Arduino平台下植物状态监测系统的设计与实现毕业论文

错误!未定义书签。Abstract 错误!未定义书签。 I 1 2 2 2 2 2 3 3 3 32.3.1关键字 42.3.2语法符号 42.3.3运算符 42.3.4数据类型 52.3.5常量 52.3.6结构 52.3.7功能 6 6 7 73.1.2通信接口 83.1.3下载程序 83.1.4注意要点 8 83.3开发环境 4.1设计思路 .4.2设计步骤 4.2.1设置网络 4.2.4处理分析结果 4.2.5设置预警 4.2.6与用户交互 6.1设计目的 6.2.1网络连接 6.3.1编译程序 7运行环境与结论 7.1硬件环境 7.3运行环境 7.4运行结果 存在的问题和不足 总结 前言种型号的Arduino板）和软件（ArduinoIDE)。它是一个基于开放原始码的软硬件平台，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。Arduino包含两个主要的部分：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。随着传感器技术、通信技术和物联网技术的发展逐渐触及社会的每一个角落。不论在农业生产与个人生活中都可以用物联网技术让其变得更好。在农业生产和个土壤湿度是植物生长状态的一项重要指标。例如郁金香的生长期适温为5-20℃,最佳温度为15-18℃,植株的生育温度应保持在0-25℃。郁金香根系的生长温度宜在5℃以上，14℃以下，尤为10℃左右最佳。花芽分化的适温为17-23℃,超的低温，当温度保持在8℃以上时开始生长。本系统主要是完成了对土壤湿度的实时监测，并根据所需RH围与实际RH数据的实时上传和与用户的交互。1.1单片机定义），），是中央处理器，存储器，定时器/计数器（定时器/计数器），所有的输入和输出接口都集成在集成电路芯片上的微型计算机。1.2单片机和个人计算机之间的异同计算机工程有以下几部分组成：中央处理单元（CPU运行，控制）和随机存取存储器RAM（数据存储只读存储器（ROM输入/输出设备I/O（串行和并行输出端口等）。在个人电脑（PC）这些部分被分成几片，安装在印刷电路板称为主板上。在供应链管理中，这些都是一块集成电路芯片的一和模拟/数字转换（A/D）等。计算机在高端应用，中低端单片机的应用，两者都有各自的生活空间，至少在短期会有一个替代的另一种情况。1.3单片机的功能理器的冰箱的温度？关键是看是否足够，是否有良好的性能价格比。如果冰箱需要处理核心的温度控制，价格价格。单片机控制，常用于工业生产和生活有关的程序和控制（如：电子琴，冰箱，空调和其他情报）。1.4单视图这是一个atmega328pPU微控制器，8位处理器，基于20MHz频率AVR指令图1-1Atmega328P-PU单片机2Arduino的基本组成Arduino，是一个开放源代码的计算机控制器，基于开放源和软件平台，基于开放源代码的简单接口的I/O版本，并有一个类似的Java，C语言的开发环境，处理/接线。2.2Arduino的诞生2005冬，马西莫Banzi和戴维Cuartielles讨论学生抱怨微控制器问题缺设计学生的编程语言。两天后，戴维Mellis.写代码。三天以后，董事会是完整的。电路板被命名为Arduino。随后Banzi，Cuartielles，和Mellis把原理图在线。保持开源理念的设计，因为著作权法律监督是开源软件，但它是很难使用的硬件，他们决定采用创作共用许可证。在CreativeCommons许可，任何人不用费，甚至不允许获得Arduino团队。只保留名称Arduino。它是作为商标注册。2.3Arduino语言Arduino语言是建立在C/C+的+基础，也是基于C语言。while2.3.2语法符号;+-整数类型2.3.5常量示低电平（0）。），OUTPUT表示输出（AVR能提供5V电压40mA电流）。），以上为基础C语言的关键字和符号，大家可以了解，具体使用可以结合实验的程序。