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

劉志軍

摘要：要想進(jìn)一步提升我國農(nóng)業(yè)的智能化水平，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一款能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的智能化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。并且能夠以STM32為主要的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)控制核心，以溫濕度以及系統(tǒng)的具體光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)為主要的采集模板，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備裝置以及LCD的液晶顯示器為主要基礎(chǔ)，并且加GSM的通信模塊為輔助，再加上指紋的驗(yàn)證以及語音的播報(bào)等模塊，充分實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)的溫室大棚環(huán)境進(jìn)行檢測調(diào)節(jié)，并且實(shí)現(xiàn)對工作人員信息的智能化管理。

關(guān)鍵詞：STM32;智慧農(nóng)業(yè);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）13-0255-02

很多智能化的系統(tǒng)都能夠運(yùn)用到我國人民的日常生活中，農(nóng)業(yè)的智能化就是一個(gè)新興的智能產(chǎn)業(yè)，并且其最主要也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是有效的提升我國農(nóng)作物的培養(yǎng)質(zhì)量以及培養(yǎng)效率，在此基礎(chǔ)上能夠有效地利用農(nóng)作物的生長時(shí)期，并對溫室環(huán)境進(jìn)行充分的檢測以及合理的調(diào)節(jié)。在我國當(dāng)前市面上出現(xiàn)了很多能夠有效幫助農(nóng)作物提升培育效率的智能化機(jī)器，但是大多機(jī)器都沒有將自動(dòng)的處理、對周圍環(huán)境的檢測以及遠(yuǎn)程操控等主要因素有效地結(jié)合起來，只能夠進(jìn)行較為簡單的系統(tǒng)功能。

1智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

基于STM32的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要采用的是嵌入式的芯片為主要核心材料，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的主要整體化框架如圖一所示。整體化框架內(nèi)主要包含了保證農(nóng)業(yè)信息安全的系統(tǒng)，對農(nóng)作物所處周圍環(huán)境的有效檢測以及對環(huán)境進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，還有農(nóng)作物的保護(hù)性報(bào)警系統(tǒng)、利用WIFI無線設(shè)備來進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的控制化系統(tǒng)以及電源開關(guān)系統(tǒng)。

此圖中含有對農(nóng)民或者相關(guān)研究人員的指紋識(shí)別系統(tǒng)，能夠更好地保護(hù)農(nóng)作物的生長以及農(nóng)業(yè)的研究成果，還有與GSM模塊相關(guān)的信息化安全管理系統(tǒng);還有測量農(nóng)作物周圍環(huán)境的溫濕度以及對周圍光照進(jìn)行有效采集的系統(tǒng)模塊，對農(nóng)作物環(huán)境進(jìn)行排風(fēng)以及加熱電阻、水泵的系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置所構(gòu)成的對周圍環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié)的系統(tǒng);方便農(nóng)民或者農(nóng)業(yè)研究人員的語音模塊以及GSM模塊共同構(gòu)成的報(bào)警系統(tǒng);WIFI以及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)上位機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)。這些農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊與智能化的嵌入式芯片能夠利用系統(tǒng)程序的編寫實(shí)現(xiàn)互相之間的通信，遠(yuǎn)程操作能夠運(yùn)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)并采用高效率的ZigBee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行有效通信，構(gòu)成智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)所用的主要功能。

2智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1信息安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)是由R305指紋識(shí)別的模塊以及GSM模塊共同構(gòu)成的，農(nóng)業(yè)工作人員可以通過具體的指紋識(shí)別系統(tǒng)來對農(nóng)業(yè)員工進(jìn)行實(shí)際的考勤工作，農(nóng)業(yè)考勤管理人員可以提前組織各個(gè)農(nóng)業(yè)員工有效的錄入自己的指紋信息并進(jìn)行首次驗(yàn)證。并且如果要啟動(dòng)智能化的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)或者進(jìn)入到智能化的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心也應(yīng)當(dāng)實(shí)行指紋驗(yàn)證操作，當(dāng)指紋在驗(yàn)證過程中多次出現(xiàn)錯(cuò)誤，GSM就會(huì)及時(shí)地向指紋識(shí)別系統(tǒng)的管理人員打好報(bào)告，并且及時(shí)的處理相關(guān)問題操作。

2.2農(nóng)業(yè)系統(tǒng)大棚內(nèi)的環(huán)境檢測和相關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

對于檢測的土壤溫濕度具體數(shù)值以及環(huán)境的光照強(qiáng)度數(shù)值都會(huì)被傳送到相關(guān)控制器進(jìn)行有效處理，并且控制器能夠根據(jù)農(nóng)作物的不同種類來設(shè)定具體的農(nóng)作物生長環(huán)境溫濕度以及光照的閾值。如果相關(guān)檢測系統(tǒng)采取到的數(shù)值并不在預(yù)定的范圍之內(nèi)就應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)本裝置，進(jìn)行不同超限情況的具體處理。例如可以通過智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的通風(fēng)裝置進(jìn)行有效的降溫，通過加熱的電阻來提升農(nóng)作物周圍的環(huán)境溫度，借助系統(tǒng)的水泵裝置對農(nóng)作物賴以生長的土壤進(jìn)行充分灌溉，一直到農(nóng)作物周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)值回到規(guī)定范圍之內(nèi)，將調(diào)節(jié)系統(tǒng)有效的關(guān)閉。

