基于STM32的土壤监控系统

一.绪论

   1.课题背景

基于STM32的土壤监控系统是一项涉及嵌入式系统、传感器技术、数据采集与处理、通信协议等多个领域的课题。 STM32系列的微控制器是一种常用的嵌入式微控制器,具有低功耗、高性能、丰富的外设和灵活的开发环境等优点, 广泛应用于各种嵌入式系统中。为了加强基础理论学习,提高针对实际应用编程能力,以解决功能需求为目标, 将理论、抽象、方法、工程实现相结合,掌握嵌入式系统的基本原理和STM32微控制器的使用方法, 以及学习使用STM32微控制器来实现土壤监控系统的硬件控制和数据处理,实现对土壤湿度、温度、氮磷钾含量等关键参数的实时监测和数据采集, 从而帮助农民精准调控灌溉和施肥,提高农作物的产量和质量,推动农业生产的精准智能化,故选择此课题作为毕业设计。

   2.研究现状

在国家863计划的支持下,土壤信息的采集与处理得到了快速的发展。 例如,张淑娟,刘映刚,王凤花等人研制了一套农田信息采集和处理系统, 实现了对土壤取样数据的自动采集。此外,徐平、陈东义等人还开发了一种基于条形码的土壤样本自动采集及信息化管理系统, 并在此基础上实现了条形码技术与网络地理信息系统的有机融合,有效地提升了土地信息管理的效率。另外,池俊亚、朱景福等人将 GSM技术与嵌入式系统相结合, 研制出了农田数据采集装置,并在采集终端植入实时操作系统,该系统可移植性较强,易于扩充;目前,随着计算机信息技术与科技的飞速发展, 精细农业的兴起,对采集装置的集成化、智能化的需求也越来越高。因此,研制一种小型、便携、低成本、易操作的土壤测试设备,并建立一个实时准确的土壤监控系统是非常有必要的.

   3.研究内容

随着计算机技术的快速发展和农业设备的不断创新,使得精准农业更加智能化、信息化。为了实现土壤样品信息的采集、信息自动发送及土壤样品信息管理等目的,主要工作如下:
       (1)分析国内外土壤样品信息采样方法与管理现状,针对目前存在的不足,提出了一种智能化的土壤检测设备和土壤信息管理系统。
       (2)土壤检测设备的硬件模块选择。包括主处理器选择、传感器选择、以及控制键盘等模块的选择。
       (3)土壤检测设备软件设计。首先确定嵌入式主程序控制流程,其次编写各模块在主处理器环境下相应的驱动程序,最后根据流程编写总程序,控制各模块实现全部功能。
       (4)数据设备快速监测数据设计。实现将检测扫描解析后的信息通过无线蓝牙自动发送到服务器端。
       (5)系统实现及性能测试。实现土壤检测设备和管理系统并进行测试,保证系统稳定运行。

   4.研究意义

使系统能够实时监测土壤的湿度、温度等关键参数,帮助农民精准浇水、施肥,提高农作物产量和质量。 通过数据分析和算法优化,可以实现智能化农业管理,降低劳动成本,提升农业生产效率。 此外,该系统还能够远程监控和控制,使农民能够随时随地了解土壤情况,及时采取措施,从而减少资源浪费和环境污染。 通过该系统收集的大量数据可以用于决策支持和精准农业实践,为农业生产提供科学依据。同时,该系统的应用也有助于推动农业现代化进程,提升农业产业的竞争力和可持续发展能力。 在环境保护方面,通过监控土壤状况,可以有效预防土壤退化和污染,保护农田生态环境,促进农业可持续发展,推动农业智能化技术的应用和发展。 通过整合传感器技术、物联网技术和数据分析算法,该系统能够实现土壤监测的自动化和智能化,为农民提供更便捷、高效的农业生产解决方案。 这种智能化技术的应用不仅可以提升农业生产效率,还能够改善农民的工作条件,减轻其劳动强度,促进农业生产方式的转型升级。

二.主要元器件选择

使系统能够实时监测土壤的湿度、温度等关键参数,帮助农民精准浇水、施肥,提高农作物产量和质量。 通过数据分析和算法优化,可以实现智能化农业管理,降低劳动成本,提升农业生产效率。 此外,该系统还能够远程监控和控制,使农民能够随时随地了解土壤情况,及时采取措施,从而减少资源浪费和环境污染。 通过该系统收集的大量数据可以用于决策支持和精准农业实践,为农业生产提供科学依据。同时,该系统的应用也有助于推动农业现代化进程,提升农业产业的竞争力和可持续发展能力。 在环境保护方面,通过监控土壤状况,可以有效预防土壤退化和污染,保护农田生态环境,促进农业可持续发展,推动农业智能化技术的应用和发展。 通过整合传感器技术、物联网技术和数据分析算法,该系统能够实现土壤监测的自动化和智能化,为农民提供更便捷、高效的农业生产解决方案。 这种智能化技术的应用不仅可以提升农业生产效率,还能够改善农民的工作条件,减轻其劳动强度,促进农业生产方式的转型升级。

