Arduino平臺(tái)下植物狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。Abstract 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 I 1 2 2 2 2 2 3 3 3 32.3.1關(guān)鍵字 42.3.2語(yǔ)法符號(hào) 42.3.3運(yùn)算符 42.3.4數(shù)據(jù)類型 52.3.5常量 52.3.6結(jié)構(gòu) 52.3.7功能 6 6 7 73.1.2通信接口 83.1.3下載程序 83.1.4注意要點(diǎn) 8 83.3開(kāi)發(fā)環(huán)境 4.1設(shè)計(jì)思路 .4.2設(shè)計(jì)步驟 4.2.1設(shè)置網(wǎng)絡(luò) 4.2.4處理分析結(jié)果 4.2.5設(shè)置預(yù)警 4.2.6與用戶交互 6.1設(shè)計(jì)目的 6.2.1網(wǎng)絡(luò)連接 6.3.1編譯程序 7運(yùn)行環(huán)境與結(jié)論 7.1硬件環(huán)境 7.3運(yùn)行環(huán)境 7.4運(yùn)行結(jié)果 存在的問(wèn)題和不足 總結(jié) 前言種型號(hào)的Arduino板）和軟件（ArduinoIDE)。它是一個(gè)基于開(kāi)放原始碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開(kāi)放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java、C語(yǔ)言的Processing/Wiring開(kāi)發(fā)環(huán)境。Arduino包含兩個(gè)主要的部分：硬件部分是可以用來(lái)做電路連接的Arduino電路板；另外一個(gè)則是ArduinoIDE，你的計(jì)算機(jī)中的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。你只要在IDE中編寫(xiě)程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會(huì)告訴Arduino電路板要做些什么了。隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展逐漸觸及社會(huì)的每一個(gè)角落。不論在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與個(gè)人生活中都可以用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讓其變得更好。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和個(gè)土壤濕度是植物生長(zhǎng)狀態(tài)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。例如郁金香的生長(zhǎng)期適溫為5-20℃,最佳溫度為15-18℃,植株的生育溫度應(yīng)保持在0-25℃。郁金香根系的生長(zhǎng)溫度宜在5℃以上，14℃以下，尤為10℃左右最佳?；ㄑ糠只倪m溫為17-23℃,超的低溫，當(dāng)溫度保持在8℃以上時(shí)開(kāi)始生長(zhǎng)。本系統(tǒng)主要是完成了對(duì)土壤濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)所需RH圍與實(shí)際RH數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和與用戶的交互。1.1單片機(jī)定義），），是中央處理器，存儲(chǔ)器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器），所有的輸入和輸出接口都集成在集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。1.2單片機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)之間的異同計(jì)算機(jī)工程有以下幾部分組成：中央處理單元（CPU運(yùn)行，控制）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只讀存儲(chǔ)器（ROM輸入/輸出設(shè)備I/O（串行和并行輸出端口等）。在個(gè)人電腦（PC）這些部分被分成幾片，安裝在印刷電路板稱為主板上。在供應(yīng)鏈管理中，這些都是一塊集成電路芯片的一和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）等。計(jì)算機(jī)在高端應(yīng)用，中低端單片機(jī)的應(yīng)用，兩者都有各自的生活空間，至少在短期會(huì)有一個(gè)替代的另一種情況。1.3單片機(jī)的功能理器的冰箱的溫度？關(guān)鍵是看是否足夠，是否有良好的性能價(jià)格比。如果冰箱需要處理核心的溫度控制，價(jià)格價(jià)格。單片機(jī)控制，常用于工業(yè)生產(chǎn)和生活有關(guān)的程序和控制（如：電子琴，冰箱，空調(diào)和其他情報(bào)）。