基于物联网方式的鱼缸监测系统硬件设计-通信工程-160108104421-叶宇健

４*第一章绪论[基于物联网的鱼缸监测系统硬件设计]1.1绪论1.1.1摘要为了解决鱼类养殖及观赏等问题，在此设计了一种基于物联网方式的鱼缸监测系统。该系统用温度传感器及水位传感器获取数据，然后通过nodejs创建服务器监听端口，获得监听数据然后上传到页面，从而实现远程监控。关键词：鱼类养殖温度传感器水位传感器nodejs远程监控ABSTRACT[FishtankmonitoringsystembasedonInternetofthings]Inordertosolvetheproblemsoffishbreedingandviewing,afishtankmonitoringsystembasedonInternetofthingsisdesigned.ThesystemUSEStemperaturesensorsandwaterlevelsensorstoobtaindata,andthencreatesaserverlisteningportthroughnodejstoobtainthelisteningdataanduploadittothepage,soastoachieveremotemonitoring.Keyword:fishbreedingandviewing;temperaturesensors;waterlevelsensors;nodejs;remotemonitoring1.1.2系统开发背景及意义随着编程技术的提高和科技的发展，人们休闲娱乐方式逐渐的发生了变化，如今随处可见家居使用的小鱼缸和餐饮使用的大鱼缸。在布置漂亮的鱼缸内饲养鱼类已经成为居家环境、办公场所必不可少的景品之一。但由于人们缺乏专业养殖技术和专业的知识又或者不能及时对鱼缸内部环境进行维护。有时候要出远门或出差几天，家里无人给鱼喂食，换水，最终导致鱼的死亡。因此，对鱼缸中的水温、水位、光照数据的实时监测显得尤为重要。市场上产品繁多，但功能单一，没有形成一个完整的系统。这样不仅增大了维护开销，影响了整体的美观，而且功能齐全、不方便人们使用。因此，根据用户需求的不同，以鱼缸的水温、水位、光照三个方面作为研究对象，设计一套集水位监测，水温监测，光照监测等多功能为一体的控制系统。这样设计不仅解决了人们缺乏专业养殖技术的问题，还解决了资源浪费问题，大大的提高了资源利用率。养鱼户和养鱼兴趣爱好者也就再也不必耗费大量精力去维护水质，也不必为出远门而导致鱼类死亡而烦恼，此类鱼缸监测系统也为智能鱼缸等自动化工具奠定基础，让人们的生活更加方便简洁自动化起来。为了解决鱼类养殖及观赏等问题，在此设计了一种基于物联网方式的鱼缸监测系统。该系统用温度传感器及水位传感器获取数据，然后通过nodejs创建服务器监听端口，获得监听数据然后上传到页面，从而实现远程监控。1.1.3论文主要研究内容①鱼缸中水的温度：水温在鱼类生存条件中，是非常重要的一个因素，由于鱼类是变温动物，所以体温与水温的相差在0.1-1.0°C之间。水温影响着鱼类的生殖繁衍，例如适合罗非鱼的产卵的水温就在23~25°C之间。根据物理知识我们可以知道，随着水温的升高，水中的溶氧量会不断地降低，从而导致鱼缺氧的情况，缺氧的情况会造成鱼类出现没有活力的现象，严重则会身体倾斜，露出白色的肚皮。对于露天的池塘而言，细菌和水体中浮游植物的繁衍增加，会导致有机物质分解的加快，这样不仅能促进物质循环，还能给鱼类提供丰富的天然饵料，这一情况非常利于鱼儿的生长。所以本文将鱼缸中的水温设定为其中一个主要的研究内容。参考文献：《恒兴养殖服务》②鱼缸中的光照强度：根据鱼种类的不同，其所接受的光照强度程度就不一样。例如金鱼就需要强光的照射才能生长的更健康，一只16g的金鱼在黑暗的环境下比恒光条件下，发现其性腺发育被抑制。由于昼夜的变换以及鱼缸摆放位置的差异，自然光所带来的光照强度肯定也不一样，保证拥有充足的光照才能保证鱼有良好的生活环境。因此，本文将鱼缸中的光照强度设定为一个主要的研究内容。参考文献：《周显青：光照对鱼类生理活动影响的研究进展》③鱼缸中的水位：根据物理知识我们可以知道，水位越高吗，底部的含氧量越低，水体越深，压力越高，水位越高，水体体积越大。鱼缸中的水位高低同样影响鱼类的生长。一般来说，为了避免泵的干烧，鱼缸内的水应该超过泵，提升水位时也应该考量循环器与排水泵的是否能承受如此大的排水量。根据鱼类的不同，水位高低也有讲究。30~35厘米的水位线是金鱼所喜爱生活的高度，40~50厘米的水位线是龙鱼所喜欢生活的高度，所以根据所养殖鱼类的不同，我们应该调整一个不同的水位，并给鱼缸划一条警报线，当水位高于多少或低于多少时，水位传感器应给予养鱼人提示，及时调整水位线。因此，本文将鱼缸中的水位设定为一个主要的研究内容。参考文献：《百家号：视觉中国》1.1.4物联网的作用与意义如今信息技术飞速发展，全球每人平均拥有6.5台联网设备。在我们身边存在着很多信息数据，该如何充分利用这些数据是物联网的一项重要工作。简单来说，物联网是利用传感器收集数据并使用它来做出适当的响应。其作用在于帮助人们提高工作效率，减少工作量，从而实现自动化任务和流程。物联网还包括家庭安全，智能家居，健康监控等。比如红外线传感设备向主人手机发送房屋闯入警报，主人借助外部扩展模块控制着家电和照明设备等方式。目前有大批设备已接入物联网当中，他们每天都在产生巨额的数据量。这一趋势要求我们在云技能、访问数据、控制数据方面的能力要有所提升。一方面是因为物联网在实现自身功能和与用户设备对接时需要云平台来配合完成，另一方面是由于云自身巨额的储存量优势。同时考虑到物联网设备的增加，物联网设备的虚拟安全也变得尤为重要，若黑客们掌握物联网所生成的大规模数据，那么用户的生活作息或健康状况等私人隐私将会被威胁。目前已经有很多设备加入到物联网中，且这个趋势也会不断扩大下去。在将来，物联网将对我们的生活，就业带来巨大影响，所以我们现在应该积累经验，争取掌握通用物联网核心技术。本文所设计的鱼缸监测系统就是基于物联网方式来完成的。1.1.5物联网的前景与趋势在1995年，比尔盖茨最早提出物联网这个概念，随后在2005年，国际电信联盟正式提出‘物联网’概念。现在2020年，我们可以感知到物联网的通信时代就向我们飞速走来，有人预测2020年，在市场上，物联网的规模将达1.9亿美元，全球会有将近260亿台设备接入网络当中，那么物联网将给人类带来一个什么样的时代呢？