設(shè)施農(nóng)業(yè)(大棚種植)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) STM32+51單片機(jī) 含pcb 上下位機(jī)源碼原理圖

ID:130231 · 發(fā)表于 2017-3-18 13:38

大棚種植遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，STM32F407單片機(jī)+51單片機(jī)構(gòu)成的完整系統(tǒng) 很不錯(cuò)，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(dòng)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(shí)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的存儲(chǔ)和監(jiān)控。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以節(jié)省大量的勞動(dòng)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(jì)，不僅對(duì)我省乃至整個(gè)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(lái)，溫室蔬菜種植的規(guī)模在我國(guó)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(dòng)化水平較低、人力消耗大以及水肥資源浪費(fèi)嚴(yán)重等諸多問題。針對(duì)上述問題，本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了北方溫室蔬菜設(shè)施環(huán)境遠(yuǎn)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(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度，同時(shí)單片機(jī)還將通過光敏傳感器檢測(cè)室外光照強(qiáng)度以控制大棚外卷簾機(jī)卷起或放下保溫層，不僅如此，本系統(tǒng)中還加入了上位機(jī)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(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，使農(nóng)作物始終生長(zhǎng)在適宜的環(huán)境中，不但解放了人力，節(jié)約了資源，同時(shí)還能提高作物的經(jīng)濟(jì)效益，為農(nóng)戶增產(chǎn)增收。

2. 系統(tǒng)方案

本團(tuán)隊(duì)的作品針對(duì)我國(guó)北方農(nóng)村溫室大棚運(yùn)行現(xiàn)狀，對(duì)目前的溫室大棚產(chǎn)品進(jìn)行了深入的調(diào)查與研究，設(shè)計(jì)出一套切實(shí)可行的智能溫室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚室內(nèi)部環(huán)境因素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)用戶還可以通過遠(yuǎn)程群控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控多個(gè)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(jì)

本作品中，系統(tǒng)由五個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)組成的，其中51系列的單片機(jī)四個(gè)，STM32F407單片機(jī)一個(gè)，各個(gè)子系統(tǒng)之間通過NRF24L01無(wú)線模塊進(jìn)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(wú)線通信模塊以及USB轉(zhuǎn)串口模塊組成。主控制板負(fù)責(zé)對(duì)兩個(gè)大棚傳遞上來(lái)的信息進(jìn)行處理，打包之后發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)還負(fù)責(zé)將上位機(jī)下達(dá)的指令傳遞給兩個(gè)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(jī)、12864LCD顯示、光耦隔離、繼電器、無(wú)線通信模塊組成。大棚控制板負(fù)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(lái)的數(shù)據(jù)，一旦收到主控制板發(fā)送的信號(hào)，大棚控制板將對(duì)相應(yīng)的裝置進(jìn)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(jī)、光照強(qiáng)度傳感器、土壤濕度傳感器、空氣溫濕度、無(wú)線通信模塊以及供電電池組成。大棚采集板負(fù)責(zé)采集大棚內(nèi)部的各項(xiàng)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(jì)

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

上位機(jī)軟件使用微軟公司的Visual Basic語(yǔ)言編寫。上位機(jī)界面通過USB轉(zhuǎn)串口模塊與主控制板進(jìn)行通信，以獲取兩個(gè)大棚內(nèi)部的環(huán)境數(shù)據(jù)和對(duì)大棚內(nèi)部設(shè)施進(jìn)行控制，同時(shí)上位機(jī)軟件還可以將環(huán)境數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便日后的查詢。

圖6上位機(jī)軟件界面

主控制板在Keil MDK環(huán)境下開發(fā)，所用語(yǔ)言為C語(yǔ)言。在程序中使用了ST的庫(kù)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(lái)的信號(hào)時(shí)，首先通過讀取無(wú)線模塊內(nèi)部寄存器的值判斷是哪個(gè)大棚發(fā)送上來(lái)的信號(hào)。

由于在無(wú)線通信模塊中，不同模塊之間是由通道地址來(lái)進(jìn)行區(qū)分的，所以在要通過不同的接收通道地址來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道接收，當(dāng)接收到大棚控制板發(fā)送上來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，主控制板讀取無(wú)線模塊中的通道標(biāo)志位來(lái)判斷是哪個(gè)大棚發(fā)送的數(shù)據(jù)。同理當(dāng)主控制板收到上位機(jī)發(fā)送下來(lái)的控制信號(hào)時(shí)，也先判斷是控制哪個(gè)大棚的信號(hào)，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(yǔ)言進(jìn)行編程的。

