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农业大棚环境监测系统的设计与实现

来源:伴沃教育
Microcomputer Applications Vo1.34,No.8,2018 文章编号:1007—757X(2018)08-0024—03 基金项目 微型电脑应用2018年第34卷第8期 农业大棚环境监测系统的设计与实现 张少凤 (宝鸡职业技术学院,宝鸡721000) 摘 要:“互联网+”正在改变人们的传统生产方式,将农业大棚与互联网结合,对大棚内的温湿度进行实时监测,数据传输和 检测的速度快、数据采集的精准度高。系统通过温湿度传感器采集温度和湿度的相关数据,STM32单片机处理数据,在硬件 模块显示数据,并通过蓝牙与APP进行数据交互,当检测到当前温度值高于预设温度值时,APP发出警报,以便相关人员通 过APP发送指令,启动风扇,对发生的高温现象进行相应及时的处理。 关键词:温湿度传感器;单片机;APP 中图分类号:TP311 文献标志码:A Design and Realization of Environmental Monitoring System for Agricultural Greenhouse ZHANG Shao—feng (Baoji Vocational and Technical College,Baoji 721000) Abstract:”Internet+”is changing the way of traditional production,the agricultural greenhouses and the Internet are com bined tO monitor timely the temperature and humidity in the greenhouse.Data acquisition,transmission and detection are spee ded up with high precision.The system collects the relevant data of temperature and humidity from sensors,and STM3 2 MCU processes data,displays data in the hardware module,and exchanges data via bluetooth and APP.When the detected current temperature value is higher than the preset temperature value,the APP issues a warning,SO that the relevant personnel starts fan through the APP instruction,tO treat timely high temperature phenomenon. Key words:Temperature and humidity sensors;SCM;APP 0 引言 在科技发展迅猛的今天,我国农村地区的传统农业面临 转型升级。传统大棚在面临棚内温度过高时,高温引起蒸发 量大增,会造成果蔬等农产品局部温度过高而影响农产品出 本设计采用单片机、温湿度传感器和APP相结合的设 计方式,传感器实时采集温湿度,把温湿度数据进行数模转 换,然后将转换好的数据发送给单片机,在硬件模块的屏幕 上进行显示,并通过蓝牙模块与APP交互,当温度超过预先 设定值时,APP发出警示,工作人员通过APP发送指令,打 开风扇,当温度低于预先设定值后可以选择关闭风扇 ]。 售。并且一般的农产品适应温度最高为34℃,如果高于这个 温度,会促成叶螨的适合大量繁殖的条件,蔬菜出现叶螨时, 叶片会发生卷曲的现象,影响蔬菜正常的生长,甚至会造成 其停止发育,从而导致蔬菜的大量减产 所以解决棚内温度 过高要从农业大棚的环境实时监测做起,做到监测并报警, 提醒工作人员做出处理,及时采取通风透气等措施来避免灾 害的发生 。 l 开发环境 1.1 Keil u Keil是兼容c语言的开发工具,提供包括c编译器、库 管理、仿真调试器等为一体的开发方案,通过集成开发环境 将其组合在一起。因为该系统将采用STM32,所以选择了 支持ARM芯片的Keil Vision5的开发工具。Keil5的开发 界面,如图1所示。 1.2 Eclipse “农业大棚环境监测系统的设计与实现”体现了智慧农 业理念在生产环境监测方面的应用。基于移动端的开发,无 线通信技术的应用,以及大棚环境监测平台的搭建,通过大 量的传感器节点采集大棚内的信息,帮助管理人员及时发现 问题,通知并处理,指导农民高效、方便的生产。由此,将只 依靠人工经验的农业生产逐步转变为结合物联网的现代化 生产模式,从而,通过大量的使用智能的机械化、自动化设 备,提高农业生产率,降低劳动成本_2]。 基金项目:陕西省教育厅2017年专项科学研究计划(1 7JKO911) 系统采用Eclipse作为移动端软件开发的工具,Eclipse 是一种可扩展的开放源代码的IDE,具备免费、纯Java语言 编写、免安装、扩展性强等特点。 