設(shè)施農(nóng)業(yè)(大棚種植)遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 STM32+51單片機含pcb 上下位機源碼原理圖

ID:130231 · 發(fā)表于 2017-3-18 13:38

大棚種植遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，STM32F407單片機+51單片機構(gòu)成的完整系統(tǒng) 很不錯，分享給51黑電子論壇的朋友們，希望大家能喜歡。

校園創(chuàng)新大賽

視頻觀看地址：

http://v.youku.com/v_show/id_XNjE5ODY0NDY0.html

摘要

該系統(tǒng)將自動控制技術(shù)與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合，采集溫室的光照度、溫度和濕度，同時實現(xiàn)上位機的存儲和監(jiān)控。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以節(jié)省大量的勞動力，提高蔬菜的品質(zhì)，增加產(chǎn)量，節(jié)約水肥，形成生態(tài)友好型的棚膜經(jīng)濟，不僅對我省乃至整個東北寒區(qū)的溫室蔬菜生產(chǎn)都具有重要的意義。

1. 引言

近年來，溫室蔬菜種植的規(guī)模在我國北方發(fā)展十分迅速，成為城市居民菜籃的主要途徑，也是農(nóng)戶增產(chǎn)創(chuàng)收的捷徑之一。然而溫室大棚普遍存在著自動化水平較低、人力消耗大以及水肥資源浪費嚴重等諸多問題。針對上述問題，本團隊設(shè)計了北方溫室蔬菜設(shè)施環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STM32F407探索板作為主控制器，布置在大棚內(nèi)部的傳感器可實時檢測室內(nèi)溫度、濕度、光照強度，同時單片機還將通過光敏傳感器檢測室外光照強度以控制大棚外卷簾機卷起或放下保溫層，不僅如此，本系統(tǒng)中還加入了上位機控制系統(tǒng)，用戶足不出戶就能監(jiān)視并控制大棚內(nèi)部的情況，一定程度上的實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化，使農(nóng)作物始終生長在適宜的環(huán)境中，不但解放了人力，節(jié)約了資源，同時還能提高作物的經(jīng)濟效益，為農(nóng)戶增產(chǎn)增收。

2. 系統(tǒng)方案

本團隊的作品針對我國北方農(nóng)村溫室大棚運行現(xiàn)狀，對目前的溫室大棚產(chǎn)品進行了深入的調(diào)查與研究，設(shè)計出一套切實可行的智能溫室遠程控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對溫室大棚室內(nèi)部環(huán)境因素的實時監(jiān)測，同時用戶還可以通過遠程群控系統(tǒng)實時監(jiān)控多個溫室大棚內(nèi)的情況，操作方便快捷。

圖1系統(tǒng)示意圖

3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本作品中，系統(tǒng)由五個單片機系統(tǒng)組成的，其中51系列的單片機四個，STM32F407單片機一個，各個子系統(tǒng)之間通過NRF24L01無線模塊進行通信，如下圖所示：

圖2系統(tǒng)硬件組成框圖

主控制板主要由STM32F407探索板、無線通信模塊以及USB轉(zhuǎn)串口模塊組成。主控制板負責(zé)對兩個大棚傳遞上來的信息進行處理，打包之后發(fā)送給上位機，同時還負責(zé)將上位機下達的指令傳遞給兩個大棚。

圖3主控制板硬件組成框圖

大棚控制板主要由STC12C5A60S2單片機、12864LCD顯示、光耦隔離、繼電器、無線通信模塊組成。大棚控制板負責(zé)控制大棚內(nèi)部裝置以及轉(zhuǎn)發(fā)大棚采集板采集上來的數(shù)據(jù)，一旦收到主控制板發(fā)送的信號，大棚控制板將對相應(yīng)的裝置進行控制。

圖4大棚控制板硬件組成框圖

大棚采集板主要由STC12C4052AD單片機、光照強度傳感器、土壤濕度傳感器、空氣溫濕度、無線通信模塊以及供電電池組成。大棚采集板負責(zé)采集大棚內(nèi)部的各項數(shù)據(jù)，之后發(fā)送給大棚控制板。

圖5大棚采集板硬件組成框圖

4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要由四個部分組成，分別是上位機軟件、主控制板、大棚控制板和大棚采集板。

上位機軟件使用微軟公司的Visual Basic語言編寫。上位機界面通過USB轉(zhuǎn)串口模塊與主控制板進行通信，以獲取兩個大棚內(nèi)部的環(huán)境數(shù)據(jù)和對大棚內(nèi)部設(shè)施進行控制，同時上位機軟件還可以將環(huán)境數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，以便日后的查詢。

