《工业控制计算机｝２０１５年第２８卷第５期 基于ＳＴＭ ３２的温室环境监控系统的设计与实现 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２ 李 凯 麻红昭 （浙江大学化工工程与生物工程学院，浙江杭州３１００２７） 摘要 提出一种基于ＳＴＭ３２的温室环境监控系统。该设计使用基于ＡＲＭ—ＣｏｒｔｅｘＭ３内核的ＳＴＭ３２为控制核心，实现了对 二氧化碳、光照、空气温湿度的实时监测，并通过ＬＥＤ与触摸屏实时显示。主控制器发送指令给控制器，控制电机调节部分 参数，实现自动化控制。增强了温室大棚的智能化与实用性。 关键词：ＳＴＭ３２，温室大棚，自动化控制 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２．Ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｅｓ ＳＴＭ３２ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ—ＣｏｄｅｘＭ３ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｒｅ．ａｎｄ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ．ａｉｒ ｔｅｒｎ－ ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＬＥＤ ａｎｄ ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ，ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｓｕｃｃｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｅｎｄｓ ｔｈｅ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒｓ ｔｏ ａｄｊｕｓｔ ｓｏｍｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｌｌ ａｂｏｖｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＴＭ３２，ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ，ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ 现代化温室设施已经成为一种新式农作物种植的重要方 口，内置分数波特率发生器，发送与接收共用可编程波特率，最高 式，其中空气温湿度、光照、二氧化碳的参数的控制是现代化温 可达４．５ＭｂｉＶｓ，数据的长度、停止位均可设置。本系统采用处理器 室设施的关键技术之一”］。本文基于ＳＴＭ３２设计了一种温室环 的ＵＳＡＲＴ１与ＭＣＧＳ触摸屏进行通信，波特率为９６Ｏ０ｂｉｔ，，ｓ。采 境监控系统，实现了数据的采集与显示，同时能够利用控制器实 用ＵＳＡＲＴ２与采集器，控制器模块进行通信，波特率为９６００ｂｉＶｓ。 现温室参数的有效控制，从而能够实现温室设施的智能化。 ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６有三种低功耗模式：睡眠模式（Ｃｏｒｔｅｘ— １ 系统方案的整体设计 Ｍ３内核停止，外设仍在运行）、停止模式（所有时钟都停止）和待 本文设计的温室环境监控系统分为主控制器、采集器、控制 机模式（内部１．８Ｖ电源关闭）。本系统采用停止模式，通过外部 器、ＬＥＤ显示屏、ＭＣＧＳ触摸屏。主控制器以ｓＴＭ３２为核心，与 中断唤醒系统［２］。 ＭＣＧＳ触摸屏、控制器、采集器进行通信。触摸屏通过主控制器发 ２．２ ＭＣＧＳ触摸屏 送命令给控制器，控制电机实现对温室参数的控制，通过主控制 采用的是昆仑通态ＭＣＧＳ工业７寸触摸屏ＴＰＣ７０６２ＴＤ， 器发送命令给采集器，之后采集器将数据同时发送给ＬＥＤ显示 是一套以嵌入式低功耗ＣＰＵ为核心，主频为４００ＭＨＺ。