在一篇关于物联网未来的报道当中，有分析预测，在未来生活中。小到智能家居设备，大到国防安全设备，即所有人们所能看到的物体，都会被纳入物联网之中。这是一个比互联网体量大上万倍的新网络。有人甚至称之为继信息化革命后的又一场革命--智慧革命。对于企业和新兴创办的公司来说，如果不使用物联网，他们将错失大量机会。在如此的物联网趋势之下我们应该知道这些：1.虚拟安全：随着物联网系统中数据点的增加，安全问题也变得越来越重要了，黑客会不断攻击系统薄弱的环节，从而窃取我们的用户信息。2020年，窃取凭据和网络钓鱼仍然是访问数据最简单的方式，公司需要在这方面保持警惕。随着网络风险性的增加，物联网设备和系统开发的人员就需要从一开始就重视它，为了防止风险和潜在数据的泄漏，发布后的维护和漏洞整修应该加入到整体业务的战略之中。2.改善医疗：据调查发现，物联网设备对降低管理成本和改善监护方面有显著的帮助，所以现在的医疗领域也在广泛采用物联网。之所以能降低管理成本是因为，医生能够通过设备实现远程的监控和治疗，如此一来省去了住院费和就诊费用，节省出来的钱可以用在其他病症的管理上；之所以能改善监护是因为监控的数据具有即时性，当一位心脏病人脉搏突然上升，医生就可以提前预知病人可能病发，及时对病人进行救治，这对预防性医疗而言无疑是至关重要的。在医疗物联网的核心理念当中，物即医疗对象，联是流程交互引擎，网是医疗流程。用复杂的物联网技术去简化繁琐的医疗流程，从而实现标准的自动化医疗流程。3.边缘计算取代云计算：边缘计算相较于云计算的优势在于，边缘计算在数据处理和分析上，所需要的时间更短，传输更安全，处理具有即时性。因为其数据的处理不在外部数据中心，而是更靠近数据源的一个位置，这样做有效的提高了程序的运行速度。而云计算是将巨大的数据处理程序分解成小程序，然后将小程序得到的结果返回给用户，是一个细分到总和，总和再到细分的一个过程。如此一来，云计算在巨额数据传输的场景下，可能会遭遇带宽不足的问题，不仅如此，由于从采集数据到传输数据回中心的路径较长，在此过程中还可能会出现数据丢失或泄露的问题。4.智慧城市的物联网开发：在未来几年里，交通拥堵、安全问题将是市政级物联网高度优先解决的问题。随着城市人口的增加，城市道路污染问题和道路拥堵问题是我们应该专注解决的。总的来说，在城市层面的物联网技术投资占比将会增加。城市中的物联网开发也会随着实时数据的简化而变得更加普遍。5.智能家居设备将变得更加流行：智能恒温器、照明系统和环境物联网传感器之所以在今年变得如此流行就是因为，它们除了使我们的生活更简便快捷之外，还能减少账单开支并节省能源。在长远的角度看来，这样做能够为我们节省一大笔不必要的支出。到2020年，具有语音控制功能的物联网设备的需求和采用量将会增长。消费者喜欢能够理解情境并适应各种情况的智能设备，例如，连网监视器可以在某人离开房间时暂停电影播放，并在其返回时继续播放；在下雨天气时，露天的阳台自动张开挡雨设备，保证衣服不被淋湿。当视觉，听觉，触觉给人带来的感受都变得同等重要时，用户便不再满足于单方面的享受体验。我们的物联网设备将会向多模式，多功能的方向开始转变。根据用户的不同需求，智能家居物联网的设计方式也会变得多样化起来。虽然目前物联网尚未在各个行业进行大规模的应用，但物联网飞速发展的趋势已是不可阻挡，相信随着传感器成本的下降和开发团队的支持，物联网设备很快就会在用户中流行起来。*第二章开发环境和相关技术简介2.1开发技术2.1.1Node.jsNode.js是一个基于ChromeJavaScript运行时建立的一个平台。Node.js是一个事件驱动I/O服务端JavaScript环境，基于Google的V8引擎，V8引擎执行Javascript的速度非常快，性能非常好。从语法上来说，Node.js语法完全是Javascript语法，只要有Javascript基础就可以快速进行Node.js后端开发。因此采用Node.js可以提高本系统的开发效率。同时从性能上来说，Node.js拥有超强的高并发能力。Node.js的首要目标是提供一种简单的、用于创建高性能服务器及可在该服务器中运行的各种应用程序的开发工具。由于Node.js不为每个客户连接创建一个新的线程，而仅仅使用一个线程。所以当有用户连接，就触发一个内部事件，通过非阻塞I/O、事件驱动机制，让Node.js程序宏观上也是并行的。进而使得同样内存的服务器可以处理更多用户的连接。因此本系统使用Node.js可以提高本系统的服务器性能。2.1.2Express框架Express框架是集成了Web服务所需的文件管理，创建，请求和处理Session等功能。同时作为现阶段流行的Node.jsWeb第三方库，Express还可以用来辅助各类Web应用的后端创建，作为轻量型网站的后端处理程序。2.1.3ArduinoArduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE)。由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发。其成员包括MassimoBanzi、DavidCuartielles、TomIgoe、GianlucaMartino、DavidMellis和NicholasZambetti等。它构建于开放原始码simpleI/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是ArduinoIDE，你的计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。之所以在本系统中使用到是因为Arduino独有的开放性能，在各个开源项目已经得到广泛的认可。它所提供给用户的开发环境是公开的，这样做的目的是为了让用户在更好的理解Arduino原理的同时还可以根据自己的需求对电路板设计进行更改。除了开放性，Arduino吸引人的地方还有它的易用性，在我第一次接触Arduino的时候，我仅用了半个多小时便成功运行了一个简单的程序，我将控制板和电脑直接连起来，发现它不需要额外安装驱动程序。Arduino第三点吸引人的地方就是它的交流性，刚接触新事物的时候，通常和人交流和沟通才能激发热情，目的肯定是为了更快的上手和掌握。