圖6上位機軟件界面

主控制板在Keil MDK環(huán)境下開發(fā)，所用語言為C語言。在程序中使用了ST的庫函數(shù)，使得開發(fā)思路更加的流暢。當(dāng)主控制板接收到大棚控制板發(fā)送上來的信號時，首先通過讀取無線模塊內(nèi)部寄存器的值判斷是哪個大棚發(fā)送上來的信號。

由于在無線通信模塊中，不同模塊之間是由通道地址來進行區(qū)分的，所以在要通過不同的接收通道地址來實現(xiàn)多通道接收，當(dāng)接收到大棚控制板發(fā)送上來的數(shù)據(jù)時，主控制板讀取無線模塊中的通道標(biāo)志位來判斷是哪個大棚發(fā)送的數(shù)據(jù)。同理當(dāng)主控制板收到上位機發(fā)送下來的控制信號時，也先判斷是控制哪個大棚的信號，然后加載不同的發(fā)送地址，以發(fā)送給指定的大棚。

圖7主控制板程序流程圖

大棚控制板和大棚采集板也是在Keil開發(fā)環(huán)境下使用C語言進行編程的。

大棚采集板的程序比較簡單，只有重復(fù)采集傳感器參數(shù)和將數(shù)據(jù)發(fā)送出去這兩項工作。

在大棚控制板的程序中，包括液晶顯示、按鍵掃描、繼電器控制、數(shù)據(jù)接收以及數(shù)據(jù)發(fā)送。大棚控制板將采集板發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，通過無線傳送到主控制器中，同時還接收主控制器發(fā)送下來的控制信號。

5. 系統(tǒng)創(chuàng)新

系統(tǒng)的創(chuàng)新之處有以下幾個方面：

系統(tǒng)使用無線通信模塊組成小型局域網(wǎng)，無需現(xiàn)場布線，安裝方便；
上位機軟件使用簡單、方便，實時性好；
數(shù)據(jù)可以保存在數(shù)據(jù)庫中，供日后的查詢和調(diào)用；

6. 評測與結(jié)論

系統(tǒng)測試采取人工測試方式，主要包括：系統(tǒng)運行的可靠性測試、無線數(shù)據(jù)傳輸可靠性測試、大棚控制板繼電器開關(guān)測試、大棚采集板電池使用時間測試等。

測試結(jié)果如下表所示：

測試的項目	達到的指標(biāo)
系統(tǒng)運行的可靠性測試	整套系統(tǒng)連續(xù)運行48小時無異常
無線數(shù)據(jù)傳輸正確率測試	傳輸距離<5米傳輸正確率100% 傳輸距離<10米傳輸正確率90% 傳輸距離<20米傳輸正確率60%
大棚控制板繼電器開關(guān)測試	繼電器連續(xù)開關(guān)動作1小時無異常
大棚采集板電池使用時間測試	在電池供電情況下采集板連續(xù)工作7天無異常

附錄

大棚采集板硬件圖原理圖：

大鵬叢機下位機pcb圖：

大棚控制板硬件圖原理圖：

控制板的pcb圖：

部分源碼預(yù)覽（主控制板源碼的主程序）：

//**********************************************//
//基于STM32F407VGT6芯片
//DISCOVERY開發(fā)板
//長春工程學(xué)院
//基于STM32的設(shè)施農(nóng)業(yè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)
#include "main.h"
u8 flag,j,ii,tf,temp;
u8 TxBuf[13]={0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x0f,0x00,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa,0xaa};
u8 RxBuf0[13];
u8 RxBuf1[13]={50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50,50};
u8 RxBuf[26];
u8 RX0_flag=0,RX1_flag=0;
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //中斷向量配置
LED_Init(); //初始化LED
COM3Init(9600); //串口3初始
MY_SPI_Init();
if(NRF24L01_Check())
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_14);
}
else
{
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_13);
}
NRF24L01_Init();
NRF24L01_TxPacket(TxBuf);
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG_NRF+STATUS,0XFF);
tf=0;
while(1)
{
if(flag) //如果PC給它發(fā)了指令，則往下發(fā)送
{
USART_Cmd(USART3, DISABLE); //關(guān)串口
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG_NRF+CONFIG, 0x0e);//配置為發(fā)送
for(ii=0;ii<7;ii++)
{
temp=(j&0x80);
j=(j<<1);
if(temp)TxBuf[ii]=0xf0;
else TxBuf[ii]=0x0f;
}
NRF24L01_TX_Mode(TxBuf[5]);
NRF24L01_TxPacket(TxBuf);
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG_NRF+STATUS,0XFF);
delay_ms(10);
NRF24L01_Init();//當(dāng)發(fā)送完畢后，重新把通道0配置為1號大棚，通道1為2號大棚
flag=0;
USART_Cmd(USART3, ENABLE);
}
NRF24L01_Write_Reg(WRITE_REG_NRF+CONFIG, 0x0f);
tf=NRF24L01_switch(); //判斷通道
switch (tf)
{
case 0: NRF24L01_RxPacket(RxBuf0); //0通道為一號大棚
RX0_flag=1;
break;
case 1: NRF24L01_RxPacket(RxBuf1); //1通道為二號大棚
RX1_flag=1;
break;
}
if(RX0_flag|RX1_flag)
{
for(ii=0;ii<13;ii++)RxBuf[ii]=RxBuf0[ii];
for(ii=13;ii<26;ii++)RxBuf[ii]=RxBuf1[ii-13];
for(ii=0;ii<26;ii++)
{
USART_SendData(USART3,RxBuf[ii]);
while(!USART_GetFlagStatus(USART3,USART_FLAG_TC));
USART_ClearFlag(USART3,USART_FLAG_TC);
}
RX0_flag=0;
RX1_flag=0;
}
// GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_15);
// delay_ms(300);
// GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_15);
// delay_ms(300);
}
}

