CN212135262U

CN212135262U - 基于stm32的温室大棚控制系统

Info

Publication number: CN212135262U
Application number: CN202021318486.0U
Authority: CN
Inventors: 郑土广; 苏禹
Original assignee: Beijing Institute of Technology Zhuhai
Current assignee: Beijing Institute of Technology Zhuhai
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2030-07-06

Abstract

本实用新型涉及一种基于STM32的温室大棚控制系统，包括自动控制模块、远程控制模块、串口模块及分别与自动控制模块连接的传感器模块、执行机构、人机交互模块、报警模块。上述系统以STM32单片机作为控制器，通过传感器模块实时采集大棚内的空气温湿度、土壤湿度及光照强度数据，采集的数据传给STM32单片机，数据经过STM32单片机处理后，输出至执行机构，控制加湿装置、补光装置及通风装置，使温室大棚的温湿度、土壤湿度及光照强度控制在设定范围之内。该控制系统自动化程度高，实现了温室大棚的智能化管理水平，可以节约人工成本，提高温室大棚的种植效益。

Description

基于STM32的温室大棚控制系统

技术领域

本实用新型涉及温室大棚控制技术领域，特别是涉及一种基于STM32的温室大棚控制系统。

背景技术

随着人们生活水平的进步，对生活品质的不断追求，温室大棚种植农作物优势突显出来，温室大棚能够高产量，高质量的生产反季农作物，不但解决了人们对反季农作物的需求，同时也为温室大棚种植者带来可观的收益。随着温室大棚规模的扩大，温室大棚环境管理提出了自动化的需求。

传统的温室大棚控制系统是基于C51/C52系列单片机，其稳定性以及运行速度无法满足高自动化要求，且传统的温室大棚控制系统的自动控制阈值设定是固定的，无法根据温室大棚内的环境而改变。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种满足高自动化程度要求的基于STM32的温室大棚控制系统。

一种基于STM32的温室大棚控制系统，包括自动控制模块、远程控制模块、串口模块及分别与所述自动控制模块连接的传感器模块、执行机构、人机交互模块、报警模块；

所述传感器模块包括温湿度传感器、土壤湿度传感器和光亮度传感器；所述温湿度传感器用于检测温室大棚内的温湿度；所述土壤湿度传感器用于检测温室大棚内的土壤湿度；所述光亮度传感器用于检测温室大棚内的光照强度；

所述执行机构包括加湿装置、补光装置和通风装置；所述加湿装置用于补偿温室大棚内的土壤湿度；所述补光装置用于补偿温室大棚内的光照强度；所述通风装置用于补偿温室大棚内的温湿度；

所述自动控制模块包括STM32单片机；

所述人机交互模块包括电阻式触摸屏；

所述串口模块用于实现所述自动控制模块和所述远程控制模块的通信连接。

在其中一个实施例中，所述报警模块包括蜂鸣器和LED闪光灯。

在其中一个实施例中，所述温湿度传感器包括SHT20温湿度传感器。

在其中一个实施例中，所述串口模块包括异步串行收发器和输入输出接口；所述异步串行收发器包括依次连接的发送数据寄存器、发送位移寄存器、发送器，及依次连接的接收数据寄存器、接收位移寄存器、接收器；所述发送器和所述接收器分别连接所述输入输出接口。

在其中一个实施例中，所述基于STM32的温室大棚控制系统还包括继电控制模块，所述继电控制模块分别连接所述自动控制模块和所述执行机构。

在其中一个实施例中，所述基于STM32的温室大棚控制系统还包括电源，所述加湿装置包括电磁阀；所述继电控制模块设置有输入端、常开端和公共端；所述电磁阀、所述电源串接于所述常开端和所述公共端之间；所述自动控制模块连接在所述输入端上。

在其中一个实施例中，所述通风装置包括吹风机。

在其中一个实施例中，所述补光装置包括LED灯。

在其中一个实施例中，所述远程控制模块包括PC终端。

上述基于STM32的温室大棚控制系统以STM32单片机作为控制器，通过传感器模块实时采集大棚内的空气温湿度、土壤湿度及光照强度数据，采集的数据传给STM32单片机，数据经过STM32单片机处理后，输出至执行机构，控制加湿装置、补光装置及通风装置，使温室大棚的温湿度、土壤湿度及光照强度控制在设定范围之内。该控制系统自动化程度高，实现了温室大棚的智能化管理水平，可以节约人工成本，提高温室大棚的种植效益。