而Arduino规划了一个比较统一的框架，在底层的初始化做了统一，对端口也做了自己的标定，使得新手在交流沟通的过程中非常方便理解。最重要的一点，还应该是Arduino丰富的第三方资源，其开源的硬件和软件，使得我们可以将第三方库录入进行开发，设计者可以根据自己的爱好来做功能设计，因此也不必拘泥于基本的功能编写，使得玩法和乐趣多样化起来。*第三章软件与硬件系统分析3.1系统分析3.1.1物理连接框架传感器：光照传感器GY30水位传感器防水型DS18b20温度传感器控制板：Arduino板Web服务器：笔记本电脑同时具备服务器和客户端功能终端：电脑网页显示3.1.2功能需求良好的鱼缸环境是鱼生存的必须条件，经过研究发现，要养好鱼必须为鱼提供适宜的温度让其不会因为温度过高或过低而死亡，充足的水源让其不会因为暴露在外界无法从水中获得氧气而死亡还有完善的光照。因此如果鱼缸环境出现剧烈变化导致不适合鱼生存时，需要及时报警，告知养鱼人，所以一个鱼缸监测系统需要温度记录功能，光照强度记录功能，还有水位记录功能：1.温度记录功能功能包含：通过防水型DS18b20温度传感器和Arduino获取鱼缸中的水的温度。2.光照强度记录功能功能包含：通过光照传感器GY30和Arduino获取鱼缸所接受的光照强度。3.水位记录功能功能包含：通过光照传感器水位传感器和Arduino不间断获取鱼缸中水的高度。4.监控报警功能功能包含：用户可以在设置报警阈值，一旦温度，光照强度或者水位超过了用户所设置的阈值时，系统就会在使用界面提示用户。3.1.3鱼缸监测系统的可行性分析经济方面：目前在淘宝网上的传感器模块有7元到200元不等，各个类型的传感器可供用户选择。本文所用到的光照、水位、温度传感器价格都不超过200元，整套系统的造价不超过500元，易操作且性能良好。故此方案在经济方面是可行的技术方面：本文所设计的是基于物联网的鱼缸监测系统，整体架构从传感器到控制板到服务器再到客户端，在硬件设计上是利用Node.js，Express框架和Arduino编程来实现的。所设计功能都是普遍常见，容易实现的。在软件设计上利用html5语言设计了一个网页前端，利用javascript编程语言完成页面数据显示，nodejs做后端的传输交互。设计好所需要测量的数据并丰富界面。硬件设备在进行了诸如光照、水位、温度的数据传输到后端交互后判别是否有危险而传回前端，发出警报或作出相应的响应处理。在网页上展示你所得到的数据和根据所测的数值同时告诉用户现在系统正处于一个什么样的危险，让用户能迅速的做出调整。操作方面：本系统具有简便清洁易于操作等特点，是以养殖观赏鱼为爱好的饲养者而设计的。根据用户不同的要求可以养殖热带鱼、非热带鱼、恒温鱼、寒带鱼类等要求不同水温的不同鱼类等，只要用户选择系统设定好的会超过鱼类出现危险的数值作为门槛值，当达到规定的数值就会开始出现红色警戒条。运行方面：本鱼缸监控系统在一个网页上进行显示，所占用的资源很小，只要是电脑都可以登录，在硬件和软件都能够满足，也有很多相关的实例能做参考，所以在运行上是可行的。3.2硬件系统设计3.2.1温度传感器的设计：本文设计鱼缸监测系统使用到防水型DS18b20温度传感器，DS18B20具有温度延时小，灵敏度高的特点。其支持‘一线总线’的数字方式传输，其稳定性和抗干扰能力，适合恶劣环境的温度测量。DS18B20的测量范围是-55°C~+125°C，在10~+85°C范围内，精度为±0.5°C。3.2.2温度传感器使用方式防水型DS18b20温度传感器使用方式与LM35传感器一致，传感器有三个端子：Vs，Vout和GND。我们将按如下方式连接传感器：把+Vs连接到Arduino板上的+5v电压。把Vout连接到Arduino板上的模拟0或A0。把GND连接到Arduino上的GND。模数转换器（ADC）基于公式ADC值将模拟值转换为数字近似值=样本*1024/参考电压（+5v）。将模拟值转换为数字逼近。那么用+5v做参考，数字近似值将等于输入电压*205。连接方式如图：核心代码如下：floattemp=0;//thesetuproutinerunsoncewhenyoupressreset:voidsetup(){Serial.begin(115200);Serial.println(F("readingtemperaturebegin.\n"));}//thelooproutinerunsoverandoveragainforever:voidloop(){staticunsignedlongsensortStamp=0;if(millis()-sensortStamp>100){sensortStamp=millis();//readtheLM35sensorvalueandconverttothedegreesevery100ms.intreading=analogRead(0);//注意到我们是把LM35的输出端连接到了A0，所以这里是analogRead(0)temp=reading*0.0048828125*100;Serial.print(F("RealTimeTemp:"));Serial.println(temp);}3.2.3温度传感器的设计：本文设计鱼缸监测系统使用到Arduino水位检测器/传感器，此传感器广泛应用于检测降雨，水位，液体泄漏。3.2.4水位传感器使用方式水位传感器具有三个端子：S，Vout（+）和GND（-）。按如下所示连接传感器：把+Vs连接到Arduino板上的+5v。把S连接到Arduino板上的数字引脚8。把GND连接到Arduino板上的GND。把LED连接到Arduino板上的数字引脚9。当传感器检测到水时，Arduino上的引脚8变为LOW，然后Arduino上的LED就会亮起。连接方式如图：核心代码如下：doubletemp，data;voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:Serial.begin(9600);}voidloop(){//putyourmaincodehere,torunrepeatedly:temp=(long)analogRead(0);data=(temp/650)*4;Serial.print("thedepthis:");Serial.print(data);Serial.println("cm");delay(1000);}

