阳台农业立体栽培自动控制系统设计与实现-论文.pdf

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1、2014年1月农机化研究第1期阳台农业立体栽培自动控制系统设计与实现陈娜，陈立平，李斌，郭文忠，薛绪掌(1．首都师范大学信息工程学院，北京100048；2．国家农业智能装备工程技术研究中心，北京100097)摘要：从解决阳台农业立体栽培系统的自动补水、补光问题出发，针对人工定时补给和传感器自动感应补给的不同操作需求，设计开发了基于STM32F103微控制器作为嵌入式芯片的立体栽培架自动补给控制系统，实现了硬件和软件结合的自动补水与补光控制。测试结果表明，该控制系统可较好地实现通过时钟进行人工定时准确精量补水、补光控制，也可有效获取基质湿度传感器及光照传感器的实时数据

2、，根据浇水及光照设置阈值，开启或关闭补光补水控制，达到栽培架中基质水分及植物需光有效补给的目的。通过多次运行，该系统性能稳定、可靠，可满足阳台农业立体栽培系统自动补水、补光要求。关键词：阳台农业；自动控制；STM32F103微控制器；立体栽培中图分类号：$223．2；TP277文献标识码：A文章编号：1003—188X(2014)O1—0127—05系统的总体结构如图1所示。0引言光敏传感器}_+—{．．随着城市人口的增长和可用地面积的减少，都市宜农空间的充分开发利用受到了人们的普遍重视。继电STM32微控制器器发展阳台农业正逐渐成为当前重要的家庭菜园模式，模i块立

3、体栽培系统成为目前重要的蔬菜生产平台。它不土壤湿度传感器卜’—仅可以充分利用资源和空间，又可以让人们在家里种植放心蔬菜，而且还可以净化空气，享受种植乐趣⋯。图1系统总体结构图蔬菜生长需要一定的水分和阳光，如何根据主人的作该立体栽培自动补水补光系统主要由息时间以及多变的阳台环境，实现栽培蔬菜的补水、STM32F103微控制器、土壤湿度传感器、光敏传感器、补光需求自动化，成为当前需要解决的问题。继电器模块、水泵和补光灯等组成。土壤湿度传感器结合上述需求，本文设计开发了基于STM32F103采用电压型FDS一100传感器，主要用来实时测量基质微控制器的阳台农业立体栽培自动

4、补水、补光系统。的含水量；光敏传感器采用亮阻为4kQ，暗阻为10MQ该系统实现了人工定时和传感器自动感应补水、补光的光敏电阻，通过感应光照的强弱，从而控制补光灯控制。人工定时控制部分采用时钟控制，可以实现补的开关。STM32F103微控制器是系统的核心，通过水和补光的准确精量控制。补水自动控制部分通过人机交互界面对湿度阈值进行设定来控制水泵的开水分传感器获取基质含水量，实时判断补水阈值大小启和关闭；也可以根据需要，采用人工定时方式手动来开启或关闭水泵，补光控制通过可调节的光敏传感设置水泵以及补光灯开启和关闭时问。系统软件基器来自动控制。整个系统成本低、体积小，实现了

5、液于ARM公司的RealViewMDK开发工具，采用C语言晶屏显示与触摸控制，满足了阳台农业立体栽培系统编程。蔬菜补水、补光的需求。2系统硬件设计1系统总体设计2．1结构组成及特点系统硬件部分采用ARMCodex—M3内核32位处收稿日期：2013-04-10理器STM32F103作为微控制器。该芯片主频高达基金项目：北京市科技攻关计划项目(z12l100000312012)作者简介：陈娜(1988一)，女，湖南株洲人，硕士研究生，(E—mail)72MHz，具有3路共16通道的12位AD输入，2路共2chenna400@163．com。通道的12位DA输出，适合传

6、感器数据采集。通讯作者：李斌(1983一)，男，山东枣庄人，助理研究员，博士，(E—土壤湿度传感器首先将采集到的数据通过电压跟mail)lib@nereita．org．ca。2014年1月农机化研究第1期随与滤波电路滤除噪声，然后进行A／D转换成数字信微控制器进行AD变换容易受到外界噪声的干扰，同号。其中，系统土壤湿度传感器采用FDS一100电压型时AD转换一般输入阻抗较小，因而加入了电压跟随传感器，其输出电压为0～2V。器，可有效提高输入阻抗，增加抗干扰能力。光敏传感器通过光敏传感器信号处理电路连接到控制器的GPIO口，控制器通过判断GPIO口的输入电平来控制继电

7、器的吸合，实现补光控制。人机交互界面是系统使用人员与控制系统之间的交互窗口，系统采用具有触摸控制功能的3．2寸TFT真彩LCD。系统硬件框架如图2所示。图4土壤湿度传感器信号处理电路图2．2．3继电器电路设计图5为继电器的电路图，其数字信号输入端连接STM32的GPIO的F口的第6、第7引脚，即PF6和PF7，通过微控制器输出的高低电平来控制继电器的通断。其中，光耦起隔离作用，三极管的集电极并联一个续流二极管以吸收继电器线圈的反电动势。通过比较二极管特性，考虑到使用的是直流继电器，本设计选用有较强正向浪涌承受能力且最高反向电压图2系统馊件框为1000V的1N40