復(fù)制代碼

大棚采集板源碼預(yù)覽：

#include"display.h"
uchar xdata data_txt[64]={"光照強度：12.3% 空氣濕度：78.9% 土壤濕度：45.6% 空氣溫度:+ab.c "};
//漢字數(shù)組字符指示 0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef
uchar xdata set_txt[64]={"泵：關(guān) 風(fēng)扇；關(guān)卷簾上：關(guān) 電磁閥：關(guān) 卷簾下：關(guān) "};
//漢字數(shù)組字符指示 0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef
uchar xdata txt_set3[4]={"開關(guān)"};
void display_data(void) //顯示數(shù)據(jù)界面
{
uchar i;
if(display_flag) //每次切換界面顯示一次界面
{
lcd_com(0x80);
for(i=0;i<64;i++) lcd_dat(data_txt[i]);
display_flag=0;
}
lcd_three_date(0x85,RX_CJ,0); //根據(jù)收到的數(shù)據(jù)顯示
lcd_three_date(0x8d,RX_CJ,6);
lcd_three_date(0x95,RX_CJ,3);
lcd_com(0x9c);
lcd_dat(':');
lcd_dat(RX_CJ[9]);
lcd_three_date(0x9d,RX_CJ,10);
}
void display_set(void) //顯示設(shè)置界面
{
uchar j;
if(display_flag) //每次切換界面顯示一次界面
{
lcd_com(0x80);
for(j=0;j<64;j++) lcd_dat(set_txt[j]);
display_flag=0;
}
lcd_com(0x0c);
display_flash(0x82,water_pump);
display_flash(0x87,feng_shan);
display_flash(0x94,water_button);
display_flash(0x8c,!juan_up);
display_flash(0x9c,!juan_down);
if(s_flag)
{
// lcd_com(0x0e); //開光標(biāo)
set_home();
delay_ms(100);
if(ok_flag)
{
set_ok_key();
ok_flag=0;
}
}
}
//*****************設(shè)置界面-開關(guān)量顯示子函數(shù)******************
void display_boole(uchar b)
{
lcd_dat(txt_set3[b]);
lcd_dat(txt_set3[b+1]);
}
void display_flash(uchar add,bit b)
{
lcd_com(add);
if(b)
{
display_boole(2);
}
else
{
display_boole(0);
}
}

