[176]-基于STM32+华为云设计的智慧农业灌溉系统.pdf_智慧农业灌溉系统设计资源-CSDN文库

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一、设计需求

【1】项目背景

在生活智能化要求下，作为人类所从事的最持久的行业，也是人类社会文明基础的农业，并没有死气沉

沉的，相反发展得如火如荼，智慧农业已经智能化时代的重要组成部分。智能农业充分利用了现代通信

技术和电子电力技术，将各种传感器和控制模块有效连接，实现农业智能养护系统，在农业种植中的许

多方面发挥着十分关键的作用，如种子检测、智能种植、作物检测、生长环境的改变和保持等。而智慧

农业灌溉系统正是实现农业智能化的一个很好的实物载体。智慧农业灌溉系统能够通过各类环境监测传

感器及无线传感器实现对植物生长环境的实时监控及数据传输，前期运用计算机将植物的生长状况、土

壤温湿度、光照强度等收集起来，得出最佳的自适应植物生长环境条件导入系统，通过与实时数据的对

比，使系统能够自主实现改变植物生长环境的功能，将环境保持在最佳的最合适的状态，从而提高农作

物的产量，进而提高我国农民的生活品质，为我国农业现代化做出突出贡献。

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【2】需求总结

智慧农业灌溉系统需求功能如下：

(1）温湿度传感器：主要对温室大棚中农作物环境进行温湿度监控，把数据传到控制系统，由控制系统

传到LCD显示屏上显示出来。

(2) 光敏电阻传感器：工作过程主要通过对温室大棚中的农作物环境光照强度进行监控采集数据，把数

据传到控制系统后，再从控制系统的数据传到显示屏上显示出来。

(3）土壤湿度传感器：工作过程对温室大棚中的农作物生长环境的土壤湿度进行监控采集数据，把数据

传到控制系统中，再从控制系统中的数据传到显示屏上显示出来。

(4) LCD显示屏：主要用来将温湿度、光照强度以及土壤湿度传感器中的数据显示出来。

(5) 蜂鸣器模块：主要对温湿度、土壤湿度、光照强度等传感器的采集数据是否高过或低于上限、下限

值时蜂鸣器报警等功能，并提醒用户。

(6) 继电器模块：主要通过把温湿度、土壤湿度传感器中的温湿度过高时或过低时，把温湿度转换成电

信号，使通风、水泵启动等功能。

(7）通风系统：当温室大棚中环境温度过高时，通风系统启动对室内进行通风，使温度降下到设定值内

通风系统关闭停止工作。

(8）水泵系统：当土壤湿度传感器检测土壤湿度低于下限值时，水泵系统开启进行浇水灌溉，当土壤湿

度到达土壤湿度传感器上下限内，水泵系统关闭停止工作。

(9) WlFI模块：通过控制系统数据处理之后传输给外网，手机APP主要用来接收传来的数据显示出来。

(10）上位机模块：设计Android手机APP，远程监控各个传感器的采集数据工作情况，执行硬件工作状

态，也可以通过手机和云平台切换手动以及自动控制模式，对传感器设置上下限值。

（11）按键模块：能切换模式，手动开关散热风扇、开关灌溉系统。

（12）物联网云平台采用华为云物联网云平台，智慧农业灌溉设备通过WIFI连接物联网云平台，完成数

据下发上传。

项目的框架图：

系统，这系统能够有效地结合各类农作物的管理内容，利用传感器所接收的信号对系统的各项功能进行

管理，实现最优质这一高效的方式对温室内农作物的生长进行管理。以色列通过计算机设备对温度环境

进行管理，并建立科学的温室构造，配备优质的环境调节、天窗以及幕帘等，对温湿度、光照效果、气

体环境进行有效控制。并且将中的控制器与管理室内的中央电脑进行远程连接，提高温室管理的便捷

性，更精准的对灌溉施肥系统进行控制，提升对于肥料与水资源的利用效果。加拿大的农业利用计算机

软件来辅助温室调节，收集农作物去过程中的信息，并展开及时的处理研究，进行针对性的优化，实现

对于成本的控制，降低农药的投入，提升生产效益。总而言之，相较于我国，国外对于自动化温室生产

技术研究时间更早，已经具备良好的发展效果。如今，科技水平逐渐提高，通过在温室智能发展中运用

现代监控、数据传输以及远程管理等技术，能够大幅度提升温室控制系统的智能化效果。同时有众多学

者不断提出各类新兴的控制理念来优化对温室环境的管理效果。随着科技的发展，基于计算机技术的智

