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基于STM32单片机的新农业智能控制系统

设计

作者：邹双鸾张梦瑶陈晓登李桂梅

来源：《电脑知识与技术》2023年第32期

关键词：温湿度传感器；光照传感器；云平台；智能控制：远程监控：Lora

中图分类号：TP391文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）32-0110-05

农业是我国的传统产业，也是国家支柱产业之一。相关研究表明：我国农业劳动力成本日

趋增高，农业劳动力老龄化与短缺问题逐渐凸显，农业智能化的需求日益增加。而农作物的产

量与温度、湿度、光照强度、CO₂浓度息息相关。为能够根据农作物不同生长周期所需的环

境进行智能调整，满足其合适的生长环境，提高农作物产量和农业管理的效率，笔者设计了新

农业智能控制系统。

硬件1设计

本控制系统由单片机模块、空气温度监测模块、土壤湿度监测模块、光照强度监测模块、

CO₂监测模块、通信模块、驱动模块和显示与控制模块共8个模块组成，其系统框图如图1

所示。

单片机模块1.1

单片机选用STM32F103，STM32F103微控制器具有高性能、丰富的外设和接口、灵活的

存储容量选择、低功耗特性以及安全功能等特点。功能较为完善，可以满足此次设计需要。

空气1.2温度监测模块

DS18B20是一种“单总线”接口的温度传感器。DS18B20通过测量温度对其内部器件电阻

值，从而实现温度的检测。DS18B20内置有一个温度感应器和一个处理模块，当温度发生变

化时，感应器的电阻值也会发生变化，这个变化被传递给处理模块，经过一系列运算之后最终

以数字信号的形式输出。整个过程由芯片内部自动完成，当系统需要获取传感器的数据时，需

要从信号引脚DQ输入特定的指令，传感器会对指令进行解析，并向DQ引脚输出相应的温度

数值。

土壤1.3湿度监测模块

采用YL-69土壤湿度传感器，其原理为湿敏电容，当环境的湿度发生改变时，会使得湿敏

电容存在环境中的介质发生改变，导致湿敏电容中的电容数值产生变化，电容的数值正比于湿

度值。由于湿敏电容有着很高的灵敏度、响应速度快、滞后量小的特点，所以湿敏电容很容易

小型化和集成化。此传感器发送的不是数字量而是模拟量，因此配置内部外设AD接收数据，

再通过数值转换变成一个易于理解的较为直观湿度数据。

1.4CO₂监测模块

采用CO₂传感器TGS4160，它是一种电化学型气体的敏感元件，当该元件暴露在CO₂气

体环境中时，就会产生电化学反应。CO₂的敏感原件由2个固态电解质组成，结合一个印制在

基板上的RuO加热器。通过监测Ｓ（+）、Ｓ（-）两个电极之间所产生的电势值，通过检测

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两个电极之间电动势的变化来测试CO₂的浓度。TGS4160将检测到的CO₂浓度信号经运算放

大器处理后，再将OUT信号送入A/D转化器转化为数字信号。

光照监测模块1.5

采用BH1750芯片，BH1750的内部由光敏二极管、运算放大器、ADC采集、晶振等组

成。光电二极管通过光生伏特效应将输入光信号转换成电信号，经运算放大电路放大后，由

ADC采集电压，然后通过逻辑电路转换成16位二进制数存储在内部的寄存器中，BH1750引

出了时钟线和数据线，单片机通过IIC协议可以与BH1750模块通讯，选择BH1750的工作方

式，并将BH1750寄存器的光照度数据提取出来。

驱1.6动模块

驱动模块包含对温度、湿度、光照强度和CO浓度等环境变量的改变装置，即半导体制冷

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制热片、加湿器、遮阳板、补光灯珠、排風扇。

1.6.1半导体制冷制热片模块

采用TEC1-12706半导体制冷片，通过主控芯片进行PID算法，来达到反馈控制效果。

半导体制冷模块是一种利用半导体材料的P-N结具有变温效应的特性，以电流为能量源来

产生热、冷的技术。半导体制冷模块的工作原理和基本流程是：

）双面1加热：将制冷模块的两侧分别接通正负电压，并使之通过电流而产生P、N带的

高温区域和低温区域。

）P2、N带热交换：半导体单元中电子通过N带进入到P带，同时半导体材