3.2.5光照传感器设计：本文设计鱼缸监测系统使用到GY-30模块的光照传感器，其内置模数转换电路，直接数字输出，省略复杂计算，省略标定，接近于视觉灵敏度的分光特性。3.2.6光照传感器使用方式水位传感器具有三个端子：S，Vout（+）和GND（-）。按如下所示连接传感器：把+Vs连接到Arduino板上的+5v。把SDA连接到Arduino板上的模拟信号引脚A4。把SCL连接到Arduino板上的模拟信号引脚A5。把GND连接到Arduino上的GND。连接方式如图：核心代码如下：#include<Wire.h>//GY-30//BH1750FVI//inADDR'L'mode7bitaddr#defineADDR0b0100011//addr'H'mode//#defineADDR0b1011100voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:Serial.begin(9600);while(!Serial){;//waitforserialporttoconnect.NeededforLeonardoonly}Wire.begin();pinMode(13,OUTPUT);Wire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00000001);Wire.endTransmission();}voidloop(){//putyourmaincodehere,torunrepeatedly:intval=0;//resetWire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00000111);Wire.endTransmission();digitalWrite(13,LOW);delay(100);Wire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00100000);Wire.endTransmission();//typicalreaddelay120msdelay(120);Wire.requestFrom(ADDR,2);//2byteeverytimefor(val=0;Wire.available()>=1;){charc=Wire.read();//Serial.println(c,HEX);val=(val<<8)+(c&0xFF);}val=val/1.2;Serial.print("lx:");Serial.println(val);//Serial.println("OK");digitalWrite(13,HIGH);delay(500);}3.3软件系统设计3.3.1系统结构在软件系统设计上，我们从功能上将其划分为登录界面、网页设计界面、前后端的交互操作三大模块。 登录界面：登录系统之后进到数据监控的界面，并且能够修改自身的密码等信息。网页设计：能够自定义门槛值，用户根据自己所饲养鱼种，根据不同鱼对环境参数的需求不同，由用户自定义的门槛值。并显示出所测量的数据。 前后端交互：对鱼缸监控系统的硬件传感器发到网上的数据，由服务器传送到网页上进行操作。软件系统设计的架构图如下：3.3.2用户登录模块新用户注册模块：新用户和游客需要输入自己的手机号等信息注册账户才能登录我们的系统。用户注册的核心代码如下：老用户登录模块：已注册过的用户，直接输出自己的用户名和密码，登录到我们的系统当中，再根据自己的手机号等相关信息，查找属于自己的数据。用户登录系统核心代码如下：3.3.3温度/水位/光照显示模块3.3.4数据记录模块*第四章总结4.1心得体会与改进在这次的鱼缸监测系统硬件设计中，所遇到的问题有传感器选择问题。起初在设计系统功能时，我和搭档想要在系统中增加检测水质PH的功能，后发现PH水质传感器的价格昂贵，且不易实现。于是将水质PH的数据项换成水位。选择好研究对象后，又遭遇了突发的疫情状况，导致硬件与配件迟迟无法焊接完成。如今毕业设计也接近尾声，从选题到功能选择，硬件购买与焊接，1个多月的奋斗也终将有了结果。刚开始做毕业设计的时候，不知道该从哪里入手，思路不清晰，没有一条逻辑线，感觉这也不会那也不会，总是拿不定主意，毕竟毕业设计也是第一次，该如何着手设计毫无经验，所以前期的工作进展非常缓慢，主要原因是自身对物联网的了解非常片面，很多编程和开发技术都没有接触过，在翻阅资料的过程中也有很多地方看不懂，每个小段都要琢磨很久，找老师找专业人员询问，才一知半解。渡过艰难的前期，到了毕设的中期，整个系统的逻辑和框架才慢慢呈现出来，有了逻辑思路和框架之后，就是细化和按部就班的完成每一个大节点下的小节点。通过这次的毕业设计呢，我也发现了还有很多欠缺的知识，自己要学的东西还很多，将课本上的知识灵活运用到生活中是一件不容易的事情，所以知识与劳动应该相结合，实践才能出真知。今后的日子还很长，知识的积累是一个很漫长的过程。再往后的工作和生活中，应该要稳打稳扎，努力学好知识，提高自己的水平。最后通过借鉴前人的案例和经过自己不懈的努力，毕设作品的软硬件对接也终于完成，接着让人头疼的论文又接踵而来，虽然老师发了大纲和模板给我们参考，但我始终还是没有整理出有条理的，有逻辑的目录，大标题小标题前前后后修改了几十遍，目录才整理出条理。我觉得之所以会出现如此的原因是因为自身对物联网和相关技术的了解还有所欠缺，对大框架下的功能不能够细分，且区分它们之间的关系。虽然最终设计完成了，但在这次的鱼缸监测系统设计中，不管是硬件部分或是软件部分，都有些许遗憾。由于毕业设计时间安排的不够紧凑，导致后面时间较紧张，系统还有很多功能无法实现，例如水质优劣的监测，鱼缸中鱼的生命迹象显示等功能。所以该系统还有许多需要完善的功能或者需求，比如硬件部分，传感器的框架设计和焊接的布局设计没有做好，选用的传感器能实现的功能不够全面，软件部分界面只是简单的列出，并没有图片和样式的加入，反馈的控制调节环境参量等多方面问题。这些都有待进一步改善。4.2致谢虽然大学四年的学习即将结束，但是人生的道路还很漫长。在此文里我想感谢我的母校（北京理工大学珠海学院），我的毕设指导老师李华颂，还有我的其他任课老师们，同学们，朋友们，在此我表达由衷的谢意。感谢你们在四年里对我学习的关心，对我生活的照顾，我的每一份成功都离不开老师们的谆谆教诲和同学们的热心帮助。在我刚进大学的时候，我们的班主任缪春老师，便非常详细的告诉了我们如何在这个大学的小社会环境里生存与竞争，再到后来社会实践（实习），我也多次向缪老师询问具体的流程比如签订协议和手续以及签到记录等问题，缪春老师都非常的耐心解答，大学四年的生活她都在无微不至地关注着我们的成长，在此我要感谢您的付出。同时我还要感谢我们的辅导员，蒋辉霞和梁天。生活中大大小小的琐事，疑难杂症，纠纷或困扰都可以寻求辅导员的帮助，无论是生活的烦恼或是学习上的阻碍，辅导员总能给出最好的建议，指引我们前行，扫除障碍，为我们的成长保驾护航。最后，我要感谢的是我的毕业设计搭档鲍鑫和指导老师李华颂，由于突发的疫情，导致我们无法更直接的面对面沟通，老师多次给我们每个人打视频电话以及语音电话，督促以及催促我们完成毕业设计的任务，从最初的选课题找搭档到翻阅资料，论文大纲初稿的确定，中期论文的修改，从字体到格式再到段落调整，各个环节都给出了建议和指导，同时还在思想上给予我们关怀。起初同学们的反应还不太积极，但李华颂老师依然非常热情的跟同学们沟通，到最后大家无话不谈，畅所欲言。在此我要向李华颂老师致以最诚挚的敬意和尊敬，谢谢您这段时间以来的付出！此外我还要感谢我的搭档鲍鑫，我们这组的选题是鱼缸监测系统，我负责硬件，他负责软件设计，在传感器的选用和用户端的选用上，鲍鑫同学都给了我不同的建议，最终我们达成共识，使用水位，温度以及光照传感器获取数据，通过控制板到服务端，用户端（同是PC端），使用账户密码登录所设计的网页获取鱼缸内部的监控记录及实时状况。另外在论文的写作上，我也得到了鲍鑫同学的热情帮助，在软件设计部分，他也给我提供了不少相关的资料，帮助我完成我论文的软件系统设计部分。实物作品的成功诞生离不开在整个毕设期间与我密切合作的朋友们，同学们，老师们。在此我再一次向你们表达我的谢意！感谢你们！4.3参考文献[1]贾月琴，物联网现状分析及标准化探讨,2013[2]蔡睿.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程,2012,20(16):1-3[3]王春明,王翔宇,缪明等.基于物联网技术的水产养殖环境监控系统设计[J].电脑知识与技术，2015，11(22):154-157.