1.4單視圖這是一個(gè)atmega328pPU微控制器，8位處理器，基于20MHz頻率AVR指令圖1-1Atmega328P-PU單片機(jī)2Arduino的基本組成Arduino，是一個(gè)開(kāi)放源代碼的計(jì)算機(jī)控制器，基于開(kāi)放源和軟件平臺(tái)，基于開(kāi)放源代碼的簡(jiǎn)單接口的I/O版本，并有一個(gè)類似的Java，C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，處理/接線。2.2Arduino的誕生2005冬，馬西莫Banzi和戴維Cuartielles討論學(xué)生抱怨微控制器問(wèn)題缺設(shè)計(jì)學(xué)生的編程語(yǔ)言。兩天后，戴維Mellis.寫(xiě)代碼。三天以后，董事會(huì)是完整的。電路板被命名為Arduino。隨后Banzi，Cuartielles，和Mellis把原理圖在線。保持開(kāi)源理念的設(shè)計(jì)，因?yàn)橹鳈?quán)法律監(jiān)督是開(kāi)源軟件，但它是很難使用的硬件，他們決定采用創(chuàng)作共用許可證。在CreativeCommons許可，任何人不用費(fèi)，甚至不允許獲得Arduino團(tuán)隊(duì)。只保留名稱Arduino。它是作為商標(biāo)注冊(cè)。2.3Arduino語(yǔ)言Arduino語(yǔ)言是建立在C/C+的+基礎(chǔ)，也是基于C語(yǔ)言。while2.3.2語(yǔ)法符號(hào);+-整數(shù)類型2.3.5常量示低電平（0）。），OUTPUT表示輸出（AVR能提供5V電壓40mA電流）。），以上為基礎(chǔ)C語(yǔ)言的關(guān)鍵字和符號(hào)，大家可以了解，具體使用可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)的程序。2.3.6結(jié)構(gòu)voidsetup()初始化發(fā)量，管腳模式，調(diào)用庫(kù)函數(shù)等voidloop()連續(xù)執(zhí)行函數(shù)的語(yǔ)句2.3.7功能pinMode(pin,mode)數(shù)字IO口輸入輸出模式定義函數(shù)，pin表示為0~13，mode表示為INPUT或OUTPUT。0～13，value表示為HIGH或LOW。比如定義HIGH可以驅(qū)動(dòng)LED。value表示為HIGH或LOW。比如可以讀數(shù)字傳感器。模擬I/ODiecimila為0～5（Arduinonano為0～7）。比如，可以讀模擬傳感器（10位AD，0～5V表示為0～1023）。analogWrite(pin,value)-PWM數(shù)字IO口PWM輸出函數(shù)，Arduino數(shù)示為0～255。比如，可用于電機(jī)PWM調(diào)速或音樂(lè)播放。時(shí)間函數(shù)delay(ms)延時(shí)函數(shù)（單位ms）。delayMicroseconds(us)延時(shí)函數(shù)（單位us）。fromLow與toLow之間和fromHigh與toHigh之間。pow(base,exponent)開(kāi)方函數(shù)，base的exponent次方。1塊1塊DHT11溫濕度傳感器導(dǎo)線若干準(zhǔn)模板。烏諾處理器核心是ATmega328，14個(gè)數(shù)字輸入/輸出（包括6路PWM輸），一個(gè)擴(kuò)展報(bào)頭和復(fù)位按鈕。聯(lián)合國(guó)已經(jīng)發(fā)布了第三版，與前兩版相比具有以下新的特點(diǎn)：的發(fā)展應(yīng)該與5V和3.3V的核心板兼容。這提高了復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，USB接口芯片的atmega16u2代替atmega8u2。圖3-1改進(jìn)ArduinoUno。圖3-1ArduinoUNOl處理器ATmega328l輸入電壓（推薦）7-12Vl模擬輸入腳6lFlashMemory32KB3.1.2通信接口串口：ATmega328置的UART可以通過(guò)數(shù)字口0（RX）串口通信；ATmega16U2可以訪問(wèn)數(shù)字口實(shí)現(xiàn)USB上的虛擬串口。TWI（兼容I2C）接口。SPI接口。3.1.3下載程序ArduinoUNO上的ATmega328已經(jīng)預(yù)置了bootloader程序，因此可以通過(guò)Arduino軟件直接下載程序到UNO中。也可以直接通過(guò)UNO上ICSPheader直接下載程序到ATmega328。ATmega16U2的Firmware（固件）也可以通過(guò)DFU工具升級(jí)。ArduinoUNO上USB口附近有一個(gè)自恢復(fù)的保險(xiǎn)絲，對(duì)電路起到保護(hù)作用。當(dāng)電流超過(guò)500mA時(shí)會(huì)斷開(kāi)USB連接。絲印“RESETEN”處可以使能和禁止該功能。3.2DHT11傳感器和LY-69DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP存中，傳感器部在檢測(cè)型號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。