基于STM32的智慧农业系统设计
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作者:刘志军
摘要：要想进一步提升我国农业的智能化水平，相关工作人员应当设计一款能够进行远程控制的智能化农业系统。并且能够以STM32为主要的农业系统控制核心，以温湿度以及系统的具体光照强度数据为主要的采集模板，以调节系统设备装置以及LCD的液晶显示器为主要基础，并且加GSM的通信模块为辅助，再加上指纹的验证以及语音的播报等模块，充分实现对农业的温室大棚环境进行检测调节，并且实现对工作人员信息的智能化管理。
关键词：STM32;智慧农业;系统设计
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）13-0255-02
很多智能化的系统都能够运用到我国人民的日常生活中，农业的智能化就是一个新兴的智能产业，并且其最主要也是最关键的环节就是有效的提升我国农作物的培养质量以及培养效率，在此基础上能够有效地利用农作物的生长时期，并对温室环境进行充分的检测以及合理的调节。在我国当前市面上出现了很多能够有效帮助农作物提升培育效率的智能化机器，但是大多机器都没有将自动的处理、对周围环境的检测以及远程操控等主要因素有效地结合起来，只能够进行较为简单的系统功能。
1智慧农业系统的方案设计
基于STM32的智慧农业系统主要采用的是嵌入式的芯片为主要核心材料，农业系统的主要整体化框架如图一所示。整体化框架内主要包含了保证农业信息安全的系统，对农作物所处周围环境的有效检测以及对环境进行有效调节的系统，还有农作物的保护性报警系统、利用WIFI无线设备来进行远程操控的控制化系统以及电源开关系统。
此图中含有对农民或者相关研究人员的指纹识别系统，能够更好地保护农作物的生长以及农业的研究成果，还有与GSM模块相关的信息化安全管理系统;还有测量农作物周围环境的温湿度以及对周围光照进行有效采集的系统模块，对农作物环境进行排风以及加热电阻、水泵的系统调节装置所构成的对周围环境监测与调节的系统;方便农民或者农业研究人员的语音模块以及GSM模块共同构成的报警系统;WIFI以及农业系统上位机构所构成的远程操作系统。这些农业系统中的各个模块与智能化的嵌入式芯片能够利用系统程序的编写实现互相之间的通信，远程操作能够运用无线传感网络并采用高效率的ZigBee拓扑网络来进行有效通信，构成智慧农业系统所用的主要功能。
2智慧农业系统的硬件电路设计
2.1信息安全系统的设计
关于智慧农业系统的硬件电路设计过程中应当是由R305指纹识别的模块以及GSM模块共同构成的，农业工作人员可以通过具体的指纹识别系统来对农业员工进行实际的考勤工作，农业考勤管理人员可以提前组织各个农业员工有效的录入自己的指紋信息并进行首次验证。并且如果要启动智能化的农业系统或者进入到智能化的农业数据中心也应当实行指纹验证操作，当指纹在验证过程中多次出现错误，GSM就会及时地向指纹识别系统的管理人员打好报告，并且及时的处理相关问题操作。
2.2农业系统大棚内的环境检测和相关调节系统
对于检测的土壤温湿度具体数值以及环境的光照强度数值都会被传送到相关控制器进行有效处理，并且控制器能够根据农作物的不同种类来设定具体的农作物生长环境温湿度以及光照的阈值。如果相关检测系统采取到的数值并不在预定的范围之内就应当调节本装置，进行不同超限情况的具体处理。例如可以通过智慧农业系统设计出的通风装置进行有效的降温，通过加热的电阻来提升农作物周围的环境温度，借助系统的水泵装置对农作物赖以生长的土壤进行充分灌溉，一直到农作物周围环境的温湿度数值回到规定范围之内，将调节系统有效的关闭。
2.3农业系统设计的报警系统
该部分的语音播报板块有着集成度较高并且基于录放功能的高性能，能够为农业系统实现多段录音，并且这个播报板块的采样率能够在一定范围内充分的进行调整，其芯片内自带着对于播报板块的数据存储功能，能够合理地实现较高质量的音质效果以及断电的存储功能。如果农业系统并不能够将采集到的温湿度与光照强度在规定范围内启动语音报警装置，应当及时的提醒农业设计工作人员。
同时GSM模块应当给相关工作人员设置的电话号码及时的发送通知的讯息。在设计智慧农业系统过程中GSM网络使用的是有关GA6的通信模块，能够为工作人员提供相应的短信操作，还能够让他们进行电话的拨通以及彩信的发送，并且支持四个通信频段。这个通信模块有着较为稳定的工作性能，在通信过程中有着高质量的信号，是通过串口与单片机的串口进行相互连接的。
2.4智慧农业系统中的摄像头装置
在设计智慧农业系统过程中，相关设计人员合理的使用了两个摄像头来进行多方位较为全面的监测系统，能够将农业大棚内的实际状况进行有效的记录，通过查看摄像头装置捕捉到的大棚具体画面，应当通过无线装置来运用无线网络合理地将画面经一定程度上的处理后，传送到远端的相关屏幕中，进而实现对图像的有效采集操作。
2.5农业系统中的节能电源系统设计