慧农业灌溉系统，已经正式进入了智能化、自动化的发展时代。

国内对于农业的研究已经有了极为悠久的历史，早在两千多年前，我国古代人就已经开始研究一些农作

物与栽培技术。上个世纪30年代时，国内北方就已经在冬季时研究通过简单的塑料大棚方式进行农作物

种植，然而，这样搭建的温室环境，其中所构建的条件难以支撑一些喜温植物的正常生长。直到后来，

国内农业科研人员开始在温室管控的领域内运用计算机技术，探究如何能够更好地控制温室环境中的温

湿度、阳光等因素。在1982年，我国农业科学研究院正式成立了，是国内首个农业计算机研究部门，开

始在温室条件的管理工作当中正式运用计算机技术，从这时开始，国内正式开始了对于温室条件管理系

统的研究与发展。到了90年代，国内研究人员结合当时的具体国情以及现有的温室技术，展开对于符合

国内温室条件管理系统的研发，由农机化研究院开发出了当时的全新温室智能管理系统。到了21世纪，

随着科学技术的飞速提升，我国的温室智能调控技术又实现了进一步的提升。但是，因为大多数的控制

系统通常基于单片机系统进行工作，因此导致人机交互界面操作不够人性化，未经过专项培训的使用者

无法灵活运用，使得智能管理模式没有得到有效运用，没有发挥应有的作用。从整体角度进行分析，国

内温室环境管理系统的智能化水平较发达国家而言还有一些落后，并与那些国际一线的温室控制技术有

着不小的距离。所以，有关研究人员应当积极学习国外先进技术，不断结合国内农业的实际发展状况，

研发与国情相符的温室智能调控系统，并将其有效的运用在现代农业发展当中。如今，在农工业技术与

科技技术不断提升的背景下，温室管理系统也逐渐向着智能化、自动化、高性能、低成本的趋势进步。

温室内的温湿度、光照、CO2浓度等条件之间具有极强的关联性，其中任意因子的改变，都会对剩余环

境因素带来干扰，因此，单因子的控制模式无法高效的对温室内环境条件进行管理，因此，对于温室环

境控制系统管理模式应当从单因子管理模式向多因子控制模式进行转变，有效提升对于温室内各项因素

的均衡控制效果。但是，多因子控制模式虽然具有极大的运用空间，但凭当下的技术手段难以实现多因

子的控制效果[1]。

在计算机技术不断发展的背景下，温室管理系统的智能化水准也在逐渐提升，从以往对于单项因素的收

集分析，逐渐转变为专家系统的优质控制模式。因为温室条件的管理工作极为繁琐，会涉及到众多变

量、强关联性、干扰性以及非线性的繁琐系统，很难建立与其相关的数学模型，所以也就无法通过常见

的管理方式进行调控。在国外重视温室研究的发达国家中，在智能温室管理系统的研究中运用模糊控

制、神经网络控制等高级算法，使得温室环境的控制效果變得更加智能化。

随着信息技术的发展，如今社会中的网络化，信息化发展水平也在不断提高。所以，结合时代的发展，

在温室环境调控系统中运用互联网信息技术也是一项必然的趋势，在现代测控技术、互联网技术、WiFi

技术飞速发展的背景下，温室条件管理系统也必然会朝着多因子、开放性以及全面性的趋势进步。

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【5】开发工具的选择

上位机的开发选择Qt框架，编程语言采用C++；Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形

用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务

器。Qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器(Meta Object Compiler,

moc)）以及一些宏，Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。Qt能轻松创建具有原生C++性能的连接

设备、用户界面（UI）和应用程序。它功能强大且结构紧凑，拥有直观的工具和库。

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2024-12-10

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DS小龙哥

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