技術(shù)參數(shù)輸出：?jiǎn)慰偩€數(shù)字信號(hào)測(cè)量圍：濕度20-90%RH，溫度0~50℃測(cè)量精度：濕度+-5%RH，溫度+-2℃分辨率：濕度1%RH，溫度1℃互換性：可完全互換，圖3-2DHT11的濕度，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)控制相應(yīng)閥值，濕度低于設(shè)定值時(shí)，DO輸出高電平，3.3V-5V，設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝，PCB尺寸：3.2cm*1.4m。圖3-3LY-69/FC-28示。圖3-4開(kāi)發(fā)環(huán)境4.1設(shè)計(jì)思路對(duì)于植物養(yǎng)殖最重要的就是植物的養(yǎng)殖環(huán)境，環(huán)境的整體情況直接影響植物的生長(zhǎng)。環(huán)境的整體情況可以從一些具體的數(shù)據(jù)體現(xiàn)，例如空氣的溫度，相對(duì)濕采集到數(shù)據(jù)后是最重要的分析數(shù)據(jù)，我們先把數(shù)據(jù)通過(guò)ArduinoUNO和W5100擴(kuò)展板上傳到后臺(tái)WEB平臺(tái)，然后再WEB平臺(tái)設(shè)置相應(yīng)的溫度，佳值和低于標(biāo)準(zhǔn)或高于標(biāo)準(zhǔn)的值。將他們和上傳的數(shù)值相較，如果不正常的話做出相應(yīng)的反應(yīng)，例如低于或高于標(biāo)準(zhǔn)值的時(shí)候，發(fā)送短信、和微博提醒。后臺(tái) 植物生長(zhǎng)情況。4.2設(shè)計(jì)步驟4.2.1設(shè)置網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上傳數(shù)據(jù)需要的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。利用DHT11和LY-69兩個(gè)傳感器分別檢測(cè)出空氣和土壤的溫度和相對(duì)濕度。以Arduino板連接傳感器獲取檢測(cè)出的數(shù)據(jù)。環(huán)境的判斷。4.2.4處理分析結(jié)果將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，隨著時(shí)間推移形成曲線圖。4.2.5設(shè)置預(yù)警將溫度、相對(duì)濕度數(shù)值的不同圍分別設(shè)置為正常、良好、非正常。4.2.6與用戶交互情況到相應(yīng)微博，相應(yīng)數(shù)值不正常時(shí)會(huì)通過(guò)短信、提醒用戶。器插入土壤就可以開(kāi)始監(jiān)控其生長(zhǎng)環(huán)境。1）DHT11會(huì)采集空氣中的溫度和相對(duì)濕度，LY-6度。用戶。用戶可以通過(guò)微信隨時(shí)查看監(jiān)測(cè)到的情況。圖5-1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作圖圖5-2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程圖6.1設(shè)計(jì)目的況定時(shí)發(fā)送給用戶，用戶也可以隨時(shí)查看監(jiān)測(cè)到的植物狀況。6.2.1網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)計(jì)思路料后發(fā)現(xiàn)有很多連接網(wǎng)絡(luò)的辦法，有Arduino+以太網(wǎng)，藍(lán)牙等方法，最后選擇的是Arduino+w5100擴(kuò)展板連接網(wǎng)絡(luò)。將AduinoUNO3與配套的EthernetW5100擴(kuò)展板連接到一起，以AruidnoUNO3來(lái)控制程序，EthernetW5100擴(kuò)展板連接網(wǎng)線通過(guò)路由器上網(wǎng)。以筆記本作為Router，網(wǎng)線一端直接連接到筆記本，另一端連接EthernetW5100擴(kuò)展板。筆記本需要將類似Router的功能打開(kāi)，將正在使用的網(wǎng)絡(luò)適配器打開(kāi)，設(shè)置Internet協(xié)議版本4（TCP/IPv6）設(shè)置DNS和主機(jī)的IP地址，子網(wǎng)掩碼。再去Arduino1.5.5-r2設(shè)置IPAddressip，IPAddressmydns，IPAddressgw， 過(guò)此計(jì)算機(jī)的INTERNET來(lái)連接，設(shè)置允許使用WEB服務(wù)器HTTP80端口。圖6-1設(shè)計(jì)思路首先測(cè)試連接成功與否，成功則測(cè)試獲取數(shù)據(jù)成功與視器，不成功則請(qǐng)檢查針腳。1）獲取DHT11的數(shù)據(jù)：設(shè)置數(shù)據(jù)接受引腳為3，將ArduinoUNO3擴(kuò)展板W5100上的電源5V和GND線連接到面包板上，將DHT11按照對(duì)應(yīng)引腳連接到面包板，將DHT11在面包板上對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳連接到ArduinoUNO3擴(kuò)展板W5100上3號(hào)引腳。