2.3.6结构voidsetup()初始化发量，管脚模式，调用库函数等voidloop()连续执行函数的语句2.3.7功能pinMode(pin,mode)数字IO口输入输出模式定义函数，pin表示为0~13，mode表示为INPUT或OUTPUT。0～13，value表示为HIGH或LOW。比如定义HIGH可以驱动LED。value表示为HIGH或LOW。比如可以读数字传感器。模拟I/ODiecimila为0～5（Arduinonano为0～7）。比如，可以读模拟传感器（10位AD，0～5V表示为0～1023）。analogWrite(pin,value)-PWM数字IO口PWM输出函数，Arduino数示为0～255。比如，可用于电机PWM调速或音乐播放。时间函数delay(ms)延时函数（单位ms）。delayMicroseconds(us)延时函数（单位us）。fromLow与toLow之间和fromHigh与toHigh之间。pow(base,exponent)开方函数，base的exponent次方。1块1块DHT11温湿度传感器导线若干准模板。乌诺处理器核心是ATmega328，14个数字输入/输出（包括6路PWM输），一个扩展报头和复位按钮。联合国已经发布了第三版，与前两版相比具有以下新的特点：的发展应该与5V和3.3V的核心板兼容。这提高了复位电路的设计，USB接口芯片的atmega16u2代替atmega8u2。图3-1改进ArduinoUno。图3-1ArduinoUNOl处理器ATmega328l输入电压（推荐）7-12Vl模拟输入脚6lFlashMemory32KB3.1.2通信接口串口：ATmega328置的UART可以通过数字口0（RX）串口通信；ATmega16U2可以访问数字口实现USB上的虚拟串口。TWI（兼容I2C）接口。SPI接口。3.1.3下载程序ArduinoUNO上的ATmega328已经预置了bootloader程序，因此可以通过Arduino软件直接下载程序到UNO中。也可以直接通过UNO上ICSPheader直接下载程序到ATmega328。ATmega16U2的Firmware（固件）也可以通过DFU工具升级。ArduinoUNO上USB口附近有一个自恢复的保险丝，对电路起到保护作用。当电流超过500mA时会断开USB连接。丝印“RESETEN”处可以使能和禁止该功能。3.2DHT11传感器和LY-69DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP存中，传感器部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。技术参数输出：单总线数字信号测量围：湿度20-90%RH，温度0~50℃测量精度：湿度+-5%RH，温度+-2℃分辨率：湿度1%RH，温度1℃互换性：可完全互换，图3-2DHT11的湿度，通过电位器调节控制相应阀值，湿度低于设定值时，DO输出高电平，3.3V-5V，设有固定螺栓孔，方便安装，PCB尺寸：3.2cm*1.4m。图3-3LY-69/FC-28示。图3-4开发环境4.1设计思路对于植物养殖最重要的就是植物的养殖环境，环境的整体情况直接影响植物的生长。环境的整体情况可以从一些具体的数据体现，例如空气的温度，相对湿采集到数据后是最重要的分析数据，我们先把数据通过ArduinoUNO和W5100扩展板上传到后台WEB平台，然后再WEB平台设置相应的温度，佳值和低于标准或高于标准的值。将他们和上传的数值相较，如果不正常的话做出相应的反应，例如低于或高于标准值的时候，发送短信、和微博提醒。后台 植物生长情况。4.2设计步骤4.2.1设置网络设置上传数据需要的网络环境。利用DHT11和LY-69两个传感器分别检测出空气和土壤的温度和相对湿度。以Arduino板连接传感器获取检测出的数据。环境的判断。4.2.4处理分析结果将数据记录下来，随着时间推移形成曲线图。4.2.5设置预警将温度、相对湿度数值的不同围分别设置为正常、良好、非正常。4.2.6与用户交互情况到相应微博，相应数值不正常时会通过短信、提醒用户。器插入土壤就可以开始监控其生长环境。