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基于STM32单片机的作物生长环境监控系统设计作者：谷沛尚田芳明常永新赵欣宇郭德占赵琛那阳来源：《科技创新与应用》2017年第30期摘要：利用传感技术对作物生长环境进行监测已经成为农业信息化的重要内容。
文章以STM32单片机作为控制器，结合温湿度、光照传感器、土壤水分传感器、网络摄像机等实现对农作物生长环境信息的快速采集、存储、数据上传、分析等功能，为农户及农技人员掌握作物生长情况并进行生产决策提提供科学依据。
关键词：STM32；传感器；网络传输中图分类号：S5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0043-02随着科学技术的发展，高新技术与农业相结合已然成为中国农业发展的一种趋势。
利用信息技术对农田作物生长信息进行实时监测，农作物的生长信息可为农业结构调整和农事活动提供科学的指导，依据采集的数据制定农田生产计划，已经成为农业部门指导生产的重要方法。
当前，对作物生长环境进行监控的方法有很多，但大多为示范类项目，存在后期维护困难，价额昂贵等缺点。
本文设计一种基于STM32的作物生长环境监控系统，以农田作物为研究对象，依据不同的环境及种植的作物基础上，安装采集设备，可实现土壤水分、空气温湿度和光照的检测及数据实时上传，用户可实时了解作物生长环境和生长情况、土壤墒情信息等，为作物植保等提供数据支撑。
1 系统设计基于STM32的农田信息采集系统主要实现农田作物生长信息的监测，将生长环境数据进行远程实时在线监测、存储、显示等功能。
存储的数据可进行分析用户提供近期或者历年的农田墒情情况，为后期的种植提供科学的数据支撑。
系统整体设计：基于STM32的农田信息采集系统主要由农田墒情采集模块、网络数据传输模块、供电系统、SD卡存储模块、液晶显示模块与上位机实时监测模块五部分组成，主要功能如图1所示。
农田信息采集系统实时将土壤湿度、空气温度、湿度信号、光照强度信号经传感器采集到STM32，采集回的数据与时间存储到SD卡，在OLED液晶屏进行实时显示；串口转网络模块与主板上的RS458相连接，STM32控制芯片将传感器采集的数据进行处理，然后通过串口转网络模块内部的TCP/IP协议接入Internet网络，传输到指定的服务器，在上位机上进行显示及存储。
基于STM32的远程在线监控系统设计论文内容与要求、成果形式：设计基于STM32的远程在线监控系统。
具体以下任务：1、应用力控组态软件完成上位机软件设计。
2、绘制控制器外围电路以及驱动电路设计。
3、完成硬件电路的调试，并完成和上位机的通讯调试。
4、撰写毕业设计论文，设计组态监控软件；说明硬件的制作、调试过程等；绘制详细的硬件电路原理图以及PCB图（要求使用Altium Designer绘图）。
论文进度：1、2016.12.25日前：下发毕业设计任务书，布置毕业设计任务。
2、2016.12.26至2017.01.05：调研设计题目，收集相关资料，撰写开题报告，完成毕业设计开题工作。
3、2017.01.06至2017.02.15：充分调研和收集资料，做出详细的实施方案。
4、2017.02.16至2017.04.15：完成毕业设计软件、硬件设计、制作及初步测试工作；记录整理设计数据，撰写论文初稿。
5、2017.04.16至2017.05.15：对设计方案进行改进和完善，撰写并完善毕业设计论文。
6、2017.05.16至2017.06.01：完成毕业设计论文的查重及修改工作，为毕业答辩做好准备。
参考资料（建议5篇以上）：[1]黄杰勇,林超文. Altium Designer 实战攻略与高速PCB设计[M].北京:电子工业出版社,2015.7.[2]黄智伟,王兵,朱卫华. STM32F 32位ARM微控制器应用设计与实践[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2014.[3]沈建良STM32F10X系列ARM微控制器入门与提高[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2013.[4]吴永贵.力控组态软件应用一本通[M].北京:化学工业出版社,2015.[5]ForceControl V7.0_入门指南.[6]ForceControl V7.0_图形界面(开发手册).。