[4]崔阳,张维华,白云峰.一种基于Arduino的智能家居控制系统[J].电子技术应用,2014,40（4）：124-125

[5]奥尔波,Node.js入门经典，人民邮电出版社，2013[6]郭家寶,Node.js开发指南，人民邮电出版社[7]DominiqueD.Guinard/VladM.Trifa著,《从物联到万联：Node.js与树莓派万维物联网构建实战》,2018[8]陈建树，杨光军.适合不同鱼种生存环境的智能鱼缸的设计[J],2013[9]罗超.物联网赋予的质变让智能家居更懂你[J].中国公共安全，2018（07）：184-190.[10]PedroTeixeira著胡训强张欣景译,Node.js高级编程,20134.4附录传感器代码：GY30光照传感器核心代码：#include<Wire.h>//GY-30//BH1750FVI//inADDR'L'mode7bitaddr#defineADDR0b0100011//addr'H'mode//#defineADDR0b1011100voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:Serial.begin(9600);while(!Serial){;//waitforserialporttoconnect.NeededforLeonardoonly}Wire.begin();pinMode(13,OUTPUT);Wire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00000001);Wire.endTransmission();}voidloop(){//putyourmaincodehere,torunrepeatedly:intval=0;//resetWire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00000111);Wire.endTransmission();digitalWrite(13,LOW);delay(100);Wire.beginTransmission(ADDR);Wire.write(0b00100000);Wire.endTransmission();//typicalreaddelay120msdelay(120);Wire.requestFrom(ADDR,2);//2byteeverytimefor(val=0;Wire.available()>=1;){charc=Wire.read();//Serial.println(c,HEX);val=(val<<8)+(c&0xFF);}val=val/1.2;Serial.print("lx:");Serial.println(val);//Serial.println("OK");digitalWrite(13,HIGH);delay(500);}水位传感器核心代码：doubletemp，data;voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:Serial.begin(9600);}voidloop(){//putyourmaincodehere,torunrepeatedly:temp=(long)analogRead(0);data=(temp/650)*4;Serial.print("thedepthis:");Serial.print(data);Serial.println("cm");delay(1000);}温度传感器核心代码：floattemp=0;//thesetuproutinerunsoncewhenyoupressreset:voidsetup(){Serial.begin(115200);Serial.println(F("readingtemperaturebegin.\n"));}//thelooproutinerunsoverandoveragainforever:voidloop(){staticunsignedlongsensortStamp=0;if(millis()-sensortStamp>100){sensortStamp=millis();//readtheLM35sensorvalueandconverttothedegreesevery100ms.intreading=analogRead(0);//注意到我们是把LM35的输出端连接到了A0，所以这里是analogRead(0)temp=reading*0.0048828125*100;Serial.print(F("RealTimeTemp:"));Serial.println(temp);}}Node读取串口信息核心代码：constSerialPort=require('serialport');constReadline=require('@serialport/parser-readline');constport=newSerialPort('COM3',{baudRate:9600});constparser=port.pipe(newReadline({delimiter:'\n'}));//Readtheportdataport.on("open",()=>{console.log('serialportopen');});parser.on('data',data=>{console.log('gotwordfromarduino:',data);});Node读取不同的串口信息获取温度，光照，水位三个数据。