附图说明

图1为第一个实施例中的基于STM32的温室大棚控制系统的结构示意图；

图2为一个实施例中的串口模块的结构示意图；

图3为第二个实施例中的基于STM32的温室大棚控制系统的结构示意图；

图4为一个实施例中的加湿装置控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平”的、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，一种基于STM32的温室大棚控制系统，包括自动控制模块100、远程控制模块500、串口模块700及分别与自动控制模块100连接的传感器模块 200、执行机构300、人机交互模块400、报警模块600。传感器模块200包括温湿度传感器210、土壤湿度传感器220和光亮度传感器230。其中，温湿度传感器210用于检测温室大棚内的温湿度；土壤湿度传感器220用于检测温室大棚内的土壤湿度；光亮度传感器230用于检测温室大棚内的光照强度。执行机构 300包括加湿装置310、补光装置320和通风装置330。其中，加湿装置310用于补偿温室大棚内的土壤湿度；补光装置320用于补偿温室大棚内的光照强度；通风装置330用于补偿温室大棚内的温湿度。自动控制模块100包括STM32单片机。人机交互模块400包括电阻式触摸屏。串口模块700用于实现自动控制模块100和远程控制模块500的通信连接。

本实施例中，基于STM32的温室大棚控制系统是以STM32单片机作为控制器，通过传感器模块200实时采集大棚内的空气温湿度、土壤湿度及光照强度数据，采集的数据传给STM32单片机，数据经过STM32单片机处理后，输出至执行机构300，控制加湿装置310、补光装置320及通风装置330，使温室大棚的温湿度、土壤湿度及光照强度控制在设定范围之内。该控制系统自动化程度高，实现了温室大棚的智能化管理水平，可以节约人工成本，提高温室大棚的种植效益。

需要说明的是，STM32是32位单片机，一次处理数据宽度32位，而传统的C51单片机只能处理8位。而且STM32单片机程序都是模块化的，接口相对简单些，因为它自身带好多功能，工作速度也快。因此，STM32单片具有高性能、低成本、低功耗的优点。

应当理解地是，传统温室大棚控制系统普遍采用Wi-Fi、蓝牙等通信方式，存在不能独立使用、功耗较高的缺点，难以促成用户形成良好的使用习惯。因此，本实施例中串口模块700弥补了上述通讯技术的缺点，利用串口模块700 实现自动控制模块100和远程控制模块500的通信，是需要两根电线，不需要时钟信号，即可实现远程实时监控和控制，从而提高了远程控制模块500的优先级。

此外，本实施例中的人机交互模块400包括电阻式触摸屏，触摸屏上设有按键控制模块，通过按键控制模块可设置空气温湿度、土壤湿度和光照亮度的阈值参数。当大棚内的空气温湿度、土壤湿度或光照亮度突破了阈值参数时，自动控制模块100则控制报警模块600发出警报，并控制执行机构300进行相应的补偿措施。例如，空气温湿度突破了阈值参数，则报警模块600发出警报，通风装置330自动进行通风。因此，根据温室大棚环境情况可通过人机交互模块400设定相应的阈值参数。

具体地，电阻式触摸屏驱动芯片型号为XPT2046。

具体地，电阻式触摸屏与自动控制模块100之间的通信协议为8080并口协议。

在一实施例中，人机交互模块400包括但不限于LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)屏、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)屏、OLED (Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)屏。

在一个实施例中，报警模块600包括蜂鸣器和LED闪光灯。

本实施例中，蜂鸣器和LED闪光灯的作用是当检测数据超出设置范围时(即空气温湿度、土壤湿度或光照亮度突破了阈值参数时)发出提醒信号。具体地，蜂鸣器包括有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

在一个实施例中，温湿度传感器210包括SHT20温湿度传感器。

本实施例中，SHT20温湿度传感器的工作原理是热电偶和，其配有一个全新设计的4代

芯片(是将一种半导体芯片技术与传感器技术融合为一个整体的传感器)和一个标准的温度传感器间隙显示，从而提高了测量精度。具体地，SHT20温湿度传感器的测试温度的误差在正负0.3，测试的温度范围值在-40～125℃，同时它的输出还经过标定的数字信号，标准的IIC格式，利用IIC 模拟时序，即SHT20的通信协议是IIC，模拟出稳定的输出波形，大大提高了 SHT20温湿度传感器测试时的稳定性，同时它的响应最长时间为30s。

在一个实施例中，如图2所示，串口模块700包括异步串行收发器710和输入输出接口720。其中，异步串行收发器710包括依次连接的发送数据寄存器 711、发送位移寄存器712、发送器713，及依次连接的接收数据寄存器714、接收位移寄存器715、接收器716。发送器713和接收器716分别连接输入输出接口720。

本实施例中，串口模块700采用的通信协议是异步串行全双工，即发送方发送了数据，接收方什么时候去接收，发送并不知道，发送方与接收方的双方时钟由各自提供，只需规定双方发送和接收数据比特时间。因此，在异步通信中有数据帧格式要求，且数据是一个比特一个的发送，通信线也只能是一根，同时在整个系统中一个设备即为发送方也为接收方。

具体地，自动控制模块将数据发送至发送数据寄存器711，若发送位移寄存器712为空，则发送数据寄存器711的数据自动并行加载到发送位移寄存器712 中。发送位移寄存器712根据波特率将数据以单比特形式自动发送至发送器 713，发送器713通过输入输出接口720将数据发送至远程控制模块。

