基于STM32單片機(jī)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于STM32單片機(jī)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：伴隨信息技術(shù)不斷成熟，信息技術(shù)在各行業(yè)中的應(yīng)用頻率不斷提高，成為了行業(yè)發(fā)展必然趨勢(shì)。本文以農(nóng)業(yè)智能化為研究背景，設(shè)計(jì)了一款基于STM32單片機(jī)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，搭配各大輔助系統(tǒng)，可以幫助農(nóng)業(yè)人員實(shí)現(xiàn)智能化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域的遠(yuǎn)程控制，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量。關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；智慧農(nóng)業(yè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言目前，越來(lái)越多的智能化系統(tǒng)被應(yīng)用于民眾的生產(chǎn)生活當(dāng)中，智能化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)為新型系統(tǒng)，可以有效提高農(nóng)作物培育效率，為農(nóng)作物生長(zhǎng)營(yíng)造良好空間現(xiàn)階段，市面中出現(xiàn)了許多可以提高農(nóng)作物生長(zhǎng)效率的機(jī)器，但是通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有機(jī)器其內(nèi)部各系統(tǒng)仍然屬于獨(dú)立狀態(tài)，并沒(méi)有有效結(jié)合在一起，使得機(jī)器功能沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，即本文針對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)了詳細(xì)分析，以解決存在問(wèn)題，發(fā)揮其最大價(jià)值。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本文所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心為STM32F103ZET6嵌入式芯片，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1：系統(tǒng)整體框架圖該系統(tǒng)共有五大子系統(tǒng)，分別是信息安全系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、Wifi遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)。結(jié)合圖1進(jìn)行分析可知，信息安全系統(tǒng)由指紋識(shí)別模塊與GSM模塊組成；環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)由調(diào)節(jié)裝置、溫濕度與光照采集系統(tǒng)組成；報(bào)警系統(tǒng)由ISD1760語(yǔ)音模塊與GSM模塊組成；遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由wifi與上位機(jī)組成。該系統(tǒng)工作原理為借助嵌入式芯片完成程序編寫(xiě)，建立通信關(guān)系，在使用無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)完成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，幫助各系統(tǒng)建立連接關(guān)系，發(fā)揮其最大價(jià)值[1]。2智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1信息安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)信息安全系統(tǒng)硬件電路由R305指紋識(shí)別模塊與GSM模塊組成。借助R305指紋識(shí)別模塊可以對(duì)農(nóng)業(yè)工作人員進(jìn)行考勤，其原理為考勤管理人員組織工作人員提前完成信息錄入，在之后，只需要根據(jù)規(guī)定時(shí)間進(jìn)行指紋掃描即可，并且在使用智能化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)時(shí)，也需要進(jìn)行指紋驗(yàn)證，如果出現(xiàn)多次錯(cuò)誤，則GSM模塊會(huì)將信息反饋給管理人員，避免事故發(fā)生。2.2環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)會(huì)將所收集土壤溫濕度數(shù)值與光照強(qiáng)度數(shù)值傳輸給控制器，控制器根據(jù)所接收數(shù)值對(duì)該農(nóng)作物生長(zhǎng)區(qū)域土壤溫濕度與光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)所檢測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)定范圍調(diào)節(jié)數(shù)不匹配時(shí)，需結(jié)合實(shí)際情況對(duì)控制器進(jìn)行檢修。比如在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)通風(fēng)裝置，可以對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行降溫處理；使用水泵裝置可以調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長(zhǎng)區(qū)域附近土壤濕度等等。2.3報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)該模塊需使用較高集成度且具備錄音播放功能的設(shè)備，以確保智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多段錄音，可以為農(nóng)業(yè)工作人員開(kāi)展具體工作提供信息參考[2]。同時(shí)，芯片需具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能與較高的音質(zhì)，當(dāng)所采集數(shù)據(jù)與預(yù)定數(shù)值不匹配時(shí)，系統(tǒng)需自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，引起工作人員重視。除此之外，應(yīng)在GSM模塊錄入農(nóng)業(yè)工作人員電話(huà)信息，確保可以及時(shí)將所采集數(shù)據(jù)發(fā)送給農(nóng)業(yè)工作人員。以本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)所使用通信模塊為GA6通信模塊，不僅可以對(duì)工作人員進(jìn)行短信發(fā)送，還可以進(jìn)行電話(huà)撥通與彩信發(fā)送，支持四個(gè)通信頻段，可以保證信息交流即時(shí)性。2.4攝像頭裝置在所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，必須具備兩個(gè)及以上數(shù)量的攝像頭，以確?？梢詫?duì)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域進(jìn)行全面檢測(cè)，記錄農(nóng)業(yè)種植區(qū)域?qū)嶋H情況。為發(fā)揮攝像頭最大價(jià)值，還需在其中加入無(wú)線(xiàn)裝置，提高傳輸圖像清晰度。