設(shè)置好相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口名字。2）獲取LY-69的數(shù)據(jù)：將LY-69連接到控制板，控制板上有ACC、GND、DATA線，分別按照方法1）的連接方法連接到面包板，將ArduinoUNO3擴(kuò)展板W5100上數(shù)據(jù)引腳3號(hào)連接到面包板，再把LY-69控制板的DATA線連接到面包板對(duì)應(yīng)的引腳中。設(shè)置好相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口名字。圖6-2圖6-36.3.1編譯程序點(diǎn)擊編譯按鈕，編譯按鈕會(huì)發(fā)成黃色，下面出現(xiàn)正在編譯sketch.....，這表示軟件正在對(duì)你所寫(xiě)的程序進(jìn)行編譯，如圖6-4所示。圖6-4編譯程序程序編譯成功，并且沒(méi)有語(yǔ)法上的錯(cuò)誤。如圖6-5所示。圖6-5編譯完成圖6-6所示。圖6-6選擇板型圖6-7選擇串口點(diǎn)擊上傳按鈕，同時(shí)板子上標(biāo)有TX和RX的燈會(huì)亮，如圖6-8所示。圖6-8上傳程序查看串口，連接成功如圖6-9所示。圖6-9串口查看7運(yùn)行環(huán)境與結(jié)論7.1硬件環(huán)境存（RAM）：4GB操作系統(tǒng)：Windows7professional(ServicePack1)系統(tǒng)類型：64位操作系統(tǒng)7.3運(yùn)行環(huán)境），Windows7（Microsoft.NETFrameworkSDK），7.4運(yùn)行結(jié)果書(shū)要求的功能，基本滿足植物狀態(tài)監(jiān)測(cè)的整體要求，運(yùn)行結(jié)果如圖。圖7-1運(yùn)行結(jié)果圖1圖7-2運(yùn)行結(jié)果圖2圖7-3運(yùn)行結(jié)果圖3圖7-4運(yùn)行結(jié)果圖4圖7-5實(shí)物圖存在的問(wèn)題和不足實(shí)很多，就不一一舉例，簡(jiǎn)單說(shuō)幾個(gè)遇到的問(wèn)題。面包板的選擇問(wèn)題，開(kāi)始用的買Aduinouno送的面包板并不是很好用，經(jīng)常出現(xiàn)斷開(kāi)的情況，后來(lái)又專門(mén)買了一款開(kāi)發(fā)用的面包板解決了問(wèn)題。在連接網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)該只要能上網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該都能連接上，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，結(jié)果并不是如此，在上傳到樂(lè)聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候就無(wú)法上傳，鐵通能夠登陸樂(lè)聯(lián)網(wǎng)，但是沒(méi)有鐵通的，鐵通網(wǎng)絡(luò)不能對(duì)其上傳數(shù)據(jù)。最后是換成了電信寬帶才成功上傳。開(kāi)的時(shí)候每個(gè)傳感器都沒(méi)有問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)采集與上傳，Arduino中格式化輸出也不能隨便寫(xiě)，會(huì)導(dǎo)致連接問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題困擾了很久，設(shè)計(jì)的時(shí)候也存在很多不足，自己對(duì)于知識(shí)掌握度比較做自己不擅長(zhǎng)或者說(shuō)沒(méi)接觸過(guò)的領(lǐng)域時(shí)，功課做的不夠就很多可以避免的錯(cuò)誤。以后的學(xué)習(xí)生活中當(dāng)盡量避免這次犯的錯(cuò)誤?？偨Y(jié)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目在接到之前自己都沒(méi)有接觸過(guò)Arduino這種物聯(lián)網(wǎng)的題目，自己去買了Arduino相關(guān)的書(shū)籍，也去圖書(shū)館查閱過(guò)一些資料，但是我卻沒(méi)有深入的學(xué)習(xí)思考有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)或者Arduino的技術(shù)，如何在Arduino平臺(tái)用不在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始后，我有時(shí)會(huì)懷疑自己能否完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。平時(shí)看到的物聯(lián)網(wǎng)的東西感覺(jué)都很高端，對(duì)那種智能化的家電和智能化小車等設(shè)計(jì)都認(rèn)為不是現(xiàn)