基于STM32的农田小气候自动监测系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于STM32的农田小气候自动监测系统，属于嵌入式开发、无线通信以及电子方面的相关技术。

背景技术：

在科学技术迅猛变革发展和人民生活水平不断提高的当今社会，农业生产科技化的趋势也在进一步加强。在现代化农业生产生活中，信息技术和人工智能技术所扮演的角色越来越重要，它们在解放人力资源的同时有效减少了农业环境污染，并在农业生产的各项环节中发挥着精确控制、提质提量、优化资源的作用，而这些均有利于改善人民生活水平。

传统的农业生产生活模式需要大量的人力物力作为运行基础，并且缺乏对农田环境的准确控制和及时管理，这样就会导致生产效率低下，阻碍农业生产良性发展。并且在传统农业生产中，影响作物生长的因素比如温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤的营养成分等等都是不可控的，而这些因素都会对植物的生长产生一定的影响。所以在这样的前提下，采用先进的信息技术和人工智能技术来对农业生产环境进行科学有效的管理就自然拥有了其优越性。我们可以通过智能的检测设备随时准确监测作物生长环境的变化并通过实时采集到的数据对农田进行诊断分析，还可以利用网络技术对现场环境进行远程监控。所以先进的通信技术和人工智能技术可以为农作物提供良好的生长环境和精确的生产控制，这必将是农业生产高效益大趋势下的福音。

近几年，我国在农业生产信息化、自动化和智能化方面取得了些许成就，但仍有些不足，比如如何高效进行采集和传输农业生产环境气象要素的远程数据。我国是农业大国，较分散的农业分布，复杂的农业环境，还有落后的农田远程数据采集手段，都影响了数据采集和传输的实时性，导致信息滞后，对发展现代精准农业造成了严重的影响。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种基于STM32的农田小气候自动监测系统。

为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种基于STM32的农田小气候自动监测系统，包括主处理器、液晶显示模块、存储模块、无线通信模块、云服务器、GSM短信模块、报警模块和传感器模块，所述液晶显示模块、存储模块、无线通信模块、GSM短信模块、报警模块和传感器模块均与主处理器连接，主处理器通过无线通信模块与云服务器连接，所述传感器模块设置于农田之间，用于监测农田间的环境数据，并将信息发送给主处理器，主处理器将数据发送给存储模块和云服务器进行存储，并在液晶显示模块进行显示，主处理器设有数据阈值，当监测到的环境数据超出阈值时，主处理器控制报警模块报警，并控制GSM短信模块向工作人员手机发送短信。

对上述技术方案的进一步设计为：所述主处理器采用STM32F103单片机。

所述无线通信模块采用nRF24L01芯片。

所述传感器模块包括田间温湿度传感器、田间气压传感器、田间雨量传感器和冠层上方风速风向传感器，传感器模块用于实时监测农田间温湿度、风速、风向、雨量、气压六个环境要素的数据。

该系统还包括供电模块，所述供电模块包括太阳能电池、蓄电池和电源转换器，太阳能电池和蓄电池分别与电源转换器连接，电源转换器与主处理器连接。

本实用新型的有益效果为：

1.采用STM32F103单片机作为本系统的主处理器，其融合了16位单片机的优点，有着相当低的功耗和成本，同时还具有节能保护模式。这类单片机采用固件库的开发方式来编写程序，操作简便不繁琐，性价比高，而且有强大的芯来支持联网通信功能。

2.采用nRF24L01芯片作为本系统的无线传输模块，工作时的速率最高可以达到2Mbps，效率很高，传输的距离很远，适用于农业数据的传输，同时具有很强的抗干扰能力，且不受外界环境的限制，通信时更加稳定和安全。

3.本系统设计了一个报警模块和GSM短信模块以防止由于工作人员的疏忽而造成的严重影响， 此报警系统是根据农作物能够适应生长的环境条件来设定不同环境参数的最大和最小值，当其值超过或低于设置的安全范围时，此时该节点周围的环境不利于农作物的生长，长此以往将影响农作物的产量，于是设置一个报警装置以提醒工作人员在报警的时候采取相应的措施以改善环境温湿度。由于现在从事农业生产的人越来越少，农田中的工作人员非常紧缺，农田中不可能一直都有工作人员，当工作人员外出时，报警模块则发挥不了作用，本系统中的GSM短信模块可确保数据信息能实时的发送给工作人员。

4.本发明系统无需布线，具有成本低，功耗小、通用性好、组网灵活、实时性强等优点，不仅可以用于农田小气候环境监测，还可用于工业生产环境监测，具有良好的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理图；

图2为本实用新型的硬件框图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图2所示，为本实用新型结构框图，根据本系统所要实现的功能，对系统的整体结构进行了详细的设计，主要由以下模块组成：采用STM32F103单片机的主处理器、液晶显示模块、存储模块、采用nRF24L01芯片的无线通信模块、云服务器、GSM短信模块、报警模块和传感器模块，所述液晶显示模块、存储模块、无线通信模块、GSM短信模块、报警模块和传感器模块均与主处理器连接，主处理器通过无线通信模块与云服务器连接，所述传感器模块设置于农田之间，用于监测农田间的环境数据，并将信息发送给主处理器，主处理器将数据发送给存储模块和云服务器进行存储，并在液晶显示模块进行显示，主处理器设有数据阈值，当监测到的环境数据超出阈值时，主处理器控制报警模块报警，并控制GSM短信模块向工作人员手机发送短信。

如图2所示，本系统以高性能、低功耗的STM32F103单片机作为主处理器，另外采用传感器模块中的田间温湿度传感器、田间气压传感器、田间雨量传感器和冠层上方风速风向传感器对农田间温湿度、风速、风向、雨量、气压六个要素进行实时采集，并将采集的数据在液晶显示屏模块上进行显示，以便工作人员观察。此期间采集的所有数据都将以两种方式进行存储，即内部存储加外部存储，数据文件优先存储在STM32的内部Flash中，每天在固定的时间将数据备份到容量为8GB的SD卡存储模块中，并定时删除早期的数据文件。同时利用增强型的NRF24L01芯片将收集到的数据发送至云服务器并进行显示，芯片在功率为-6dBm的模式下发射数据时，其工作电流只有9mA，而在接收数据时，工作电流也只有12.3mA，还可以通过改变程序使芯片工作于空闲模式和掉电模式等多种模式，让整个系统变得更加节能。在本实施例中以NRF24L01为基础，搭建农田小气候自动监测系统，相比较传统短距离无线通信方式更加具有实用性。此外，本系统还设计了智能报警模块，系统可以灵活的设置不同环境参数的上下阈值，一旦超出阈值，系统将会自动报警，并通过GSM短信模块发送短信到工作人员手机，以提醒工作人员采取相应措施改善农田环境气候。整个农田小气候监测系统采用太阳能板和储能蓄电池来作为电源模块，电源模块与主处理器连接，用于进行供电，为小气候监测系统提供直流12V电压。由于无线模块需要+5V的电压，而STM32F103单片机和NRF24L01无线模块都采用的是+3.3V的电源等，因此就需要对+12V的主供电电源进行电压转化。于是采用LM2940S-5.0低压差稳压芯片作为电源转换器来实现从+12V到+5V的电压转换，采用LM1117MP-3.3稳压芯片来实现从+12V/+5V到+3.3V的电压转换，各芯片输入端部分接入去耦电容，以消除电路中产生的纹波效应，输出端部分接入电容以使输出电压更稳定。

本实用新型的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本实用新型要求保护的范围内。