基于STM32植物动态离子流信号检测系统设计张永凯;王晓冬;周航;赵建平;王成【摘要】溶液中无机盐离子的定向流动会产生微弱的电压信号,通过检测电压信号可以计算离子的浓度、植物根系吸收离子的速度,进而获取植物的生理信息;对植物动态离子流信号检测系统进行设计,采用STM32F103ZET6作为主控芯片,利用极低偏置电流放大芯片和高共模抑制比差分放大芯片,给出了信号放大、滤波处理和数据采集电路,对系统噪声来源进行分析,提出了降低噪声的方法,并通过STM32进行A/D转换,把转换数据传输到上位机;该设计实现了植物动态离子流信号的检测,得到了离子在溶液中的流速.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】4页(P145-148)【关键词】离子流信号;检测系统;STM32F103ZET6;信号放大;A/D转换【作者】张永凯;王晓冬;周航;赵建平;王成【作者单位】北京农业智能装备技术研究中心,北京100089;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜273165;北京农业智能装备技术研究中心,北京100089;国家农业智能装备工程技术研究中心,北京100089;北京农业智能装备技术研究中心,北京100089;国家农业智能装备工程技术研究中心,北京100089;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜273165;北京农业智能装备技术研究中心,北京100089;国家农业智能装备工程技术研究中心,北京100089【正文语种】中文【中图分类】TP311目前国内离子流信号检测技术大多应用在动物学领域，植物动态离子流信号的检测研究相对较少。
由于植物吸收离子产生的电压极其微弱，只有几十微伏到几百微伏，难以直接检测，需要特定的玻璃管电极把检测到的动态离子流信号转换为电信号，并进行放大与处理。
但微弱信号的检测和信号放大与处理存在一定困难，如运算放大器的零漂、噪声、外接干扰等，都将严重地影响着信号的保真与提取[1]。
基于stm32的农作物环境检测系统设计与实现开题报告开题报告：基于STM32的农作物环境检测系统设计与实现一、研究背景与意义农业是国民经济的重要组成部分，而农作物的生长环境对其产量和质量有着重要影响。
传统的农作物环境监测方式主要依赖人工观察和经验判断，效率低下且存在主观性。
随着物联网和嵌入式技术的发展，基于STM32的农作物环境检测系统能够实时感知和监测农作物生长环境参数，为农民提供科学的决策依据，促进农业的可持续发展。
二、研究目标和内容本研究旨在设计与实现一种基于STM32的农作物环境检测系统，具体包括以下内容：1. 系统硬件设计：选择适合的传感器和执行器，设计硬件电路，搭建STM32开发板。
2. 系统软件设计：编写嵌入式程序，实现数据采集、处理和存储等功能。
3. 系统通信设计：采用无线通信技术，将数据传输到上位机或云平台进行远程监控和控制。
4. 系统界面设计：设计用户友好的界面，实现数据可视化和操作交互功能。
三、研究方法和技术路线1. 系统硬件设计：根据农作物环境监测需求，选择适合的传感器，如温湿度传感器、光照传感器等，并设计相应的电路连接和供电方案。
搭建基于STM32的开发板，实现传感器与控制器的连接和通信。
2. 系统软件设计：使用嵌入式开发工具，编写C语言程序，实现数据采集、处理和存储等功能。
结合传感器的特性，设计合理的数据处理算法，提高系统的准确性和稳定性。
3. 系统通信设计：选择合适的无线通信模块，如Wi-Fi、蓝牙或LoRa等，实现与上位机或云平台的数据传输。
设计通信协议，确保数据的可靠传输和安全性。
4. 系统界面设计：利用图形界面设计工具，设计用户友好的界面，实现数据的可视化展示和操作交互功能。
考虑到农民操作的便利性，界面设计应简洁明了。
四、预期成果和创新点1. 设计与实现一种基于STM32的农作物环境检测系统，能够实时感知和监测农作物生长环境参数。
2. 提供科学的决策依据，帮助农民进行合理的农业管理，提高农作物产量和质量。
stm32f103c8t6智慧植物工厂系统
STM32F103C8T6智慧植物工厂系统是一种基于STM32
单片机的智慧植物工厂系统，旨在实现在农业种植过程中对植物生长及质量的有效检测，并将收集的信息上传到物联网进行数据分析。
该系统包含了传感器、继电器、执行机构、射频信号发射及接收模块、数字输出模块等控制元件，它还包含了温湿度和光照传感器，以及加湿装置和水泵系统，用于实时测量种植环境的温度、湿度和光照强度，从而根据种植环境实施调节。
该系统使用STM32F103C8T6单片机作为核心处理器，用于控
制系统整个运行状态，并与传感器进行数据交换，并将数据封装传送到物联网，用来实现网络通信。
此外，该系统还可以将封装的数据解析成环境信息，并显示在本地屏幕上，以便农场管理者可以实时监测农场环境，以便实现快捷的农业种植管理。
系统的另一个重要特性是，可以根据植物成长状况及农业种植规律，采用继电器和执行机构进行自动控制，以便实现定时控制加湿和通风，以及定时进行肥料投料等农业种植管理方式。
该系统采用射频信号发射接收模块，可以实现远程遥控，实现对系统设备的监控和控制。
STM32F103C8T6智慧植物工厂系统可以有效实现植物成长过
程的自动监测和调节，从而获得更高的种植产出和更低的成本投入，为农产品种植及质量管控带来更精确的智能解决方案。