2.5節(jié)能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)電源系統(tǒng)由12V鉛酸蓄電池、太陽(yáng)能電池板以及控制器三部分組成，其中太陽(yáng)能電池板為輔助電源，確保在蓄電池充電期間，系統(tǒng)整體運(yùn)行不會(huì)受到影響，同時(shí)太陽(yáng)能作為可再生能源，可以有效降低智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)整體能源損耗情況[3]。3智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)軟件功能流程本文所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)軟件程序由內(nèi)置C/C++編譯器完成編譯。借助外圍傳感器，系統(tǒng)可以完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集，借助所編寫(xiě)程序，可以對(duì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，幫助各模塊建立連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部通信，確保信息可以及時(shí)傳遞給農(nóng)業(yè)工作人員，提高實(shí)際工作效率。比如當(dāng)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，農(nóng)業(yè)工作人員可以使用Wifi進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。其具體流程如圖2所示。圖2：系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖需要注意的是，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，技術(shù)人員需對(duì)軟件程序進(jìn)行初始化處理，完成傳感器與硬件設(shè)備加載，待其初始化完成后，需對(duì)各模塊進(jìn)行重新加載。待全部加載結(jié)束后，需在第一時(shí)間查看是否存在請(qǐng)求任務(wù)，并進(jìn)行相關(guān)處理[4]。3.2硬件與網(wǎng)頁(yè)交互本文所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)處于Linux系統(tǒng)下，在進(jìn)行web前端設(shè)計(jì)與后端搭建時(shí)，需要使用shell命令，搭建過(guò)程中還需要借助Python語(yǔ)言與Django框架，并使用相關(guān)語(yǔ)言完成數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)頁(yè)連接。其中Django框架運(yùn)行流程如圖3所示。圖3：Django框架運(yùn)行流程3.3Wifi遠(yuǎn)程控制本文所設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)借助Wifi、ZigBee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域的遠(yuǎn)程控制，極大的提高了農(nóng)業(yè)工作效率與質(zhì)量[5]。系統(tǒng)所選擇上位機(jī)為計(jì)算機(jī)，農(nóng)業(yè)管理人員借助客戶(hù)端、網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面可以完成對(duì)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域內(nèi)部情況的了解，包括農(nóng)作物生長(zhǎng)情況、溫濕度信息等等，為其下達(dá)具體指令提供參考依據(jù)，以幫助農(nóng)業(yè)種植區(qū)域達(dá)到最佳狀態(tài)。其具體工作步驟如下：（1）完成無(wú)線(xiàn)路由器設(shè)置與管理界面登錄，幫助虛擬服務(wù)器與農(nóng)業(yè)種植區(qū)域建立連接關(guān)系。（2）在CMD命令提示中完成客戶(hù)端信息輸入，并完成具體配置。（3）調(diào)節(jié)Wifi遠(yuǎn)程控制端口，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。（4）實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)所傳遞信息對(duì)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域內(nèi)部情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。4特色與創(chuàng)新相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)而言，本文所設(shè)計(jì)基于STM32單片機(jī)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要具備以下三大優(yōu)點(diǎn)：（1）本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)融合了指紋識(shí)別技術(shù)，可以降低系統(tǒng)操作難度，提高系統(tǒng)安全性。（2）本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備語(yǔ)音播報(bào)報(bào)警功能與GSM短信通知功能，可以提高農(nóng)業(yè)工作人員對(duì)農(nóng)業(yè)種植區(qū)域掌控力度，確保農(nóng)業(yè)種植區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間處于最佳狀態(tài)[6]。（3）本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的Wifi遠(yuǎn)程控制功能，可以提高管理人員與工作人員之間的默契程度，降低事故風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。5結(jié)束語(yǔ)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的出現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)而言既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展有著非常大的幫助。需要注意的是，智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的出現(xiàn)雖然可以提高農(nóng)業(yè)種植質(zhì)量與工作效率，但也對(duì)農(nóng)業(yè)人員提出了更高的要求。而且由于相關(guān)系統(tǒng)正處于研發(fā)當(dāng)中，使得在實(shí)際工作中仍然存在許多不足之處，有關(guān)人員需加大研究力度，為工作人員提供更多參考數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以發(fā)揮其最大價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]冼進(jìn),冼允廷.基于STM32的智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2023,46(04):70-74.[2]鄭志偉,郭迎九,陳元慶,周波,劉亞軍.智能溫室大棚數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2023,13(01):32-34.[3]周霄軒.基于CMOS單片機(jī)對(duì)土壤濕度控制的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2022,18(30):80-82.[4]黃素萍,劉敏娜,韓凱峰.一種智慧農(nóng)業(yè)溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].智能物聯(lián)技術(shù),2022,5(03):44-48.[5]遠(yuǎn)俊紅,楊旭.基于PL3S的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[