲取其溫度值。此類傳感技術能夠通過線性計算了解大棚內的溫度與應變值，反應速度快，監測效率較高。而多傳感器技術則需要建立基礎數據庫，其內容為農業大棚內各項參數相關的監測信息，并構建預測變形模型，將預警指標定量化，形成嚴格的指標體系，再將實時監控獲得的多元數據與預警模型融合。自動化控制技術以云技術與自動化技術為基礎，秉持大數據理念進行自動化智能監測控制工作。智能監控主要能夠監測農業大棚內影響農作物生長的各種因素例如濕度、溫度等，讀取獲得的數據后將相關數據全部導入云端，利用計算機對其進行分析，該技術能夠在很大程度上提高監測的效率，其獲得的分析數據更加精確，獲取數據的速度也更快。智能控制則是利用自動化技術自動調整大棚內不符合農作物生長需求的因素直至其符合大棚內設定的參數標準。本設計中使用的通信技術為無線電子通信，例如藍牙、ZigBee、WiFi 等技術，無線通信技術能夠幫助智能測控系統更快地進行數據傳輸，實現大棚內部的實時測控。

該設計的總體方案將其分為數據采集單元與控制單元兩個模塊。數據采集單元則是主要利用傳感器對大棚內部的濕度、光照、溫度及CO2濃度進行數據采集，其構成模塊不僅包括傳感器，還包括STM32 微控制器及485 通信，大棚內的各項數據傳遞到STM32 微控制器模塊之中，電源模塊與通信模塊也和STM32 微控制器模塊緊密聯系。硬件設計中的控制單元則是該系統的核心。其具有顯示實時參數、自動控制、手動控制、聲光報警及設定參數等多方面功能。整個控制單元的硬件結構以微控制模塊為核心，搭載報警模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊及通信模塊，除此之外，其還需要配合輸出控制模塊實現環境調控的功能[3]。

3 STM32 農業大棚環境的智能測控系統軟件設計

該智能測控系統的軟件設計以硬件結構為基礎進行模塊化構建，在總體設計中一共包含兩大部分，一部分為數據采集單元，另一部分為控制單元。控制單元包括系統設置、按鍵處理、智能控制、實時顯示、超限報警及數據傳輸功能，數據采集單元包括數據傳輸與數據采集的功能。數據采集單元最主要的作用為采集農業大棚中的各項參數并將其傳輸至軟件的控制單元之中。軟件工作的流程為初始化系統，將傳感器中的數據一一讀取后對數據進行初步處理，并將數據存儲起來，循環等待串口終端。當串口中斷時，從中斷入口接收串口的數據，并對數據作出簡單的判斷，判斷其是否需要被傳送至控制單元。若判斷需要傳送，則會通過數據傳輸輸送到控制單元中；如果判斷為不需要則結束流程。控制單元中的任務較多，其不僅需要進行實時顯示，實現自動控制與手動控制的結合，進行按鍵掃描處理，還需要處理數據采集單元輸送的數據，必要時還需要進行聲光報警?？刂茊卧呀邮盏降霓r業大棚內的各項環境參數和設定好的正常值進行對比，對農業大棚內各項不達標的環境參數進行調節，通過嚴格把控各項影響農作物生長的參數，為其生長提供穩定、安全的保障。其工作流程如下所述：初始化系統，選擇合適的模式，其一共具有三種模式，分別為手動模式、自動模式和設定模式。當選擇手動控制模式時，需要手動處理大棚內的環境參數，并將情況實時顯示出來，當其數據超過正常限制時，對相應參數進行調節與控制，控制完成后輸出到執行結構，當數據沒有超過限制時需要再次進行數據處理，進行實時顯示；當選擇自動控制的模式時流程與手動控制相同，但當數據超過參數限制之后，自動控制可以通過智能調節的方式對參數進行調控，調控完成之后再將其輸出；設定模式不參與數據判斷，而是在系統中設定農作物生長的參數，參數設置完成之后再進行手動模式與自動模式的選擇?？刂茊卧c數據采集單元之間通過RS485 連接。

4 結論

在STM32 的基礎上設計的智能測控系統，需要關注溫度、空氣與土壤的濕度、光照及CO2濃度等大棚內的因素，做好系統中硬件和軟件的設計，為農業大棚提供智能化的測控服務。