基于STM32的温室大棚灌溉视频控制系统设计

1 系统设计总体方案
本 系 统 利 用 STM32 为 主 控 核 心， 通 过 OV7076 摄像头采集温室灌溉图像，同时利用 WIFI 模块进行图像信息的传输，为用户设计上 位机界面实现了灌溉系统的远程监控功能。系 统设计总体方案如图 1 所示。
图像采集模块主要完成对温室灌溉图像信 息采集的工作，用以分析土壤墒情监测 ；控制 模块负责图像的缓冲保存以及为无线传输准备 数据 ；无线传输模块主要负责图像的远程稳定 传输 ；上位机模块负责用人机信号的便捷交 互，完成用户对灌溉系统阀门的远程控制。
【关键词】 STMபைடு நூலகம்2 ；WIFI ；视频监控 ；墒情
0 引言
随着温室种植面积的不断加大，以及地球 水资源紧缺状况急剧，怎样在温室灌溉中提升
图 1 系统设计总体方案
水资源的利用率，成为了农业自动化设计的热 点。传统的温室墒情采集控制系统多采用 STC 单片机、 PLC 等为控制核心，通过采集现场空 气与土壤的温度、湿度等参数，根据作物生长 特点和现场参数状态人工控制灌溉开关。用户 仅能依靠简单参数估计植物生长需水量，参数 采集范围有限，这种控制方式存在较大的判断 差。现代农业技术的发展中，无线监控技术逐 渐应用到了温室灌溉监控系统中。基于 GPRS 技术和 PLC 的闸门监控系统，采用 PLC 为核心 的开放、分层分布式计算机监控系统，应用了 数据自动采集、远程控制、网络通信、数据存 储与处理等技术，实现了现场控制层设备、远 程监测层设备和操作人员终端相互之间的无线 网络连接，为闸门的远程监控提供了一种新的 技术手段。同时， CAN 总线技术和 MSP430 单片机技术也被应用到了监控系统中。但已有 系统造价较高，同时主要应用在大面积温棚灌 溉系统中，针对唐山地区温室种植户相对分散 特点，这种系统并不适用。
电子科技 Electronics Technology
基于 STM32 的温室大棚灌溉 视频控制系统设计
王 蕾 崔丽霞 唐山学院智能与信息学院 063009
项目 ：2014 年唐山市科技支撑项目，项目编 号 ：14120209a
系统。经测试，该系统运行稳定，成本较低， 达到了全方位监控效果。
【文章摘要】 随着物联网技术的迅速发展，温室大 棚灌溉监控系统由采集参数分析墒情的间 接控制方式转换为采用视频监控的直接控 制方式。本文利用 STM32 为控制核心，通过 WIFI 无线传输方式，实现了温棚灌溉监控
WIFI 模块作为 STA 站点，加入到无线路 由 AP 建立无线网络，通过 AP 与 IP 网络连接， 进行图像信息的传输。编译下载 WIFI 程序，在 电脑中搜索网络节点，在第一个 WIFIBOARD_ AdHoc_SPI, 输入网络安全密钥，等待网络连 接成功。网络连接图如图 5 所示。当 WIFI 网 络初始化成功后，运行主程序。在初始化工程 中设置 AX22001 参数，包括串口选择、波特 率设置、工作网络模式、信道的选择、 IP 地 址的获取和网络端口的设定等。 MCPU 参数 地址选择为 0x000-0x03F。
图 3 WIFI 管脚连接图
3 系统软件电路的设计
系 统 使 用 C 语 言 在 keil-MDK 环 境 下 完 成软件编译、调试、下载的，实现了灌溉监控 系统的设计要求。系统的软件开发主要包括 OV7670 采集图像模块程序设计、 WIFI 无线 传输模块程序设计和上位机用户界面模块设计 三部分。
2 系统硬件电路的设计
本系统设计选用基于 Correx-M3 内核的 STMF1032ZET6 芯片为控制器。该芯片集成度 较高，具有 144 个管脚。 STM32 固件库提供 了简单的函数库，便于用户访问调用。控制器 STM32 原理图如图 2 所示。 OV7670 是 OV 公司出产的 CMOSVGA 图像传感器，稳定工 作电压 2.8V。其通过 SCCB 总线控制，可以输 出整帧、子采样、取等分辨率 8 位图像数据， 本设计图像最高达 30 帧 / 秒。 OV767 摄像 头 与 STM32 管 脚 的 连 接 关 系 为 ： OV_SDA 接 PG13、 OV_SCL 接 PD3、 FIFO_RCLK 接 PB4 等。 OV7670PCLK 最高可达 24Mhz，如 果直接使用 IO 口抓取是很困难的，所以设计 中 STM32 通过 FIFO 读取图像数据，而摄像头 自带的 FIFO 芯片也可用于暂存图像数据，该 容量为 384K 字节，足够存储 2 帧 QVGA 的图 像数据。
主 控 制 器 SMT32 利 用 SDI1 接 口 驱 动 MR09WIFI 模 块， 同 时 利 用 CS_29CLK、 MISO_31、 MOSI_32、 INT_33 与 MR09 模 块相连，组成通信线路。 PB12 利用开关电路 控制 WIFI 功能，方便复位和电源控制。 WIFI 管脚连接图如图 2、图 3 所示。
根据用户设计要求，本系统主要针对单棚
图 2 STM32 原理图
电子制作 009
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灌溉情况进行监控。本系统依据作物生长特点 和用水管理的实际状况，本着低功耗、低成本 的设计目标，通过灌溉图像采集、存储与 WIFI 无线传输的硬件与软件设计，实现了本地区温 棚灌溉监控系统。
用 PD3 口， 故 摄 像 头 和 手 柄 不 可 以 同 时 使 用 ； FIFO_WEN 和 FIFO_RCLK 与 JTAG 信 号 线的 JTDO 和 JTRST 共用了，调试时不能选用 JATAG 模式，而使用 SW 模式。
5 总结
本文在分析对比国内温室灌溉自动化控 制技术的基础上，按照地方温室作物生长需求 设计了基于 STM32 的温室灌溉监控系统。该 系统利用物联网技术实现了温室土壤墒情信息 的远程监控，其具有运行稳定、低成本、低功 耗、易操作等特点。
OV7670 模块工作过程分为两部分，主要 涉及存储图像数据和读取图形数据。图像的存 储过程为 ：首先初始化 OV7670 模块，然后 数据存储和读取使用了一个外部中断来捕捉帧 同步信号（VSYNC），然后在中断里启动图像 数据存储到 FIFO，最后等待下一次 VSHNC 信 号到来完成一帧数据存储。采集图像程序图如 图 4 所示。