基于STM32的微型植物工厂温湿度监测系统设计艾海波;魏晋宏;邱权;郑文刚【摘要】利用嵌入式技术研发了针对家庭用微型植物工厂的温湿度监测系统。
该系统以 STM 32微处理器为核心，在μC/OS-Ⅱ操作系统环境下，实现了温湿度信息的实时采集和显示，并采用分批估计数据融合算法提高了单传感器精度；同时，该系统还具备SD卡存储功能，可以随时查询微型植物工厂内部温湿度历史数据。
种植试验结果表明：该系统稳定可靠，能准确、实时地对微型植物工厂内部的温湿度进行监测和显示，且方便通过触摸屏进行历史数据查询，具有较高的实用性。
%This paper developed a temperature and humidity monitoring system for the household micro plant factory based on the embedded technology .The monitoring system took the STM 32 microprocessor as its central-controller and employed the μC/OS-Ⅱas its operating system .A touch screen was used to display the real-time temperature and hu-midity information .Division estimation data fusion algorithm was used to improve the accuracy of the single sensor .The monitoring system was able to inquire the temperature and humidity historical data which was stored in an SD card .The results of planting experiment show that the system is stable and reliable .It can monitor and display the real-time tem-perature and humidity in the micro plant factory accurately , and inquire the historical data by the touch screen easily .It also has high practicability .【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P141-144,150)【关键词】微型植物工厂;STM32;μC/OS-Ⅱ;嵌入式平台;温湿度监测【作者】艾海波;魏晋宏;邱权;郑文刚【作者单位】太原理工大学机械电子工程研究所，太原 030024; 北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097;太原理工大学机械电子工程研究所，太原030024;北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097;北京农业智能装备技术研究中心，北京 100097【正文语种】中文【中图分类】TP273;S1260 引言近些年，一种新型适合家用的微型植物工厂在国外发达国家被研制出来，该微型植物工厂可以在有限的空间里利用营养液栽培技术种植多种蔬菜类作物，通过控制系统精确地调控内部的温度、湿度、光照、CO2等环境因子，实现蔬菜的周年连续种植［1－3］。
基于STM32的微型植物工厂温湿度监测系统设计摘要：随着人口的增长和城市化进程的加速，食品安全和生态环境问题日益凸显。
微型植物工厂作为一种高效、节能、环保的现代农业模式，正逐渐受到广泛关注。
本文主要针对微型植物工厂的温湿度监测进行研究，设计了一种基于STM32微控制器的温湿度监测系统。
系统采用DHT11传感器进行温湿度的采集，通过STM32微控制器对数据进行处理和控制，并将数据实时显示在液晶屏上。
实验结果表明，本设计的温湿度监测系统具有较高的精度和稳定性，为微型植物工厂的高效管理提供了有力保障。
关键词：STM32；微型植物工厂；温湿度监测；系统设计1 主要贡献和结构本文主要介绍了一种基于STM32微控制器的温湿度监测系统设计。
本文的主要贡献如下：（1）提出了一种基于STM32微控制器的温湿度监测系统设计方案，系统采用DHT11传感器进行温湿度的采集，通过STM32微控制器对数据进行处理和控制，并将数据实时显示在液晶屏上。
（2）通过实验验证了本设计的温湿度监测系统具有较高的精度和稳定性，为微型植物工厂的高效管理提供了有力保障。
本文结构如下：第二部分介绍了温湿度监测系统的硬件设计，包括STM32微控制器、DHT11传感器和液晶显示模块；第三部分介绍了温湿度监测系统的软件设计，包括系统初始化、数据采集、数据处理和数据显示；第四部分对本设计进行了实验验证；最后，对全文进行了总结。