復(fù)制代碼

大棚主機板一號叢機的部分源碼：

#include"12864.h"///顯示物理量需要一個帶二維參數(shù)的函數(shù)，一維節(jié)點號，一維物理量序號
/*需要讀取的數(shù)組是：iic-------iic_12_out[12]---讀取歷史數(shù)據(jù)用---由函數(shù)iic_read_ndate()得到
ds13------get_ds13_date[7]-顯示時間用-------由函數(shù)get_ds13_time()得到
12864-----lcd_date[4][9]---3個節(jié)點36個物理量的倉庫
*/
//********************大棚上電首頁************************
uchar xdata txt_1[64]={"歡迎使用本系統(tǒng)：長春工程學(xué)院版本號:401.5.1.1 401 工作室"};
uchar xdata txt_2[64]={"大棚主機控制板及開關(guān)量控制界面包括顯示界面 "};
//漢字數(shù)組字符指示 0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef
//*********************************************************
void lcd_com(uchar a)
{
rs=0;
rw=0;
en=0;
P0=a;
delay_ms(1);
en=1;
delay_ms(1);
en=0;
}
void lcd_dat(uchar b)
{
rs=1;
rw=0;
en=0;
P0=b;
delay_ms(1);
en=1;
delay_ms(1);
en=0;
}
void lcd_two_date(uchar add,uint date) //調(diào)節(jié)目標(biāo)值和開關(guān)狀態(tài)用顯示2個字符
{
lcd_com(add); //設(shè)定指針
lcd_dat(0x30+date/10); //送十位
lcd_dat(0x30+date%10); //送個位
}
void lcd_three_date(uchar add,uchar *date,uchar p) //顯示 xx.x
{
lcd_com(add);
lcd_dat(date[p]);
lcd_dat(date[p+1]);
lcd_dat('.');
lcd_dat(date[p+2]);
}
void lcd_init()
{
uchar i1;
lcd_com(0x30);//8位界面基本指令集
delay_ms(1);
lcd_com(0x02);//地址歸位
delay_ms(1);
lcd_com(0x0c);//顯示打開，光標(biāo)關(guān)，反白關(guān)lcd_com(0x0f);
//光標(biāo)閃爍0x0e只顯示光標(biāo)不閃爍
delay_ms(1);
lcd_com(0x01); //清屏
lcd_com(0x80); //寫系統(tǒng)版本相關(guān)
for(i1=0;i1<64;i1++) lcd_dat(txt_1[i1]);
delay_ms(1000); //延時一段時間
lcd_com(0x01); //清屏
lcd_com(0x80); //寫系統(tǒng)提示
for(i1=0;i1<64;i1++) lcd_dat(txt_2[i1]);
delay_ms(1000); //延時一段時間
}

復(fù)制代碼

全部資料下載（ pcb 上下位機源碼原理圖都有）：

大棚種植遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.7z (6.63 MB, 下載次數(shù): 579)

ID:236617 · 發(fā)表于 2017-9-30 08:20

謝謝分享~好資料，51黑有你更精彩!!!

ID:233024 · 發(fā)表于 2017-10-10 18:06

你好你都用了哪些什么傳感器？

ID:307700 · 發(fā)表于 2018-4-13 23:20

哇感謝十分感謝！

ID:310987 · 發(fā)表于 2018-4-25 10:53

樓主，這個系統(tǒng)用51單片機可以做出來嗎

ID:351250 · 發(fā)表于 2018-6-20 09:33

謝謝分享

ID:303383 · 發(fā)表于 2018-6-20 12:36

小可愛呀發(fā)表于 2018-4-25 10:53
樓主，這個系統(tǒng)用51單片機可以做出來嗎

你好！51系統(tǒng)也能完成這個設(shè)計，下面是一個51系統(tǒng)的實物。。。

WIFI-智能澆花自動控制系統(tǒng) - 51單片機單片機論壇
http://www.denmoz.com/bbs/dpj-112669-1.html

ID:321801 · 發(fā)表于 2018-6-22 10:44

這個上位機做出來麻煩嗎？

ID:357095 · 發(fā)表于 2018-6-23 10:36

是真的很不錯

ID:372442 · 發(fā)表于 2018-7-16 16:47

厲害了，不簡單

ID:126534 · 發(fā)表于 2018-11-26 11:28

不錯，樓主給你點贊

ID:388834 · 發(fā)表于 2018-11-26 17:41

謝謝樓主分享！

ID:114420 · 發(fā)表于 2019-3-15 21:28

從機的程序是不是還缺一些

ID:622453 · 發(fā)表于 2019-10-11 17:46

謝謝樓主分享

ID:350104 · 發(fā)表于 2019-10-13 09:04

這個有份量值得推薦謝謝了！

ID:368810 · 發(fā)表于 2020-6-10 08:55

加熱功能如何實現(xiàn)呢？在真實的大棚中，這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境的控制嗎

ID:350104 · 發(fā)表于 2020-10-29 21:07

其實這套東西還可以應(yīng)用在其他方面

ID:846386 · 發(fā)表于 2020-12-3 00:03

不錯的思路，學(xué)習(xí)

ID:854673 · 發(fā)表于 2020-12-8 22:54

51黑都是大神級

ID:336378 · 發(fā)表于 2020-12-10 10:12

這個棚子是不是太小了，種不了幾顆菜哦？？實用性強嗎？？

ID:161115 · 發(fā)表于 2020-12-10 13:45

感謝樓主無私的分享

ID:120677 · 發(fā)表于 2020-12-30 15:56

這個真的是不錯的要點贊一下的

ID:120677 · 發(fā)表于 2021-1-7 15:52

有價值的東西下載下來學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

ID:633344 · 發(fā)表于 2022-9-19 00:27

謝謝分享~好資料，51黑有你更精彩!!!

ID:1070358 · 發(fā)表于 2023-4-10 14:08

謝謝分享~好資料,這個資料不錯要點贊一下

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