该产品 屏的上位机与主控制器，主控制器经过处理后把数据发送给触摸 采用了高亮度ＴＦ．ｒ液晶显示屏，分辨率为８００ ４００，四线电阻 屏，然后触摸屏显示数据。ＬＥＤ显示屏的上位机将数据处理后，通 式触摸屏，分辨率４０９６｝４Ｏ９６，运行内存为６４Ｍ，系统储存为 过ＲＳ４８５接口把数据传给ＬＥＤ屏，并在ＬＥＤ屏实时显示数据。 １２８Ｍ，串Ｅｌ有ＣＯＭ１（ＲＳ２３２），ＣＯＭ２（ＲＳ４８５）。工作温度为０℃ 一４５℃，工作湿度为５％一９Ｏ％，储存温度为一１０℃一６０℃，因此符 合温室大棚的条件。 ２．３ ＬＥＤ屏幕 采用合肥金涵电子公司生产的Ｐ１０为单元板的ＬＥＤ屏幕， 每个单元板可以由３２ １６的点阵构成，可以显示２个汉字。可 以多个Ｐ１０板组装，电源采用外置５Ｖ适配器电源，更新模式使 用ＲＳ４８５串口，也可以选用ＲＳ２３２串口，外观选择全户外型。 控制卡选择金涵ＬＥＤ控制卡Ｖ４．０，可以支持数据高频刷新，比 特率可以设置最高１ １５２００ｂｉＶｓ，本系统采用９６００ｂｉＶｓ。上位机 圈１ 系统整体结构框图 部分采用显示数据采集器，使用双４８５串口，核心为ＣＣ２５３Ｏ ２系统硬件设计 ２．１ ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６处理器 芯片，分别连接控制卡与采集器。 ２．４传感器设备 ＳＴＭ３２Ｆ１Ｏ３ｖＥＴ６是一款基于ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核，高性 空气温湿传感器ＳＨＴ１０是Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ温湿度传感器家族中 能、低功耗、低成本的微控制器。ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＥＴ６的ＡＤＣ模块为 的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一 １２位逐次逼近型模数转换器，各通道的转换可以单次、连续、扫描 块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的 或间断模式执行，转换结果以左对齐或右对齐方式储存在１６位 ＣＯＭＳｅｎｓ技术，确保产品具有高可靠性与长期稳定性。传感器 数据寄存器中。有多种转换模式供选择，支持ＤＭＡ数据传输。 包括一个电容性聚合体测湿敏感元件，一个用能隙材料制成的 ＳＴＭ３２Ｆ１Ｏ ＥＴ６具有３个ＵＳＡＲＴ和２个ＵＡＲＴ串行接 测温元件，并在同一芯片上，与１４位的Ａ／Ｄ转换器以及申行接 ５４ 口电路实现无缝连接。核心为ＣＭＯＳ芯片，外围材料顶层采用 环氧化ＬＣＰ，底层为ＦＲ４。符合ＲＯＨＳ和ＷＥＥＥ标准。工作范围 基于ＳＴＭ３２的温室环境监控系统的设计与实现 适的光照范围内，ＳＴＭ３２Ｆ１Ｏ３ＶＥＴ６控制关闭控制遮阳网的电 机，如果光照强度过高（有一定范围），发送指令给控制器则驱动 电机正转３０ｓ停止转动，３０ｓ后如果仍处于过高的光照，则继续 是一４０℃～１２３．８℃，温度误差波动范围在±２．５℃一±０．５￣Ｃ，随着温 度变化而变化，先减小后变大，在２０℃￣４０￣Ｃ误差最小，在±０．５℃ 范围内，也符合温室的条件。湿度波动在±４．５％到±８％，其中 ２０％一８０％的范围内的误差在±４．５％。 光照传感器采用金利达芯科技的ＢＨ１７５ＯＦＶｌ。ＢＨ１７５０ＦＶＩ 驱动电机正转３０ｓ后停止，一直使光照达到偏高或者合适的光 照度；如果处于偏高的光照度，则有控制器发送控制指令给控制 器正转１０ｓ后停止，经过３０ｓ后继续判断，一直到光照处于合适 的数值。如果光照度过低，则由主控制器发送指令给控制遮阳网 的控制器，让控制器驱动电机反转３０ｓ后停止，３０ｓ后进行判断， 如果是出于偏低状态，则让控制器驱动电机反转１０ｓ后停止，然 后接着判断是否属于合适的光照度，流程如图２所示。二氧化碳 与空气温湿度的参数控制也是类似的流程，完成自动化控制。 是一种用于两线式串行接口的数字型光强度传感器集成电路。 利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化，支持 １２ＣＢＵＳ接口，通过５０Ｈｚ／６ＯＨｚ除光噪音功能实现稳定的测 定，支持１．