作者简介:张少凤(1983一),女,宝鸡人,研究生,讲师,研究方向:数学与应用数学 · 24 · Microcomputer Applications Vo1.34,No.8,2018 基金项目 fengshan一1: while(1) 微型电脑应用2018年第34卷第8期 ( if(DHT11ReadData())//是否读取到温湿度 ”, { sprintf(dis0,”Temp:M02dCDH: O2d 图1 Keil 5开发界面 (u16)DHT11.TemH,(u16)DHT11.HumH);// 打印温湿度 2 系统设计 显示 Lcd~Puts(0,1,(unsigned char*)dis0);//I CD 农业大棚环境监测系统是可以采集大棚内的温度和湿 度信息,通预设值比和蓝牙模块对管理人员进行预警,再处 理的装置。本设计由基本电路和移动端组成。基本电路分 为:温湿度检测采集电路、单片机控制处理电路、LCD1602显 示电路等。 温湿度传感器可以将所处环境中的温度、湿度信息进行 采集并发送给单片机,在LCD上显示的同时,单片机会分析 处理得到的数据,判断数据是否大于预设值,如果大于预设 值,通过蓝牙模块向移动端的APP发送提示信息,管理员通 过APP打开或关闭风扇。设计分为6个模块,包括温湿度 采集模块、sTM32单片机模块、LCD显示模块、蓝牙模块、 APP模块和风扇控制模块。STM32单片机为核心数据处理 层,其他部分配合单片机完成功能,如图2所示。 Lcd 1Put(7,1,0xdf); printf(dis0); printf(”\n”); if(DHT11.TemH>34)//温度>34。 printf(”Temp High\n”);//发送温度过高 else printf(”Temp Normal\n”);//发送温度正常 delayms(800);//延时 —) ) (2)STM32F1O3C8T6核心板 单片机作为本设计的核心部分主要有四个功能,接收传 感器传送的温湿度数据;将温湿度在LCD上显示;通过蓝牙 模块发送数据;通过蓝牙模块接收到的数据控制风扇。根据 本次系统设计的要求,采用STM32F1O3C8T6单片机 。 (3)LCD1602 LCD1602是一种工业字符液晶,最多可以一次显示16 图2农业大棚环境监测系统结构 *02(即32)个字符,是专门用来显示数字、字母、标点符号等 多种字符的点阵型液晶显示模块本系统的液晶显示模块,将 温湿度传感器采集到的数据,通过由STM32单片机对接收 到的数据处理后,通过LCD1602显示IS]。 (4)蓝牙模块 根据系统需求,选用HC一06作为蓝牙模块,引脚接口主 要包括RXD、TXD、GND、VCC。可以连接各种型号的单片 机(51、ARM、STM32),并且可以与带有蓝牙功能的手机、电 2.1硬件设计 系统设计中使用到了温湿度传感器、单片机、液晶显示 屏、蓝牙、风扇等硬件。 (1)DHl1温湿度传感器 温湿度传感器是一种将温湿度信号转换为电信号的传 感器。它将采集到的温湿度转化为电信号,再由数模电路将 温湿度的电信号转化为单片机可识别的数字信号。选择温 湿度传感器主要是为了其是否能够适应监测环境的温度要 求、温湿度范围的大小和精度的要求,本系统采用DH11温 湿度传感器_4]。该部分的主要代码如下。 uart—脑等设备通信 。 (5)风扇 风扇作为本设计的控制模块。在接收到相关指令时,单 片机通过三极管驱动,控制风扇打开或关闭。部分代码 如下。 void USART1IRQHandler(void) init(9600);//蓝牙初始化 包含开启中断 一—TIM3IntInit(499,7199);//50 ms LED——Ink();// 风扇初始化 LcdGPIOinit(); LedInit(); —{ u8 Res; delayms(20); —#ifdef 0S TICKS PER SEC 0SlntEnter(); sprintf(disl,”My designer!”); Lcd Puts(0,0,(u8*)dis1); · 25 · #endif Microcomputer Applications Vo1.34.No.8,2018 if(USARTGetlTStatus(USART1,USARTITRX ———攮金项日 昕示。 微型电脑应用2018年第34卷第8期 NE)!一RESET)//接收中断 Res—USART ReeeiveData(USART1);//获取 PP发来的数据 if(Ras== 0) {fengshan一0;}//打开风扇 else if(ReF,==e) {fengshan=1;)//关闭风扇 #ifdef OSTICKSPERSEC —OSIntExit(); #endif 网3 主界面 图4点击连接按钮图5蓝牙连接成功 2.2软件设计 Temp:28CDH:81 Temp NormaI Temp' ̄CDN:84 Temp High Ten ̄:3SCDH:8t Temp High Temp;31 C OH:84 系统软件设计主要包括部分代码控制硬件,和APP设 计代码。根据代码量现将APP主要功能加以介绍。 (1)进入APP的主界面,如图3所示。 Tempiqotmal Temp:34COH:84 Temg Norm=l Ten,O:38C DH.B1 Tem0 High Teri ̄:35C DH82 Temp:38CDH:83 Te.TIpH h T毫啪34CDH:84 Tect ̄Normat Temp:35CDH:83 Temp High Ten ̄:36CDH:83 Temp High Tefr' ̄:35CDH:83 Ttmlg High Temp:35 C DH:83 TempHigh TemD:35C DH:81 (2)点击连接按钮后,如图4所示。 (3)当手机接收到“Temp High”温度过高的提醒后,点 击open按钮打开风扇,点击close按钮关闭风扇¨7 ,如图5、 图6所示。 