在智慧农业系统设计过程中电源的总系统是由12V的铅酸蓄电池、较为环保的太阳能电池板以及控制器所构成的，环保且常用的太阳能电池板能够成为蓄电池充电过程中的辅助电源装置，并且整个电源系统能够有效地为各个系统的硬件电路提供充分的动力能量，并且太阳能又是可再生能源，因此整个农业系统的电源系统能源消耗较低。
3智慧农业系统的软件设计概要
3.1农业系统的软件功能基本流程
有关基于STM32的智慧农业系统的软件设计是由相应的编译器来进行具体编译的，编译器将实际代码编写完成后就能够送至单片机内进行程序的运行。智慧农业系统再通过外围的传感器设备来对实际的数据进行有效采集，通过编写完成的程序模块进行驱动化的设计，将有着不同功能的进程进行相互之间的通信，系统的上位机所接收到的反馈信息应当及时地给相关工作人员进行反馈并且播报语音提示。 例如农业系统设计中大棚内的参数并不合适时就应当通过无线远程操作进行实际的调节。农业系统的软件功能主要流程例如图2。智慧农业系统在启动之后首先要进行软件程序的初始化，目的是为了能够加载各种传感器以及系统功能中的硬件设备。在将web服务器设备以及农业系统的应用程序充分开启之后，来判断系统的初始化是否真正完成了，如果显示已经完成，就开始调动系统温湿度的函数以及光强检测的函数，这时农业系统的信息安全系统就开始将指纹数据进行充分的读取了，如果并没有读取就应当重新加载此功能。
在智慧农业系统的硬件设备以及应用程序充分的开启之后，软件设备还会判断是否有web服务器的请求或者远程服务器的访问请求，如果存在相关请求，就应当推动远端的上位机页面实时的显示相关信息，并且通过对服务器中的页面设置来对远程的智能化操作有效地完成。
3.2硬件系统以及网页交互的有效实现
农业系统的工作人员可以通过规定的账号密码来对客户端进行登录，能够实施的观察智慧化农业系统的网页数据，并且能够发出相应的动作调节指令来实现对服务器的远程操作。Django框架的实际运行过程例如图3，系统管理员可以在对浏览器进行URL的实时访问后来判断网页协议的实际烈性，并且针对Http请求后获得的转化IP地址，并经过网络传输来到达相应的web服务器，再通过软件程序的调用通过web发送到浏览器中。
3.3 wifi的远程控制操作
智慧化的农业系统采用wifi作为桥梁，无线传感网络所采用高效率的ZigBee拓扑网络结构进行通信，对大棚内的周围环境通过上位机来进行调节装置的远程控制，进而提升我国农业系统的智能化以及系统工作质量。在设计中能够采用计算机来作为上位机，系统管理员通过登录客户端来对网页页面中大棚内的图像与信号变化进行实时数据的掌握，根据实际的需求对系统发出调节性的质量，能够通过控制下位机的单片机来完成对應的控制，与此同时还应当对大棚内的环境指数进行有效调整，进而推动智慧化农业变得更加智能人性化。
农业系统的wifi远程操作需要两个端口，其中一个是视频的端口，另一个时控制性的端口，通过为系统增加端口的转发性原则，能够明确好所转发的目标客户端IP地址。并且无线路由器设备的应用能够将外网与大棚内的路由器进行更方便的连通操作，进而促进外网能够更好地通过计算机来控制大棚内的调节装置，实现利用系统wifi的远程操作。
4智慧化农业系统的特色与创新
智慧化农业系统主要结合了指纹识别技术来对系统的信息安全进行有效提升，并且能够给相关工作人员带来了可操作性，他们能够通过指纹的识别系统对农业系统相关工作人员进行考勤操作。还可以通过对指定用户提前录入指纹来作为农业系统的登录命令操作，并且没有录入指纹的其他人员是不通过系统识别的。如果要想启动该智慧化农业系统或者查看有关系统的数据时也要进行指纹的识别验证。
在进行语音播放报警与GSM短信通知报警共同使用过程中，如果大棚内的环境参数与预先设定好的参数阈值并不在同一个范围内，大棚内的智慧化农业系统就会向在现场工作的人员进行语音播报提醒，让他们能够开启系统调节装置，并且运用GSM短信功能通知相关管理人员进行实际的备案处理，能够充分保证我国农作物生长过程中的智能化保障。
此智能化系统还能够通过wifi进行相关远程操作，将上位机的计算机设备与下位机的单片机设备进行充分的联系，并且在使用上位机时就能够通过下位机所反馈的实时信息与实时数据来提升相关工作人员与管理人员，做出相应的举措。同时农业系统上位机的人性化界面能够为系统用户提供更大的方便陛。
5结束语
智慧化的农业系统的设计对于智慧农业系统应当具备的实际功能进行了有效研究，并且嵌入式的系统采用了STM32芯片。充分借助了各种智能化的传感器设备对我国的农业大棚周围环境进行了实际数据的采集，与系统预先设置的阈值进行充分的比较，完成对农业系统自动化和远程操作的调节功能，并且能够通过对系统的语音报警以及GSM信息报警来提升相关人员。整个系统拥有动作精确性以及执行高效性，随着我国人工智能的充分发展就会推动智慧化农业拥有更高的推广价值。
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