怎样提高电脑系统运行速度WindowsXP的启动速度比Windows2000要快30%左右，但相对于Windows98仍然要慢了不少，不过，我们可以通过优化设置，来大大提高WindowsXP的启动速度。加快系统启动速度主要有以下方法：尽量减少系统在启动时加载的程序与服务；对磁盘及CPU等硬件进行优化设置；修改默认设置，减少启动等待时间等。这些方法大部分既可减少系统启动的时间，又可以节省系统资源，加快电脑运行速度。1.加快系统启动速度WindowsXP的启动速度比Windows2000要快30%左右，但相对于Windows98仍然要慢了不少，不过，我们可以通过优化设置，来大大提高WindowsXP的启动速度。加快系统启动速度主要有以下方法：尽量减少系统在启动时加载的程序与服务；对磁盘及CPU等硬件进行优化设置；修改默认设置，减少启动等待时间等。这些方法大部分既可减少系统启动的时间，又可以节省系统资源，加快电脑运行速度。(1)MsconfigWindowsXP的启动速度在系统安装初期还比较快，但随着安装的软件不断增多，系统的启动速度会越来越慢，这是由于许多软件把自己加在了启动程序中，这样开机即需运行，大大降低了启动速度，而且也占用了大量的系统资源。对于这样一些程序，我们可以通过系统配置实用程序Msconfig将它们从启动组中排除出去。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框中键入“Msconfig”，回车后会弹出“系统配置实用程序”对话框，选择其中的“启动”选项卡(如图1)，该选项卡中列出了系统启动时加载的项目及来源，仔细查看每个项目是否需要自动加载，否则清除项目前的复选框，加载的项目越少，启动的速度就越快。设置完成后需要重新启动方能生效。(2)BootvisBootvis是微软提供的一个启动优化工具，可提高WindowsXP的启动速度。用BootVis提升WindowsXP的启动速度必须按照正确的顺序进行操作，否则将不会起到提速的效果。其正确的操作方法如下：启动Bootvis，从其主窗口(如图2)中选择“工具”菜单下的“选项”命令，在“符号路径”处键入Bootvis的安装路径，如“C:\ProgramFiles\Bootvis”，单击“保存”退出。从“跟踪”菜单中选择“下次引导”命令，会弹出“重复跟踪”对话框，单击“确定”按钮，BootVis将引导WindowsXP重新启动，默认的重新启动时间是10秒。系统重新启动后，BootVis自动开始运行并记录启动进程，生成启动进程的相关BIN文件，并把这个记录文件自动命名为TRACE_BOOT_1_1。程序记录完启动进程文件后，会重新启动BootVis主界面，在“文件”菜单中选择刚刚生成的启动进程文件“TRACE_BOOT_1_1”。窗口中即会出现“CPU>使用”、“磁盘I/O”、“磁盘使用”、“驱动程序延迟”等几项具体图例供我们分析，不过最好还是让BootVis程序来自动进行分析：从“跟踪”菜单中选择“系统优化”命令，程序会再次重新启动计算机，并分析启动进程文件，从而使计算机启动得更快。(3)禁用多余的服务WindowsXP在启动时会有众多程序或服务被调入到系统的内存中，它们往往用来控制Windows系统的硬件设备、内存、文件管理或者其他重要的系统功能。但这些服务有很多对我们用途不大甚至根本没有用，它们的存在会占用内存和系统资源，所以应该将它们禁用，这样最多可以节省70MB的内存空间，系统速度自然也会有很大的提高。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框键入“services.msc”后回车，即可打开“服务”窗口。窗口的服务列表中列出了系统提供的所有服务的名称、状态及启动类型。要修改某个服务，可从列表双击它，会弹出它的属性对话框(如图3)，你可从“常规”选项卡对服务进行修改，通过单击“启动”、“停止”、“暂停”、“恢复”四个按钮来修改服务的状态，并可从“启动类型”下拉列表中修改启动类型，启动类型有“自动”、“手动”、“已禁用”三种。如果要禁止某个服务在启动自动加载，可将其启动类型改为“已禁用”。WindowsXP提供的所有服务有36个默认是自动启动的，实际上，其中只有8个是必须保留的(见下表)，其他的则可根据自己的需要进行设置，每种服务的作用在软件中有提示。4)修改注册表来减少预读取，减少进度条等待时间WindowsXP在启动过程中会出现一个进度条，我们可以通过修改注册表，让进度条只跑一圈就进入登录画面。选择“开始”菜单中的“运行”命令，在“运行”对话框键入“regedit”命令后回车，即可启动注册表编辑器，在注册表中找HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\PrefetchParameters，选择其下的EnablePrefetcher键，把它的键值改为“1”即可。(5)减少开机磁盘扫描等待时间当Windows日志中记录有非正常关机、死机引起的重新启动，系统就会自动在启动的时候运行磁盘扫描程序。在默认情况下，扫描每个分区前会等待10秒钟，如果每个分区都要等上10秒才能开始进行扫描，再加上扫描本身需要的时间，会耗费相当长的时间才能完成启动过程。对于这种情况我们可以设置取消磁盘扫描的等待时间，甚至禁止对某个磁盘分区进行扫描。选择“开始→运行”，在运行对话框中键入“chkntfs/t:0”，即可将磁盘扫描等待时间设置为0；如果要在计算机启动时忽略扫描某个分区，比如C盘，可以输入“chkntfs/xc:”命令；如果要恢复对C盘的扫描，可使用“chkntfs/dc:”命令，即可还原所有chkntfs默认设置，除了自动文件检查的倒计时之外。2.提高系统运行速度提升系统运行速度的思路与加快启动的速度类似：尽量优化软硬件设置，减轻系统负担。以下是一些常用的优化手段。(1)设置处理器二级缓存容量WindowsXP无法自动检测处理器的二级缓存容量，需要我们自己在注册表中手动设置，首先打开注册表，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”，选择其下的“SecondLevelDataCache”，根据自己所用的处理器设置即可，例如PIIICoppermine/P4Willamette是“256”，AthlonXP是“384”，P4Northwood是“512”。(2)提升系统缓存同样也是在“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”位置，把其下的“LargeSystemCache”键值从0改为1，WindowsXP就会把除了4M之外的系统内存全部分配到文件系统缓存中，这样XP的内核能够在内存中运行，大大提高系统速度。通常来说，该优化会使系统性能得到相当的提升，但也有可能会使某些应用程序性能降低。需要注意的是必须有256M以上的内存，激活LargeSystemCache才可起到正面的作用，否则不要轻易改动它。(3)改进输入/输出性能这个优化能够提升系统进行大容量文件传输时的性能，不过这只对服务器用户才有实在意义。我们可在中新建一个DWORD(双字节值)键值，命名为IOPageLockLimit。一般情况下把数据设置8~16MB之间性能最好，要记住这个值是用字节来计算的，例如你要分配10MB的话，就是10×?1024×1024，也就是10485760。这里的优化也需要你的机器拥有大于256M的内存。(4)禁用内存页面调度在正常情况下，XP会把内存中的片断写入硬盘，我们可以阻止它这样做，让数据保留在内存中，从而提升系统性能。在注册表中找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SessionManager\MemoryManagement\”下的“DisablePagingExecutive”键，把它的值从0改为1即可禁止内存页面调度了。(5)关闭自动重新启动功能当WindowsXP遇到严重问题时便会突然重新开机，可从注册表将此功能取消。