TempHigh Temp:36C OH:St Temp High Ten ̄:35C DH:81 Temp High Terng:38CDH:81 Temp High Temp:3gCDH8l Temp High Temp:35 C DH:83 Temp High Temp:35 C OH:83 Temp High Temp:35 C DH:83 Temp High Temp 37CDH:82 Temp Htgh TernS:36C DH:78 Temp High TernS:35C DH 78 Temp High Temp:35C DH 78 Teff ̄High 3 测试用例 农业大棚环境监测系统的设计与实现主要完成了接收 数据、显示数据、发送数据、蓝牙连接等功能。该系统的测试 用例,从测试的结果来看与期望的结果完全相同,如表1 close open 断开 IFr ̄F 表1 系统测试用仍 在代码编写的过程中只能发现语法部分的错误,而测试 是在程序成功运行后,通过不同的操作方式,发现漏洞。只 用通过测试发现代码细节部分存在的问题,并加以修改。才 能使程序更具有健壮性。满足系统功能需求的同时。 4 总结 本次设计主要由单片机、温湿度传感器、LCD液晶屏、蓝 牙、风扇、APP构成。系统的优势包括:传感器具有长期稳定 工作、对其他因素有耐受性等优良特性;STM32F103C8T6 (下转第29页) · 26 · Microcomputer Applications Vo1.34,No.8,2018 3.4网络传输 基金项目 微型电脑应用2018年第34卷第8期 网络压缩非同步厂]…旅游景观全景视频展示系统采用c/s模式,其中服务端 与客户端之间的信息传递采用Socket技术来实现。Socket 技术支持多种协议,提供数据发送以及接收机制。服务器调 用socket()来建立套接字,调用bind()函数进行绑定,然后 _多 路视频I 解码fI= 视频I多路1同 步卜l 多路视频I 全成卜 展示 I l 图5全景展示处理流程 解压非同步厂]解压且同步厂]r一 调用listen()函数进行监听。客户端同样调用socket()函数 建立连接套接字,然后调用connct()函数向服务端发送连接 请求,在服务端应答之后建立连接,然后通过send()和recv ()函数实现数据的发送以及接收,最后两端都可以调用 closesocket()函数来关闭连接。其工作流程,如图4所示。 服务端 图6 回放以及实时流程图 4 总结 全景视频覆盖的视野范围非常广,交互性好,可以让观 看者沉浸其中,三维立体的进行欣赏。将全景视频用于旅游 景观的展示,可以破除传统视频的视野范围窄,交互性弱的 缺陷,本文给出的基于c/s结构模式的旅游景观全景视频展 示系统从全景视频拼接、网络传输、全景展示几个方面分别 进行了详细的阐述,以期设计出实时、准确、交互性好的展示 系统,为旅游景观的展示提供强大助力。 ]参考文献 [1] 郑嘉利,覃团发.基于仿射运动估计的旅游景观全景视 频系统[J].广西大学学报(自然科学版),2O10(10): 图4 socket套接字调用时序图 817—82O. [2] 史梦迪,杨勤,王拓,等.基于三维全景展示技术的智慧 3.5全景展示流程 旅游移动端应用设计研究[J].艺术与设计(理论), 2O15(10):99-10i. 全景展示作为c/s模式中的客户端,主要负责接收从网 络传输过来的服务器的视频以及相关信息,并展示出来供使 用者查看,具体工作流程,如图5所示。 其中,全景展示分为实时与回放两个方面,工作流程,如 图6所示。 [3] 郭长青,曹芳.三维全景技术在旅游景区介绍中的应用 [J].地理空间信息,2009(2):46—48. (收稿日期:2O18.o2.02) (上接第26页) 具备高性能、低成本、低功耗等特点;开发板的代码采用C语 言编写,代码执行效率高,代码占用空间小;移动APP利用 自身优势,对数据随时查看并控制风扇的开闭。 卑璐璐.无线温湿度监测系统设计[D].葫芦岛市辽宁 工程技术大学,2008. 倪天龙.单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用 本次系统设计也存在一些有待改进的问题,比如环境监 测的范围有限。空间过大的大棚就会出现监测不及时等问 -IJ].单片机与嵌入式系统应用,2010(6):6O一62. 杨伟,肖义平.基于STM32F1O3C8T6单片机的LCD 题。后期需要完善的地方,比如加入多个传感器分布在仓库 的各个角落,把他们进行组网操作。这样就能实现对各个角 落的数据精准采集。 显示系统设计[J].微型机与应用,2014(20):29—31 +34. 张群,杨絮,张正言,等.蓝牙模块串口通信的设计与实 参考文献 [1] 高立艾,刘少博,李丽华.基于物联网技术的温室土壤 环境监测系统的设计[J].节水灌溉,2012(10):72—74. [2]何勇,聂鹏程,刘飞.农业物联网与传感仪器研究进展 [J].农业机械学报,2O13(10):216-226. · 现[J].实验室研究与探索,2012(3):79—82. 郑昊.基于Arduino/Android的蓝牙通信系统设计与 实现[D].武汉:湖北大学,2012. 郭霖.第一行代码Android[M].北京:人民邮电出版 社,2014(8). (收稿日期:2018.02.01) 29 · 

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