2.3農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)

該部分的語音播報(bào)板塊有著集成度較高并且基于錄放功能的高性能，能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多段錄音，并且這個(gè)播報(bào)板塊的采樣率能夠在一定范圍內(nèi)充分的進(jìn)行調(diào)整，其芯片內(nèi)自帶著對于播報(bào)板塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能夠合理地實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的音質(zhì)效果以及斷電的存儲(chǔ)功能。如果農(nóng)業(yè)系統(tǒng)并不能夠?qū)⒉杉降臏貪穸扰c光照強(qiáng)度在規(guī)定范圍內(nèi)啟動(dòng)語音報(bào)警裝置，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的提醒農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)工作人員。

同時(shí)GSM模塊應(yīng)當(dāng)給相關(guān)工作人員設(shè)置的電話號(hào)碼及時(shí)的發(fā)送通知的訊息。在設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)過程中GSM網(wǎng)絡(luò)使用的是有關(guān)GA6的通信模塊，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供相應(yīng)的短信操作，還能夠讓他們進(jìn)行電話的撥通以及彩信的發(fā)送，并且支持四個(gè)通信頻段。這個(gè)通信模塊有著較為穩(wěn)定的工作性能，在通信過程中有著高質(zhì)量的信號(hào)，是通過串口與單片機(jī)的串口進(jìn)行相互連接的。

2.4智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的攝像頭裝置

在設(shè)計(jì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員合理的使用了兩個(gè)攝像頭來進(jìn)行多方位較為全面的監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)⑥r(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的實(shí)際狀況進(jìn)行有效的記錄，通過查看攝像頭裝置捕捉到的大棚具體畫面，應(yīng)當(dāng)通過無線裝置來運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)合理地將畫面經(jīng)一定程度上的處理后，傳送到遠(yuǎn)端的相關(guān)屏幕中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對圖像的有效采集操作。

2.5農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的節(jié)能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中電源的總系統(tǒng)是由12V的鉛酸蓄電池、較為環(huán)保的太陽能電池板以及控制器所構(gòu)成的，環(huán)保且常用的太陽能電池板能夠成為蓄電池充電過程中的輔助電源裝置，并且整個(gè)電源系統(tǒng)能夠有效地為各個(gè)系統(tǒng)的硬件電路提供充分的動(dòng)力能量，并且太陽能又是可再生能源，因此整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的電源系統(tǒng)能源消耗較低。

3智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)概要

3.1農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的軟件功能基本流程

有關(guān)基于STM32的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是由相應(yīng)的編譯器來進(jìn)行具體編譯的，編譯器將實(shí)際代碼編寫完成后就能夠送至單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行程序的運(yùn)行。智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)再通過外圍的傳感器設(shè)備來對實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，通過編寫完成的程序模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)化的設(shè)計(jì)，將有著不同功能的進(jìn)程進(jìn)行相互之間的通信，系統(tǒng)的上位機(jī)所接收到的反饋信息應(yīng)當(dāng)及時(shí)地給相關(guān)工作人員進(jìn)行反饋并且播報(bào)語音提示。

例如農(nóng)業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中大棚內(nèi)的參數(shù)并不合適時(shí)就應(yīng)當(dāng)通過無線遠(yuǎn)程操作進(jìn)行實(shí)際的調(diào)節(jié)。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的軟件功能主要流程例如圖2。智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在啟動(dòng)之后首先要進(jìn)行軟件程序的初始化，目的是為了能夠加載各種傳感器以及系統(tǒng)功能中的硬件設(shè)備。在將web服務(wù)器設(shè)備以及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用程序充分開啟之后，來判斷系統(tǒng)的初始化是否真正完成了，如果顯示已經(jīng)完成，就開始調(diào)動(dòng)系統(tǒng)溫濕度的函數(shù)以及光強(qiáng)檢測的函數(shù)，這時(shí)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的信息安全系統(tǒng)就開始將指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的讀取了，如果并沒有讀取就應(yīng)當(dāng)重新加載此功能。

在智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的硬件設(shè)備以及應(yīng)用程序充分的開啟之后，軟件設(shè)備還會(huì)判斷是否有web服務(wù)器的請求或者遠(yuǎn)程服務(wù)器的訪問請求，如果存在相關(guān)請求，就應(yīng)當(dāng)推動(dòng)遠(yuǎn)端的上位機(jī)頁面實(shí)時(shí)的顯示相關(guān)信息，并且通過對服務(wù)器中的頁面設(shè)置來對遠(yuǎn)程的智能化操作有效地完成。

3.2硬件系統(tǒng)以及網(wǎng)頁交互的有效實(shí)現(xiàn)