８Ｖ逻辑输入接１３，光源依赖性弱，电源电压是４．５Ｖ， 运行温度一４５℃－８５￣Ｃ，储存温度为一４Ｏ℃－１００ｏＣ，光照测定范 围是１Ｉｘ一６５５３５１ｘ。 二氧化碳传感器采用龙戈电子的ＭＧ８１ １模块，主要芯片 ＬＭ３９３，尺寸３２ｍｍ ２２ｍｍ女３Ｏｍｍ，工作电压为直流６Ｖ，检 测浓度范围：０—１００００ｐｐｍ。具有１－ｒＬ电平信号灯输出指示，工 作电压信号灯指示；带温度补偿输出，标称温度环境下Ｔｃｍ输 出为ＶＣＣ／２电压，当环境温度变化时，输出电压信号变化，温度 变化量转换为对应电压输出变化量，从而通过程序补该温度变 化量，控制探头更有效的检测。 ３软件部分设计 根据系统设计的要求，采用ＳＴＭ３２的固件函数库在Ｋｅｉｌ ｉ￣ｖｉｓｉｏｎ４开发环境下编写，此开发集编辑、编译、下载与调试于 一体，简化了程序开发，加快了程序开发的进度［３］。 系统程序可以分为主控制程序，传感器数据采集程序、控制 器程序、显示数据采集程序（ＬＥＤ屏部分）。主控制程序功能是对 系统进行配置，其中包括系统时钟、ＧＰ１０、ＡＤＣ、ＵＳＡＲＴ、中断、 图２程序流程图 定时器等的初始化。传感器数据采集程序是对温湿度传感器、光 照传感器、二氧化碳传感器采集到的数据进行Ａ／Ｄ转换处理， 并能够接受到主控制程序的查询指令后可以将数据发送至边缘 网关，显示数据采集器（ＬＥＤ屏部分）。控制器程序主要是用来接 ４结束语 系统采用ＬＥＤ与ＭＣＧＳ触摸屏对数据进行双监测，更直 观地对数据进行监测，同时根据采集的数据可以智能判断，实现 温室设施参数的稳定自动化控制，提升了温室大棚的智能化，也 收由主控制程序对采集器采集的数据处理后发送的指令，完成 简少了工作量，适合于对工作人员要求不高的场合。 参考文献 ［１］傅仕杰，张英梅，王乐．基于ＳＴＭ３２温室环境测控系统的研究 ］．农 业网络信息，２０１０（１２）：１９－２３ ［２］李宁．基于ＭＤＫ的ＳＴＭ３２处理器应用开发［Ｍ］．北京：北京航空航 天大学出版社，２００８＝３０４－３２７ 对电机的自动控制，维持温室设施参数的稳定，实现温室大棚的 智能化。显示数据采集程序主要是实现采集器数据的实时接收 并处理后将数据传给使用４８５串口通信的ＬＥＤ，完成使用ＬＥＤ 屏数据显示，更直观地监测各项温室参数。 这里以监控光照数据为例，首先采集器采集数据传给主控 制器与ＬＥＤ屏的上位机，ＬＥＤ屏的上位机将数据处理后通过 ４８５串口更新ＬＥＤ显示屏上的显示数据。主控制器将接收的数 据处理后传给ＭＣＧＳ触摸屏进行显示，此外，程序将光照数据数 据采集并上传给主控制器后，根据光照的数据范围，如果是在合 （上接第５２页） ［３］ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ｓＴＭ３２Ｆ１０３××Ｏａｔａｓｈｅｅｔ【Ｋ】。 ２００７ ［收稿日期：２０１４．１２．２２］ ［２］杨瑞锋．海南水产养殖环境因子智能监测的研究［Ｄ］．海口：海南大 学，２０１２ ４结束语 系统配备精确耐用的水质监测传感器，结合网络Ｗｅｂ技术 和ＧＳＭ无线技术，实现了刀鱼人工养殖的远程监控，最终在上 海嘉定特种水产养殖基地安装并成功投入使用，运行半年多以 来系统性能稳定，切实为刀鱼人工繁育、养殖技术人员的生产监 控和技术研究提供了便利。本系统同样适用于其他经济水产品 的养殖监控，具有一定的应用推广前景。 ’２００７（３）：５４—６０ ［３］付祥．基于物联网技术的远程机房监控系统设计［Ｊ］．物联网技术， ２０１３．６（８）：９—１３ ［４］夏于，杜克明，孙忠富，等．基于物联网的小麦气象灾害监控诊断系统 应用研究［Ｊ］．中国农报，２０１３，２９（２３）：１２９—１３４ 【５］孔祥鑫．基于ＰＨＰ技术的校园网站的设计与实现［Ｄ］．天津：天津师 范大学，２０１２ ． ［６］黄志春．基于ＡＪＡＸ技术的环保监控系统［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００６ ［７］李伶，李太君．基于３Ｇ的手机远程监控系统［Ｊ】．通信技术，２０１０，４３ （９）：１３０－１３２ 参考文献 【１］张江龙．在线水质自动监测系统的基本构成和功能ＥＪ］．厦门科技， ［收稿日期：２０１４．１２．１７］
