基于STM32的智能灌溉系统的设计

张禹

摘要：21世纪物联网，通信，自动化控制，大数据等高新技术快速发展，对农业的生产实际发展带来巨大的冲击，农业系统实施智慧检测，自动化控制将成为现代未来的农业发展趋势。可编程控制PLC因其处理信息的系统丰富及储存信息的内部器件的稳定在工农业控制领域有着广阔的应用市场，将PLC应用于智慧农业的发展将是一个很好的发展趋势。本文阐述了系统的通信，远程控制的操作，分析PLC的三菱通信协议及指令系统，为STM32仿PLC的实现奠定基础。

关键词：自动化PLCSTM32

1.国内外智慧农业STM32研究现状

国家“十三五”规划提出，要走农业现代化道路，提高农业技术装备和信息化水平，我国政府部门高度重视现代化的发展，国家政策对农业的大力支持，加之物联网，通信等技术的日渐成熟，物联网在传统农业的领域的应用越来越广泛。农业是物联网技术的重点应用领域之一，也是物联网技术迫切需要的。目前，远程监测系统，无线传感器监测，二维码等技术已经越来越成熟。这些技术应用于我国的智慧农业的现代化生产中，提升了农产品的附加值，加快了我国智慧农业的建设步伐，提高了农业生产的管理效率，日本政府高度重视农业物联网的发展。

2.系统的设计及技术选择

本系统的核心是实现STM32仿PLC的功能，三菱的指令系统在国内是被研究的比较深入的指令系统，三菱PLC比较简单，主要有以下几方面：1它的通讯协议比较简单，大约只有4-5个指令；2通讯命令采用绝对地址的方式，很容易被推测出其的内部清晰结构。所以我们采用仿三菱FX2NPLC。

2.1三菱PLC概述

三菱PLC是三菱电机在大连生产的主要产品，三菱PLC在中国广泛市场中常见的有以下型号:FR-FXIN,FR-FXIS,FR-FX3N,FR-FX3U,FR-AFR-Q等。

2.2STM32芯片通路设计

系统主控的芯片我们选择的是STM32,同时系统因为选择了STM32它的强大的功能，设计也是相当的方便，对于STM32芯片，只需要一个接口数据通信与于STM32就行了，为了节省线路板的空间的大小，通过串口进行程序下载。STM32仿PLC实际运行是芯片是闪存启动（BOOT0管脚低）。在电路中为了实现这个BOOT0管脚高低的问题采用了跳线帽，下载程序时STM32仿PLC的PA9连RS232的RXD,PA10连TXD,GND连GND,为了布线方便，STM32仿PLC的VCC,BOOT0用跳线帽连接起来，程序正常运行时，STM32仿PLC的PA9,PA10和STM32的PC11,PC10相连的是利用了跳线帽来使管脚拉低。

3.智能灌溉系统的主要模块设计

3.1控制模块电路的设计

CC2530为主控的芯片为这个系统的控制器的主要芯片，利用无线网路和边缘网关通信，24V的工业电源从P3端子引入24V电源为控制器供电。外部24V电源接在P1端子，给整个系统供电。P2端子接入的电源转化24V通过电路的元件作用。

四路光耦输出（四路开关量的输出对应着一个控制器）充分的体现在电路设计中，和输出电路在配合继电器，然后根据控制设备的开关的状态来反映继电器的开关状态。

3.2采集器模块电路的设计

CC2530主控芯片为采集的主要芯片，利用无线网络进行通信，这个和控制模块的大致相同。也是从外部接入24V工业电源。3.3V的电源也可以稳定的输出，这24V电源给芯片，光照强度传感器，土壤湿度，土壤温度数据传感器供电，ADC

采集通道为CC2530的P00,P04,P01,P06的引脚。分别采集光照，土壤湿度，土壤温度，空气湿温度数据值（一个采集对应5个数据值）。

3.3系统电源设计

实际应用中，系统采用24V工业电源，但系统主控芯片及大多数传感器是在3．3V电压下工作，因而在电路设计中需要进行电压转换。本系统电压转换采用美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片LM2576HV。LM2576HVl63]因本身含有的52kHz固定频率振荡器和1．23V基)隹稳压器，而在电流限制方面比较完善，同时具有热关断保护功能。LM2576HV最大输入电压达60V：输出电压有3．3V，5V，12V，15V及可调电压几个版本。本系统采用24V作为LM2576HV的输入电压，输出为12V电压。

4.系统软件设计和实现

4.1可编程控制的设计

为了实现修改地址的值和读取PLC内部的某地址的值，将仿照于PLC的STM32芯片同样的是可以实现的。前面叙述到了三菱仿PLC。三菱PLC的梯形图是能够写入STM32中的。所以在本系统中网关模块与有着五个数据值的32个采集器和五个数据值的32个控制器相互连接（最多），四路的开关量值由着每个控制器控制着。系统中的设置的每路手动/自动标志是为了实现系统的自动控制，上限值，下限值，上上限值，下下限值是传感器的每个数据值。

4.2STM32芯片中PLC指令的实现

STM32要与PLC的功能相互实现必须得遵循三菱的协议和它的指令系统。ASC11码进行数据传输的是三菱通信协议的主要方式。所以我们必须要对接收到的STM32数据进行换算成十六进制的，然后在执行响应的接收命令码的执行。读取STM32某处的值及修改某处的值就可以同过三菱的通信协议实现了。而我们的将梯形图PLC指令转换成指令字节码的形式，利用指针推移查询，根据指针所指向变量值的前2位判断指令字节码的命令，从而执行相应的操作。所以，PLC上的功能能够在STM32上实现了基本上。STM32就可以收集数据值然后处理掉收集来的数据然后在运算这些指令然后在发出执行的指令。

参考文献：

[1]周国民.浅议智慧农业[J].农业网络信息,2009(10):5-7.

[2]杨大蓉.中国智慧农业产业发展策略[J].江苏农业科学,2014,42(4):l-2．

[3]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2017,4.

[4]栾朋.基于嵌入式ARM的PLC设计与实现[D].辽宁：沈阳理工大学,2013.