2系统总体框架该温湿度监测系统采用分层结构，分为数据采集层、数据处理层和数据显示层。
数据采集层：包括温湿度传感器模块，用于采集当前环境温度和湿度值，并将数据传输到数据处理层。
数据处理层：包括微控制器控制模块和数据存储模块。
微控制器控制模块负责对温湿度传感器进行数据采集和预处理，并将数据存储到数据存储模块中。
数据显示层：包括数据显示模块，用于读取并显示存储在数据存储模块中的温湿度数据。
2.1 系统功能模块介绍a温湿度传感器模块该模块用于采集当前环境的温度和湿度值。
2022年 / 第8期 物联网技术150 引 言中国作为传统的农业生产大国，农耕历史悠久。
传统农耕方式是农作物在自然环境下自然生长，通过农户长时间总结耕作经验进行农作物管理。
为实现农作物高产、量产，越来越多的优质植株得以培育，种类多样的优质化肥投放使 用[1]。
虽然这些方式会有增产效果，但对于人口大国而言，这些措施远远不足以从本质上改变农耕效率和提高粮食产量。
农业大棚成为了科学养殖农作物的解决方案。
为科学调控农作物生长环境，减少因恶劣环境及农作物病虫害等不利因素对农作物生长形成负面影响，研究人员做了很多努力。
其中，比较具有代表性的是有线网络监测、基于无线ZigBee 传感网络监测等[1]。
这些传感器接收农田环境数据信息后，将数据转化为模拟信号，传送至微处理器。
并通过无线模组和4G 模组将数据实时上传反馈。
为实现多节点监测需要利用大量传感器模块，在面积较大的养殖地域这一方案难以实现。
为满足利用较少传感器模块实现广域动态监测农作物生长环境与病害的功能，本文结合物联网、深度学习、机器视觉等技术，设计了一套具有广域动态监测农作物环境、识别农作物病害以及远程云端交互功能的农作物生长状况监测 系统。
1 整体设计农作物生长状况远程动态监测系统主要分为识别监测系统、无线通信系统、数据交互系统、移动小车系统等，识别监测系统又细分为农作物病害识别系统、农作物环境监测系统。
移动小车搭载识别监测系统，自动建图巡航采集并标记节点位置数据后上传至主控微处理器。
主控微处理器将数据处理整合后发送至无线通信平台，之后再将数据上传至云服务器，实现手机端与云空间的数据交互。
系统整体框架如 图1所示。
图1 系统整体框架2 农作物病害识别系统设计农作物病害识别系统硬件主要包括摄像头模块和二自由度舵机云台。
摄像头利用长焦镜头自动对焦农作物叶片，采取随机节点停车自动扫描叶片的方式，识别叶片所患病害并反馈至主控微处理器。
主控储存节点数据（包括节点位远程动态监测系统任治洲，谢 云，晁志恒，吴骏一（南京理工大学紫金学院 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210046）摘 要：在农作物养殖大棚中，基于物联网技术、深度学习与机器视觉技术开发了一种在线远程监测农作物生长环境与病害情况的综合系统。
基于STM32与3G技术的植物工厂远程监测系统
【摘要】植物工厂代表着未来农业的发展方向，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最具活力和潜力的领
域之一。
植物工厂的发展方向是大型化和家庭化，然而不论何种发展方向，都要求我们可以从客户端中远程实时的检测植物工厂的植物的生长状态与环境参数情况。
所以基于3G 通讯技术，我们设计了一套远程监测系统，并给出了软硬件的设计方案。
实验结果证明，对植物工厂可以起到长期稳定的监测效果。
【关键词】植物工厂3G STM32
引言：近年来国家越来越重视农业生产问题，而植物工厂则是国际上公认的设施农业最高级的发展阶段，是一种技术高度密集，不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。
目前植物工厂的检测方式一般都是在植物工厂内部使用显
示屏幕方式直接呈现，然而对于未来大规模植物工厂或者家庭植物工厂而言[1]，用户更需要的是远程就可以得知植物工厂内植物的生长情况与环境参数如何。
正是由于这种需求，所以我们设计了本系统。
一、系统框架
本系统由感知层子系统，传输层子系统与应用层子系统
构成。
其中感知层子系统与传输层子系统主要由下位机硬件构成，而应用层子系统则是通过C++语言进行编程的客户端。
总体框架如图1所示。
二、感知层子系统
本子系统硬件由STM32F103ZET6单片机作为主控芯片，采用了DHT11大气温湿度传感器，BH1750FVI光照强度传感器，SMS-II-100土壤温湿度传感器与MG811二氧化碳浓度传感器。
利用单片机对传感器检测到的数字量或模拟量进行采集和转化，以便后续通过传输层子系统发送到上位机进行处理。
1、主控制器模块。
本系统采用的控制单元是意法半导体公司的STM32单片机，它具有32位处理器，时钟频率达到72MHZ，具有丰富的外设资源，是专为高性能，低功耗，低成本的嵌入式设备而设计的芯片，较强的运算能力足以达到本系统的要求。