打开注册表编辑器，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\CrashControl\”将AutoReboot键的Dword值更改为0，重新启动后设置即可生效。(6)改变视觉效果WindowsXP在默认情况下启用了几乎所有的视觉效果，如淡入淡出、在菜单下显示阴影。这些视觉效果虽然漂亮，但对系统性能会有一定的影响，有时甚至造成应用软件在运行时出现停顿。一般情况下建议少用或者取消这些视觉效果。选择桌面上“我的电脑”图标，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，打开“系统属性”对话框。选择“高级”选项卡，在其中的“性能”栏中单击“设置”按钮，会弹出“性能选项”对话框(如图4)，可选择“调整为最佳性能”单选框来关闭所有的视觉效果，也可选择“自定义”然后选择自己需要的视觉效果。(7)合理设置页面虚拟内存同样也是在“性能选项”对话框中，选择“高级”选项卡，在其中的“虚拟内存”栏中单击“更改”按钮，接下来选择虚拟内存为“自定义大小”，然后设置其数值。一般情况下，把虚拟设为不小于256M，不大于382M比较合适，而且最大值和最小值最好一样。(8)修改外观方案WindowsXP默认的外观方案虽然漂亮，但对系统资源的占用也多，可将其改为经典外观以获得更好的性能。在桌面空白位置单击鼠标右键，从弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，会打开“显示属性”对话框，在“主题”选项卡选择主题为“Windows经典”，即可将外观修改为更为经济的Windows经典外观。(9)取消XP对ZIP支持WindowsXP在默认情况下打开了对zip文件支持，这要占用一定的系统资源，可选择“开始→运行”，在“运行”对话框中键入“regsvr32/uzipfldr.dll”，回车确认即可取消XP对ZIP解压缩的支持，从而节省系统资源。(10)关闭Dr.WatsonDr.Watson是WindowsXP的一个崩溃分析工具，它会在应用程序崩溃的时候自动弹出，并且在默认情况下，它会将与出错有关的内存保存为DUMP文件以供程序员分析。不过，记录DUMP文件对普通用户则毫无帮助，反而会带来很大的不便：由于Dr.Watson在应用程序崩溃时会对内存进行DUMP记录，将出现长时间硬盘读写操作，要很长一断时间程序才能关闭，并且DUMP文件还会占用大量磁盘空间。要关闭Dr.Watson可打开注册表编辑器，找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\WindowsNT\CurrentVersion\AeDebug”分支，双击其下的Auto键值名称，将其“数值数据”改为0，最后按F5刷新使设置生效，这样就取消它的运行了。同样，我们可以把所有具备调试功能的选项取消，比如蓝屏时出现的memory.dmp，可在“系统属性”对话框中选择“高级”选项卡，单击“启动和故障恢复”栏中的“设置”按钮，并在弹出的“启动和故障恢复”对话框中选择“写入调试信息”为“无”(如图5)。(11)启动硬盘/光驱DMA模式打开“系统属性”对话框，选择“硬件”选择卡中的“设备管理器”按钮，打开“设备管理器”窗口，在设备列表中选择“IDEATA/ATAPI控制器”，双击“主要IDE通道”或“次要IDE通过”，在其属性对话框的“高级设置”选项卡中检查DMA模式是否已启动，一般来说如果设备支持，系统就会自动打开DMA功能，如果没有打开可将“传输模式”设为“DMA(若可用)”。(12)关掉不用的设备WindowsXP总是尽可能为电脑的所有设备安装驱动程序并进行管理，这不仅会减慢系统启动的速度，同时也造成了系统资源的大量占用。针对这一情况，你可在设备管理器中，将PCMCIA卡、调制解调器、红外线设备、打印机端口(LPT1)或者串口(COM1)等不常用的设备停用，方法是双击要停用的设备，在其属性对话框中的“常规”选项卡中选择“不要使用这个设备(停用)”。在重新启动设置即可生效，当需要使用这些设备时再从设备管理器中启用它们。(13)关闭错误报告当应用程序出错时，会弹出发送错误报告的窗口，其实这样的错误报告对普通用户而言几乎没有任何意义，关闭它是明智的选择。在“系统属性”对话框中选择“高级”选项卡，单击“错误报告”按钮，在弹出的“错误汇报”对话框中，选择“禁用错误汇报”单选项，最后单击“确定”即可。另外我们也可以从组策略中关闭错误报告：从“运行”中键入“gpedit.msc”，运行“组策略编辑器”，展开“计算机配置→管理模板→系统→错误报告功能”，双击右边设置栏中的“报告错误”，在弹出的“属性”对话框中选择“已禁用”单选框即可将“报告错误”禁用。(14)关闭自动更新“自动更新”功能对许多WindowsXP用户而言并不是必需的，可将其关闭以节省系统资源。在“我的电脑”上单击鼠标右键，从快捷菜单中选择“属性”命令，选择“系统属性”对话框中的“自动更新”选项卡，勾选“关闭自动更新，我将手动更新计算机”单选框，单击“确定”按钮即可关闭自动更新功能。如果在“服务”已经将“AutomaticUpdates”服务关闭，“系统属性”对话框中的“自动更新”选项卡就不能进行任何设置了。(15)去掉菜单延迟去掉菜单弹出时的延迟，可以在一定程度上加快XP。要修改的键值位置在“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”。修改其下的“MenuShowDelay”键，把默认的400修改为0，按F5刷新注册表即可生效。(16)清除预读文件WindowsXP的预读设置虽然可以提高系统速度，但是使用一段时间后，预读文件夹里的文件数量会变得相当庞大，导致系统搜索花费的时间变长。而且有些应用程序会产生死链接文件，更加重了系统搜索的负担。所以，应该定期删除这些预读文件。预计文件存放在WindowsXP系统文件夹的Prefetch文件夹中，该文件夹下的所有文件均可删除。(17)关闭自动播放功能在WindowsXP中，当往光驱中放入光盘或将USB硬盘接上电脑时，系统都会自动将光驱或USB硬盘扫描一遍，同时提示你是否播放里面的图片、视频、音乐等文件，如果是拥有多个分区的大容量的USB硬盘，扫描会耗费很长的时间，而且你得多次手动关闭提示窗口，非常麻烦。这种情况下我们可以将WindowsXP的自动播放功能关闭。运行“组策略”程序。在组策略窗口左边栏中，打开“计算机配置”，选择“管理模板”下的“系统”，然后在右边的配置栏中找到“关闭自动播放”并双击它，会弹出“关闭自动播放属性”对话框。在其中“设置”选项卡中选择“已启用”，“关闭自动播放”下拉列表中选择“所有驱动器”(如图6)。这样以后就不用担心WindowsXP的“自动播放”功能带来的麻烦了。如果你只是想禁止系统扫描某个驱动器(如USB硬盘)上的文件，可采用下面的方法。先连上你的USB硬盘，让系统将它识别出来。然后打开“我的电脑”，选择USB硬盘上的某个分区，按鼠标右键，会弹出磁盘属性窗口，选取“自动播放”选项卡，将所有内容的类型都选择为不执行操作。如果USB硬盘有多个分区，对所有分区都进行同样的操作，这样当你将USB驱动器拔掉再重新接上时，系统会将USB硬盘识别出来，而不会反复问你是否播放USB硬盘中的文件了。3.加快关机速度WindowsXP的关机速度要慢于启动速度，特别有些任务还需要手工结束，更加延缓了关机速度。因此，要加快关机速度，首先要开启WindowsXP的自动结束任务功能。具体步骤是：从注册表中找到“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”，把“AutoEndTasks”的键值设置为1即可。然后再修改“HungAppTimeout”为“4000(或更小)”(预设为5000)，该键值同样也在“HKEY_CURRENT_USER\ControlPanel\Desktop”下；最后一步再找到“HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Control\”，同样把WaitToKillServiceTimeout设置为“4000”；通过这样设置后的关机速度明显要加快了。够全面吧~~◆二、硬件优化设置◆1、关掉不用的设备