1）DHT11会采集空气中的温度和相对湿度，LY-6度。用户。用户可以通过微信随时查看监测到的情况。图5-1监测系统工作图图5-2监测系统工作流程图6.1设计目的况定时发送给用户，用户也可以随时查看监测到的植物状况。6.2.1网络连接设计思路料后发现有很多连接网络的办法，有Arduino+以太网，蓝牙等方法，最后选择的是Arduino+w5100扩展板连接网络。将AduinoUNO3与配套的EthernetW5100扩展板连接到一起，以AruidnoUNO3来控制程序，EthernetW5100扩展板连接网线通过路由器上网。以笔记本作为Router，网线一端直接连接到笔记本，另一端连接EthernetW5100扩展板。笔记本需要将类似Router的功能打开，将正在使用的网络适配器打开，设置Internet协议版本4（TCP/IPv6）设置DNS和主机的IP地址，子网掩码。再去Arduino1.5.5-r2设置IPAddressip，IPAddressmydns，IPAddressgw， 过此计算机的INTERNET来连接，设置允许使用WEB服务器HTTP80端口。图6-1设计思路首先测试连接成功与否，成功则测试获取数据成功与视器，不成功则请检查针脚。1）获取DHT11的数据：设置数据接受引脚为3，将ArduinoUNO3扩展板W5100上的电源5V和GND线连接到面包板上，将DHT11按照对应引脚连接到面包板，将DHT11在面包板上对应的数据引脚连接到ArduinoUNO3扩展板W5100上3号引脚。设置好相应的数据接口名字。2）获取LY-69的数据：将LY-69连接到控制板，控制板上有ACC、GND、DATA线，分别按照方法1）的连接方法连接到面包板，将ArduinoUNO3扩展板W5100上数据引脚3号连接到面包板，再把LY-69控制板的DATA线连接到面包板对应的引脚中。设置好相应的数据接口名字。图6-2图6-36.3.1编译程序点击编译按钮，编译按钮会发成黄色，下面出现正在编译sketch.....，这表示软件正在对你所写的程序进行编译，如图6-4所示。图6-4编译程序程序编译成功，并且没有语法上的错误。如图6-5所示。图6-5编译完成图6-6所示。图6-6选择板型图6-7选择串口点击上传按钮，同时板子上标有TX和RX的灯会亮，如图6-8所示。图6-8上传程序查看串口，连接成功如图6-9所示。图6-9串口查看7运行环境与结论7.1硬件环境存（RAM）：4GB操作系统：Windows7professional(ServicePack1)系统类型：64位操作系统7.3运行环境），Windows7（Microsoft.NETFrameworkSDK），7.4运行结果书要求的功能，基本满足植物状态监测的整体要求，运行结果如图。图7-1运行结果图1图7-2运行结果图2图7-3运行结果图3图7-4运行结果图4图7-5实物图存在的问题和不足实很多，就不一一举例，简单说几个遇到的问题。面包板的选择问题，开始用的买Aduinouno送的面包板并不是很好用，经常出现断开的情况，后来又专门买了一款开发用的面包板解决了问题。在连接网络的时候应该只要能上网的网络应该都能连接上，能够实现数据上传，结果并不是如此，在上传到乐联网的时候就无法上传，铁通能够登陆乐联网，但是没有铁通的，铁通网络不能对其上传数据。最后是换成了电信宽带才成功上传。开的时候每个传感器都没有问题，可以实现采集与上传，Arduino中格式化输出也不能随便写，会导致连接问题，这个问题困扰了很久，设计的时候也存在很多不足，自己对于知识掌握度比较做自己不擅长或者说没接触过的领域时，功课做的不够就很多可以避免的错误。以后的学习生活中当尽量避免这次犯的错误。总结此次毕业设计的题目在接到之前自己都没有接触过Arduino这种物联网的题目，自己去买了Arduino相关的书籍，也去图书馆查阅过一些资料，但是我却没有深入的学习思考有关物联网或者Arduino的技术，如何在Arduino平台用不在本次毕业设计开始后，我有时会怀疑自己能否完成此次毕业设计。平时看到的物联网的东西感觉都很高端，对那种智能化的家电和智能化小车等设计都认为不是现