農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的工作人員可以通過規(guī)定的賬號(hào)密碼來對客戶端進(jìn)行登錄，能夠?qū)嵤┑挠^察智慧化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，并且能夠發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作調(diào)節(jié)指令來實(shí)現(xiàn)對服務(wù)器的遠(yuǎn)程操作。Django框架的實(shí)際運(yùn)行過程例如圖3，系統(tǒng)管理員可以在對瀏覽器進(jìn)行URL的實(shí)時(shí)訪問后來判斷網(wǎng)頁協(xié)議的實(shí)際烈性，并且針對Http請求后獲得的轉(zhuǎn)化IP地址，并經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸來到達(dá)相應(yīng)的web服務(wù)器，再通過軟件程序的調(diào)用通過web發(fā)送到瀏覽器中。

3.3 wifi的遠(yuǎn)程控制操作

智慧化的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)采用wifi作為橋梁，無線傳感網(wǎng)絡(luò)所采用高效率的ZigBee拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信，對大棚內(nèi)的周圍環(huán)境通過上位機(jī)來進(jìn)行調(diào)節(jié)裝置的遠(yuǎn)程控制，進(jìn)而提升我國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的智能化以及系統(tǒng)工作質(zhì)量。在設(shè)計(jì)中能夠采用計(jì)算機(jī)來作為上位機(jī)，系統(tǒng)管理員通過登錄客戶端來對網(wǎng)頁頁面中大棚內(nèi)的圖像與信號(hào)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的掌握，根據(jù)實(shí)際的需求對系統(tǒng)發(fā)出調(diào)節(jié)性的質(zhì)量，能夠通過控制下位機(jī)的單片機(jī)來完成對應(yīng)的控制，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對大棚內(nèi)的環(huán)境指數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整，進(jìn)而推動(dòng)智慧化農(nóng)業(yè)變得更加智能人性化。

農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的wifi遠(yuǎn)程操作需要兩個(gè)端口，其中一個(gè)是視頻的端口，另一個(gè)時(shí)控制性的端口，通過為系統(tǒng)增加端口的轉(zhuǎn)發(fā)性原則，能夠明確好所轉(zhuǎn)發(fā)的目標(biāo)客戶端IP地址。并且無線路由器設(shè)備的應(yīng)用能夠?qū)⑼饩W(wǎng)與大棚內(nèi)的路由器進(jìn)行更方便的連通操作，進(jìn)而促進(jìn)外網(wǎng)能夠更好地通過計(jì)算機(jī)來控制大棚內(nèi)的調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)利用系統(tǒng)wifi的遠(yuǎn)程操作。

4智慧化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的特色與創(chuàng)新

智慧化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要結(jié)合了指紋識(shí)別技術(shù)來對系統(tǒng)的信息安全進(jìn)行有效提升，并且能夠給相關(guān)工作人員帶來了可操作性，他們能夠通過指紋的識(shí)別系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相關(guān)工作人員進(jìn)行考勤操作。還可以通過對指定用戶提前錄入指紋來作為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的登錄命令操作，并且沒有錄入指紋的其他人員是不通過系統(tǒng)識(shí)別的。如果要想啟動(dòng)該智慧化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)或者查看有關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)時(shí)也要進(jìn)行指紋的識(shí)別驗(yàn)證。

在進(jìn)行語音播放報(bào)警與GSM短信通知報(bào)警共同使用過程中，如果大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)與預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)閾值并不在同一個(gè)范圍內(nèi)，大棚內(nèi)的智慧化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)就會(huì)向在現(xiàn)場工作的人員進(jìn)行語音播報(bào)提醒，讓他們能夠開啟系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置，并且運(yùn)用GSM短信功能通知相關(guān)管理人員進(jìn)行實(shí)際的備案處理，能夠充分保證我國農(nóng)作物生長過程中的智能化保障。

此智能化系統(tǒng)還能夠通過wifi進(jìn)行相關(guān)遠(yuǎn)程操作，將上位機(jī)的計(jì)算機(jī)設(shè)備與下位機(jī)的單片機(jī)設(shè)備進(jìn)行充分的聯(lián)系，并且在使用上位機(jī)時(shí)就能夠通過下位機(jī)所反饋的實(shí)時(shí)信息與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來提升相關(guān)工作人員與管理人員，做出相應(yīng)的舉措。同時(shí)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)上位機(jī)的人性化界面能夠?yàn)橄到y(tǒng)用戶提供更大的方便陛。

5結(jié)束語

智慧化的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的實(shí)際功能進(jìn)行了有效研究，并且嵌入式的系統(tǒng)采用了STM32芯片。充分借助了各種智能化的傳感器設(shè)備對我國的農(nóng)業(yè)大棚周圍環(huán)境進(jìn)行了實(shí)際數(shù)據(jù)的采集，與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行充分的比較，完成對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程操作的調(diào)節(jié)功能，并且能夠通過對系統(tǒng)的語音報(bào)警以及GSM信息報(bào)警來提升相關(guān)人員。整個(gè)系統(tǒng)擁有動(dòng)作精確性以及執(zhí)行高效性，隨著我國人工智能的充分發(fā)展就會(huì)推動(dòng)智慧化農(nóng)業(yè)擁有更高的推廣價(jià)值。