具体地，接收器716通过输入输出接口720接收来自远程控制模块的数据，接收位移寄存器715自动接收来自接收器716的数据。当接收位移寄存器715 的数据满了后，接收位移寄存器715自动把数据加载到接收数据寄存器714，然后接收数据寄存器714将数据发送至自动控制模块，进而实现数据的读取。

需要说明的是，利用串口通信来实现远程的实时监控和控制，简单高效，提高了远程实时控制的优先级。

在一个实施例中，如图3所示，基于STM32的温室大棚控制系统还包括继电控制模块800。继电控制模块800分别连接自动控制模块100和执行机构300。

本实施例中，执行机构300用于实现加湿、补光与通风功能。继电控制模块800相当于自动开关，当温室大棚控制系统中的温湿度、土壤湿度和光照亮度达到或超过设定阈值时，自动通电，以实现执行机构300的相关功能。

在一个实施例中，如图3和图4所示，基于STM32的温室大棚控制系统还包括电源900，加湿装置310包括电磁阀311；继电控制模块800设置有输入端 IN、常开端NO和公共端COM；电磁阀311、电源900串接于常开端NO和公共端COM之间；自动控制模块100连接在输入端IN上。

本实施例中，当土壤湿度传感器220检测到的土壤湿度低于设定的最低土壤湿度阈值时，自动控制模块100就会自动给继电控制模块800的输入端IN发送一个低电平。继电控制模块800接收到低电平后，常开端NO闭合，与公共端COM导通。因为电磁阀311与电源900串联，且串联电路的一端连接在公共端COM，一端连接在常开端NO，在继电控制模块800的输入端IN接收到低电平时，常开端NO吸和，与公共端COM接通，即电源900直接给电磁阀311供电，电磁阀311的开关打开，从而对温室大棚内的农作物喷洒水，补偿土壤湿度。当土壤湿度传感器220检测到土壤湿度高于设定的最高土壤湿度阈值时，自动控制模块100自动给继电控制模块800的输入端IN发送高电平，常开端 NO常开，与公共端COM断开连接，即电源900与电磁阀311不导通，电磁阀311关闭，实现关水。

具体地，最高土壤湿度阈值设置为60RH(Relative Humidity，相对湿度)。最低土壤湿度阈值设置为40RH。

在一实施例中，通风装置330包括吹风机。

本实施例中，当温室大棚内的温度高于28℃时，吹风机自动打开；当温室大棚内的温度低于25℃时，吹风机自动关闭。

在一个实施例中，补光装置320包括LED灯。

本实施例中，当温室大棚内的相对亮度高于8％时，LED灯自动关闭；当温室大棚内的相对亮度低于5％时，LED灯自动打开。

需要说明的是，加湿装置310、补光装置320和通风装置330的功能实现方式相似，在此不再赘述。

在一个实施例中，远程控制模块500包括PC终端。

上述基于STM32的温室大棚控制系统中，以STM32单片机作为控制器，通过传感器模块200实时采集大棚内的空气温湿度、土壤湿度及光照强度数据，采集的数据传给STM32单片机，数据经过STM32单片机处理后，输出至执行机构300，控制加湿装置310、补光装置320及通风装置330，使温室大棚的温湿度、土壤湿度及光照强度控制在设定范围之内。该控制系统自动化程度高，实现了温室大棚的智能化管理水平，可以节约人工成本，提高温室大棚的种植效益。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，包括自动控制模块、远程控制模块、串口模块及分别与所述自动控制模块连接的传感器模块、执行机构、人机交互模块、报警模块；

所述自动控制模块包括STM32单片机；

所述人机交互模块包括电阻式触摸屏；

2.根据权利要求1所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，所述报警模块包括蜂鸣器和LED闪光灯。

3.根据权利要求1所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，所述温湿度传感器包括SHT20温湿度传感器。

4.根据权利要求1所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，所述串口模块包括异步串行收发器和输入输出接口；所述异步串行收发器包括依次连接的发送数据寄存器、发送位移寄存器、发送器，及依次连接的接收数据寄存器、接收位移寄存器、接收器；所述发送器和所述接收器分别连接所述输入输出接口。

5.根据权利要求1所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，还包括继电控制模块，所述继电控制模块分别连接所述自动控制模块和所述执行机构。

6.根据权利要求5所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，还包括电源，所述加湿装置包括电磁阀；所述继电控制模块设置有输入端、常开端和公共端；所述电磁阀、所述电源串接于所述常开端和所述公共端之间；所述自动控制模块连接在所述输入端上。

7.根据权利要求5所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，所述通风装置包括吹风机。

8.根据权利要求5所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，所述补光装置包括LED灯。

9.根据权利要求1所述的基于STM32的温室大棚控制系统，其特征在于，所述远程控制模块包括PC终端。