它主要负责采集和处理传感器数据并通过3G模块将数据打包传送至上位机中。
2、多传感器检测模块。
1）DHT11温湿度传感器。
DHT11数字温湿度传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。
该传感器测量湿度的量程为20～90% RH，精度为±5% RH，测量温度量程为0～50 ℃，精度为±2℃，工作电压为3.5～5，5V，工作电流平均为0.5mA，分辨率为8位，采样周期为1s。
值得注意
的是，用MCU对其进行数据传输的时候要注意这个传感器的时序。
[2]2）BH1750FVI光照强度传感器。
BH1750FVI为不区分光源的光照强度传感器，他一种基于I2C编程的集成电路传感器，可以实时的反应植物工厂中的光照强度。
此传感器的精度可调，且最高精度为0.5lx，量程为1～65535lx，同时此传感器内置了一个16位的A/D转换器。
[3]3）SMS-II-100土壤温湿度传感器。
SMS-II-100土壤温湿度传感器来自大连祺峰科技公司，具有功耗低，测量精度高，防水耐腐蚀等特性，特别适合用于农田或大棚中土壤温湿度的测量。
输出方式有两种可选，0～20mA的电流输出方式或者0～2V的电压输出方式，前者适用于较大阻抗负载，后者适用于小负载。
其水分测量范围为0～50%或者0到100%，误差小于5%，温度测量范围为-40～80摄氏度，误差小于0.4摄氏度。
4）MG811二氧化碳浓度传感器。
MG811二氧化碳传感器使用双路信号输出，包括TTL高低电平信号与模拟量信号输出，对二氧化碳有良好的选择性和很高的灵敏度，量程为0到10000ppm，具有快速的响应恢复特性，并且输出时自带温度补偿。
缺点是线性度较差，需要用软件编程进行拟合。
[4]
三、传输层子系统
1、硬件设计。
本设计中采用芯讯通公司（SIMCom）的WCDMA/HSDPA模块SIM5320e，其支持下行速率达3.6Mbps，并且内置GPS和A-GPS，性价比非常高。
SIM5320e模块与
STM32的物理连接为STM32串口二的TXD与SIM5320E的RXD相连，STM32串口二的RXD与SIM5320e的TXD相连。
2、程序设计。
SIM5320e与STM32之间通过串口发送和接受AT指令进行通讯。
首先发送AT指令“AT+ CGSOCKCONT=1，IP，3gnet”，然后发送“AT+TCPCONNECT=服务器端公网IP，端口号”使之连接上服务器端，注意此处连接时需要公网的IP地址。
发送数据包时候，发送“AT+TCPWRITE=n”，其中n 为要发送的字符串长度，接着直接发送相应长度的字符串就可以将数据内容打包发出了。
发送的数据需要加上帧头打包成数据包的形式发出，这是为了在服务器端进行解包的时候分辨出该数据是哪一个环境参数的数据，以便存放在相应的数据库中。
程序设计流程如图2所示。
四、应用层子系统
4.1 程序设计
Socket又称套接字，在程序内部提供了与外界通信的端口，即端口通讯。
通过建立Socket连接，可以为通信的双方提供通道。
Socket具有数据丢包率低，编程简单，可移植性高等优点。
在客户端中首先声明一个Socket类的的对象，然后调用lisen（）函数进行实时监听，一旦有客户端向服务器发送连接请求便启用accpet（）函数与之相连，用receive（）函数从下位机中进行数据的获取。
接着使用ADO的数据库编程手法，首先初始化OLE/COM环境，为访问ADO接口做准
备，然后创建Connection对象，接着为Adoconn类添加GetRecordSet的函数，目的是为了打开并获得记录集，之后为Adconn类添加ExecteSQL函数，目的是用来执行SQL函数，最后设置并退出记录集。
在receive（）函数获取到相应数据包并解包后，利用GetRecordSet（）函数声明一个myrecord 的对象，然后用AddNew（）和Update（）函数进行添加与刷新数据库。
4.2 服务端软件运行
服务器端软件运行流程图如图三所示：
五、结语
本系统设计中，主要通过3G无线传输技术和多种传感器实现了对远程植物工厂的环境数据和植物状态的实时监测，可以长期稳定运行。
与传统监测方式相比更加灵活方便，与2G等网络方式相比，提高了网络传输速率，稳定性和数据传输量都有所增加。
参考文献
[1] 杨其长，张成波，植物工厂概论M].北京：中国农业科学技术出版社，2005.
[2]韩丹翱，王菲. DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J]. 电子设计工程，2013，13：83-85+88.
[3]王海燕，陈贵斌，熊志成. 基于BH1750芯片的智能窗帘控制系统设[J]. 现代建筑电气，2015，03：48-50+63.
[4]陈树成，杨志勇，王科. 基于MG811探头的二氧化碳采集系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2014，01：47-50.。