在设备管理器中，将PCMCIA卡、调制解调器、红外线设备、打印机端口(LPT1)或者串口(COM1)等不常用的设备停用，在要停用设备属性对话框中的“常规”选项卡中选择“不要使用这个设备(停用)”。当需要使用这些设备时再从设备管理器中启用它们。◆2、内存性能优化

WindowsXP中有几个选项可以优化内存性能，它们全都在注册表下面位置：HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSession

ManagerMemory

Management

1）禁用内存页面调度（Paging

Executive）

XP会把内存中的片断写入硬盘，我们可以阻止它这样做，让数据保留在内存中，从而提升系统性能。256M以上内存才使用这个设置。把“DisablePagingExecutive”的值从0改为1就可以禁止内存页面调度了。

2）提升系统缓存

必须有256M以上的内存，才激活它。把LargeSystemCache键值从0改为1，一般来说，这项优化会使系统性能得到相当的提升，但也有可能会使某些应用程序性能降低。

3）输入/输出性能

内存大于256M才更改这里的值，这个优化只对server（服务器）用户才有实在意义，它能够提升系统进行大容量文件传输时的性能。建一个DWORD（双字节值）键值，命名为IOPageLockLimit，数值设8M－16M字节之间性能最好，具体设什么值，可试试哪个值可获得最佳性能。这个值是用字节来计算的，比如你要分配12M，就是12×1024×1024，也就是12582912。◆3、启动硬盘/光驱DMA模式

“系统属性”－“硬件”－“设备管理器”，在设备列表中选择“IDE

ATA/ATAPI控制器”，双击“主要

IDE

通道”或“次要

IDE

通道”，在其属性对话框的“高级设置”选项卡中检查DMA模式是否已启动，一般来说如果设备支持，系统就会自动打开DMA功能，如果没有打开可将“传输模式”设为“DMA（若可用）”（在BIOS里也应该要先设为支持DMA）。

◆4、关闭自动播放功能

运行“组策略”程序,在组策略窗口左边栏中打开“计算机配置”，选择“管理模板”下的“系统”，然后在右边的配置栏中找到“关闭自动播放”并双击它，会弹出“关闭自动播放属性”对话框，在其中“设置”选项卡中选择“已启用”，“关闭自动播放”下拉列表中选择“所有驱动器”。

◆5、设置二级缓存容量

WindowsXP有时无法自动检测处理器的二级缓存容量，需要我们手动设置。运行注册表编辑器，找到HKCU_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlSession

ManagerMemory

Mana