大棚采集板的程序比較簡(jiǎn)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(xiàng)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(lái)的數(shù)據(jù)，通過無(wú)線傳送到主控制器中，同時(shí)還接收主控制器發(fā)送下來(lái)的控制信號(hào)。

5. 系統(tǒng)創(chuàng)新

系統(tǒng)的創(chuàng)新之處有以下幾個(gè)方面：

系統(tǒng)使用無(wú)線通信模塊組成小型局域網(wǎng)，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)布線，安裝方便；
上位機(jī)軟件使用簡(jiǎn)單、方便，實(shí)時(shí)性好；
數(shù)據(jù)可以保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，供日后的查詢和調(diào)用；

6. 評(píng)測(cè)與結(jié)論

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

測(cè)試結(jié)果如下表所示：

測(cè)試的項(xiàng)目	達(dá)到的指標(biāo)
系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性測(cè)試	整套系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)無(wú)異常
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸正確率測(cè)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(cè)試	繼電器連續(xù)開關(guān)動(dòng)作1小時(shí)無(wú)異常
大棚采集板電池使用時(shí)間測(cè)試	在電池供電情況下采集板連續(xù)工作7天無(wú)異常

附錄

大棚采集板硬件圖原理圖：

大鵬叢機(jī)下位機(jī)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(zhǎng)春工程學(xué)院
//基于STM32的設(shè)施農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)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(hào)大棚，通道1為2號(hào)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(hào)大棚
RX0_flag=1;
break;
case 1: NRF24L01_RxPacket(RxBuf1); //1通道為二號(hào)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(qiáng)度：12.3% 空氣濕度：78.9% 土壤濕度：45.6% 空氣溫度:+ab.c "};
//漢字?jǐn)?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?jǐn)?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(jī)板一號(hào)叢機(jī)的部分源碼：

#include"12864.h"///顯示物理量需要一個(gè)帶二維參數(shù)的函數(shù)，一維節(jié)點(diǎn)號(hào)，一維物理量序號(hào)
/*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(shí)間用-------由函數(shù)get_ds13_time()得到
12864-----lcd_date[4][9]---3個(gè)節(jié)點(diǎn)36個(gè)物理量的倉(cāng)庫(kù)
*/
//********************大棚上電首頁(yè)************************
uchar xdata txt_1[64]={"歡迎使用本系統(tǒng)：長(zhǎng)春工程學(xué)院版本號(hào):401.5.1.1 401 工作室"};
uchar xdata txt_2[64]={"大棚主機(jī)控制板及開關(guān)量控制界面包括顯示界面 "};
//漢字?jǐn)?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(gè)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(gè)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(shí)一段時(shí)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(shí)一段時(shí)間
}

復(fù)制代碼

全部資料下載（ pcb 上下位機(jī)源碼原理圖都有）：

大棚種植遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).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(gè)系統(tǒng)用51單片機(jī)可以做出來(lái)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(gè)系統(tǒng)用51單片機(jī)可以做出來(lái)嗎

你好！51系統(tǒng)也能完成這個(gè)設(shè)計(jì)，下面是一個(gè)51系統(tǒng)的實(shí)物。。。

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

ID:321801 · 發(fā)表于 2018-6-22 10:44

這個(gè)上位機(jī)做出來(lái)麻煩嗎？

ID:357095 · 發(fā)表于 2018-6-23 10:36

是真的很不錯(cuò)

ID:372442 · 發(fā)表于 2018-7-16 16:47

厲害了，不簡(jiǎn)單

ID:126534 · 發(fā)表于 2018-11-26 11:28

不錯(cuò)，樓主給你點(diǎn)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(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)呢？在真實(shí)的大棚中，這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境的控制嗎

ID:350104 · 發(fā)表于 2020-10-29 21:07

其實(shí)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(cuò)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(jí)

ID:336378 · 發(fā)表于 2020-12-10 10:12

這個(gè)棚子是不是太小了，種不了幾顆菜哦？？實(shí)用性強(qiáng)嗎？？

ID:161115 · 發(fā)表于 2020-12-10 13:45

感謝樓主無(wú)私的分享

ID:120677 · 發(fā)表于 2020-12-30 15:56

這個(gè)真的是不錯(cuò)的要點(diǎn)贊一下的

ID:120677 · 發(fā)表于 2021-1-7 15:52

有價(jià)值的東西下載下來(lái)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(gè)資料不錯(cuò) 要點(diǎn)贊一下

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設(shè)施農(nóng)業(yè)(大棚種植)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) STM32+51單片機(jī) 含pcb 上下位機(jī)源碼原理圖

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