李夢媛 高雪 張博航 曲格平

摘要：設(shè)計了一種基于STC15的陜北智能草莓種植系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC15為主控芯片，以LCD12864為顯示模塊，應(yīng)用傳感器對數(shù)據(jù)進行采集，通過WIFI模塊上傳云平臺。完成了對大棚內(nèi)的光照、溫濕度、土壤濕度、C02濃度等數(shù)據(jù)的自動采集和調(diào)控。測試表明，該系統(tǒng)可以滿足陜北草莓種植環(huán)境實時監(jiān)測的需求。

關(guān)鍵詞：智能草莓種植系統(tǒng)；STC15；數(shù)據(jù)采集；WIFI

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0258-02

農(nóng)業(yè)是我國的第一產(chǎn)業(yè)支柱，控制著我國國民的經(jīng)濟命脈。從經(jīng)濟角度來看，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，是人類的衣食之源、生存之本。農(nóng)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r直接影響著國家經(jīng)濟，是整個國民經(jīng)濟不斷發(fā)展與進步的保障。在社會經(jīng)濟快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷更新的趨勢下，通過合理利用通信技術(shù)手段，進一步促進農(nóng)作物智能化管理已經(jīng)成為必然趨勢。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)也逐漸成了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要途徑。由于陜北地區(qū)位于中緯度內(nèi)陸地區(qū)，夏季多暴雨、冰雹，且有風(fēng)沙、寒潮等自然災(zāi)害，在陜北地區(qū)種植草莓存在著很大的風(fēng)險。所以，為了確保陜北地區(qū)草莓的種植產(chǎn)量與營養(yǎng)價值，有效發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的智能化作用，能夠在一定程度上保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)突破自然環(huán)境的影響。當(dāng)前，通過陜北地區(qū)大棚農(nóng)業(yè)種植的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)民可以通過傳統(tǒng)人工大棚養(yǎng)殖方式實現(xiàn)草莓種植，主要是因其造價成本高，系統(tǒng)操作復(fù)雜等，為了能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、定量化、高效化，針對陜北大棚草莓最佳生長制作了一套基于STC15的陜北草莓種植測控系統(tǒng)，為種植規(guī)劃的制定和管理提供可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。

1草莓生長環(huán)境需求及系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1草莓生長環(huán)境需求

草莓根系在10C時開始活躍，并形成新根，15-20C為根系最適生長溫度，草莓地上部分生長發(fā)育最適溫度為20-26C；草莓對水分的需求量較大，正常生長期間，土壤相對含水量在70%為宜；草莓對空氣濕度也有嚴(yán)格要求，一般要求空氣濕度在80%以下為好；光照強度方面，草莓生長期間的光照強度應(yīng)在2.5～6萬勒克斯范圍內(nèi)；CO2濃度方面，草莓對CO2濃度要求為550-750毫克1升。

1.2系統(tǒng)設(shè)計方案

該系統(tǒng)以STM15為主控芯片，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的草莓生長環(huán)境參數(shù)通過單片機控制，改善大棚內(nèi)的環(huán)境，使之達到草莓的最佳生長環(huán)境；同時也可以通過MCU將大棚內(nèi)部的空氣溫度、空氣濕度、光照強度、CO2濃度值、土壤濕度的測量值實時的地將數(shù)據(jù)通過安信可云傳送到手機（電腦）終端，手機（電腦）終端能實時接收大棚內(nèi)農(nóng)作物的生長環(huán)境狀況并且可以根據(jù)環(huán)境狀況及時發(fā)送相關(guān)命令來遠(yuǎn)程控制大棚。當(dāng)該物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)測量控制系統(tǒng)開始正常運行后，單片機在上電后會自動向WIFI模塊發(fā)送AT指令，使該模塊連接到安信可公司向用戶提供的免費云服務(wù)平臺，手機（電腦）通過云服務(wù)APP（網(wǎng)絡(luò)連接助手軟件）連接到云終端，使手機（電腦）與該子系統(tǒng)的WIFI模塊進行綁定，綁定成功后，手機（電腦）還可以繼續(xù)綁定多個系統(tǒng)的WIFI模塊，接下來系統(tǒng)定時通過安信可云遠(yuǎn)程向手機（電腦）發(fā)送當(dāng)前農(nóng)作物的生長環(huán)境參數(shù)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集處理傳輸模塊

土壤濕度測量模塊選用土壤濕度傳感器，通過電磁脈沖原理，基于電磁波通過介質(zhì)傳播頻率進行土壤表觀介電常數(shù)檢測，以獲得土壤容積含水量，其不僅簡捷安全，而且定點連續(xù)，還具備自動化與寬量程等優(yōu)勢。原理具體如圖2所示。

空氣溫濕度測量模塊采用DHT11溫度傳感器，支持“一線總線”接口，精度為±0.5°C，為數(shù)字型傳感器大大地提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適用于惡劣的環(huán)境下現(xiàn)場溫度的測量[3]。其原理圖如圖2所示。

二氧化碳傳感器分為紅外二氧化碳傳感器，催化二氧化碳傳感器，熱傳導(dǎo)二氧化碳傳感器[2]。本文采用紅外二氧化碳傳感器，該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CO2進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，廣泛應(yīng)用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合[2]。其原理圖如圖2所示。

光照測量模塊選用即使針對弱光也十分靈敏的硅光伏探測器作為傳感器，其不僅檢測區(qū)域范圍廣，而且防水性良好，便于安裝使用，傳輸距離比較遠(yuǎn)，適合用于各種各樣的場合，特別是農(nóng)業(yè)大棚。原理具體如圖2所示。

2.2 電源模塊

本系統(tǒng)電源模塊采用電感型電源，采用降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS5430進行降壓電路設(shè)計，其電路圖如圖3所示。在電感型開關(guān)電源中，所謂能量就是基于脈沖通過電感從輸入到輸出。各脈沖期間電感像是蓄水池，能夠及時接收并存儲能量。當(dāng)輸出的電壓達到設(shè)計要求時即3.3V，脈沖中所包含的能量正是單片機所需要的，電感L1和電容C2配合工作，使能量平穩(wěn)輸出。電容C1為去耦電容，為芯片提供穩(wěn)定的電壓，間接的提升了電感型開關(guān)電源的效率。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)上電后，對各模塊初始化，設(shè)定相應(yīng)的I/O，進行WIFI預(yù)開啟，開啟成功后，控制器對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的分析處理，并進行相應(yīng)的存儲。然后通過WIFI模塊上傳數(shù)據(jù)至安信可云平臺，用戶可在PC端或者手機APP上查看所傳輸數(shù)據(jù)。具體軟件設(shè)計流程圖如圖4所示。

4結(jié)論

本文針對目前陜北草莓生長狀況，基于STC15設(shè)計了陜北草莓種植測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實時監(jiān)測和上傳當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)，在手機、電腦等終端查看。測試表明，該系統(tǒng)安全可靠，功耗成本低，精度高，可以及時通過監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送相關(guān)命令來遠(yuǎn)程控制大棚從而滿足草莓的最佳環(huán)境生長條件，最大限度地提高草莓的產(chǎn)量，解決草莓對環(huán)境要求高導(dǎo)致產(chǎn)量不高的問題，有利于提高農(nóng)民的經(jīng)濟效益。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】