   1.STM32f103c8t6

使系统能够实时监测土壤的湿度、温度等关键参数,帮助农民精准浇水、施肥,提高农作物产量和质量。 通过数据分析和算法优化,可以实现智能化农业管理,降低劳动成本,提升农业生产效率。 此外,该系统还能够远程监控和控制,使农民能够随时随地了解土壤情况,及时采取措施,从而减少资源浪费和环境污染。 通过该系统收集的大量数据可以用于决策支持和精准农业实践,为农业生产提供科学依据。同时,该系统的应用也有助于推动农业现代化进程,提升农业产业的竞争力和可持续发展能力。 在环境保护方面,通过监控土壤状况,可以有效预防土壤退化和污染,保护农田生态环境,促进农业可持续发展,推动农业智能化技术的应用和发展。 通过整合传感器技术、物联网技术和数据分析算法,该系统能够实现土壤监测的自动化和智能化,为农民提供更便捷、高效的农业生产解决方案。 这种智能化技术的应用不仅可以提升农业生产效率,还能够改善农民的工作条件,减轻其劳动强度,促进农业生产方式的转型升级。

STM32f103c8t6

   2.MAX3485

MAX3485是一款半双工的RS-485收发器,具有以下特点和优势: 供电电压:支持3.0V至5.0V的供电电压范围,适用于3.3V的电源系统。 数据传输速率:最高可达10Mbps,适合高速数据传输应用。 负载能力:具有1/8单位负载,支持多达256个器件连接在同一通信总线上,适合于多节点应用。 保护功能:包括失效安全、过温保护、限流保护、过压保护等功能,提高设备的可靠性和安全性。 低功耗:具有低功耗关断功能,进一步降低设备的能耗。 抗噪能力:具有较强的抗干扰能力,适用于电磁干扰(EMI)敏感的应用场景。 封装类型:提供SOP-8、DIP-8和MSOP-8等封装类型,满足不同应用需求。 与MAX485相比,MAX3485具有更高的驱动能力和更低的功耗,适合于需要高速数据传输和低功耗的应用场景。然而,MAX485具有更长的传输距离和更通用的接口,适用于远距离通信以及多点通信应用。 MAX3485的引脚定义包括RO(接收器输出端)等,允许用户根据需要连接其他485模块实现通信。此外,MAX3485还具有增强型静电保护功能,所有发送器输出和接收器输入均具有±15KV的保护能力,进一步提高设备的耐用性和稳定性。

MAX3483

   3.HC05

HC-05是一款基于Bluetooth Specification V2.0 带EDR蓝牙协议的串口通信模块,工作在2.4GHz ISM频段,采用GFSK调制方式。它具有两种工作模式:命令响应工作模式和自动连接工作模式, 在自动连接工作模式下模块又可分为主(Master)、从(Slave)和回环(Loopback)三种工作角色。 HC-05的物理特性包括一个板载PCB天线,能够实现在10米距离内的通信。 模块的最大发射功率为4dBm,接收灵敏度为-85dBm。它拥有6个引脚,分别是VCC(3.3-6V)、GND、TX、RX、AT、State。 HC-05模块可以通过TTL电平标准的串口与任何具有蓝牙功能的设备如电脑、手机、PDA等配对。 它允许微控制器或其他设备通过蓝牙进行无线通信,实现双向(全双工)无线功能。 在使用时,HC-05可以通过AT指令进行配置,用户可以通过串口助手发送AT指令来设置模块的参数或执行命令。 例如,AT+ROLE可以设置模块的工作模式(主模式、从模式或回环模式),AT+RESET用于复位模块,AT+ORGL用于恢复模块到出厂设置。

HC05

三.功能测试

   1.数据测试

监测土壤的湿度、温度、氮磷钾等关键参数,帮助农民精准浇水、施肥,提高农作物产量和质量。

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   2.湿度报警测试

保护功能:监测土壤的湿度是否过高,提高土壤检测可靠性和安全性。

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四.个人简历

   1.教育经历

     2020.09-2023.06 陕西理工大学 计算机科学与技术专业(本科)
     主修课程: 计算机科学概论,程序设计基础,数据结构,数字电路技术,计算机组成原理,计算机网络原理,数据库原理与应用,编译原理,Python编程技术,计算机系统结构,软件工程,操作系统;
     毕业论文: 基于STM32的土壤检测系统设计与实现

   2.校园经历

     (1)在学校曾担任过过学生会成员,具有较强的责任意识,有一定的组织和管理能力;
     (2)大学学习期间认真学习了学校设置的各类基础课和专业课,并且顺利通过英语四级;
     (3)大三暑假在千峰互联科技股份有限公司实习,学习了python数据分析的相关知识;

   3.自我评价

     大学生活即将结束,回顾这几年,收获是多方面的:专业知识得到了极大的丰富,学习、工作、处世能力得到了很好的培养,思想政治素质得到了很大的提高, 同时也提高了思考问题的能力、丰富了自身的人生经验等。本人在生活方面,能吃苦耐劳,对生活充满激情,乐与助人,有较强的适应能力; 在工作方面,为人诚恳、做事仔细认真,责任心强。对自己要求严格,学习能力较强,而且能自觉遵守公司的各项规章制度,时间观念强,具备优秀的职业素养,具有高度的责任心和良好的团队协作精神。

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