實現(xiàn)基于單片機的農業(yè)監(jiān)測控制系統(tǒng)

摘要 隨著人工智能技術的不斷進步，物聯(lián)網(wǎng)技術與日常生活逐漸緊密相關，越來越多的農業(yè)檢測控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化處理，大大節(jié)省了人力物力，有效提高農業(yè)領域的管理效率，推動產業(yè)的迅速發(fā)展。針對傳統(tǒng)農業(yè)領域管理復雜、不能有效監(jiān)控農業(yè)溫濕度的問題，本文利用人工智能技術，基于STM32嵌入式設備有效對農產品的生長環(huán)境進行實時監(jiān)控并采取智能化管理模式，構建智能化農業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控及智能化處理。 本文主要實現(xiàn)的工作如下： (1)針對農業(yè)領域農作物生長環(huán)境的溫度不能實時監(jiān)控，導致農作物過熱產量下降的問題，結合物聯(lián)網(wǎng)技術，基于STM32嵌入式設備，利用溫度傳感器實時監(jiān)控環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，設計電機驅動電路，結合風扇有效對農作物實現(xiàn)降溫處理。(2)針對農業(yè)領域農作物生長環(huán)境的濕度不能有效監(jiān)控，導致農作物旱死或澇死問題，基于STM32嵌入式設備，利用濕度傳感器有效監(jiān)控環(huán)境濕度，設計繼電器驅動電路，有效對農作物實現(xiàn)灌溉，又或是切換模式，實行定時灌溉。關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；溫度監(jiān)控；濕度監(jiān)控；STM32

AbstractWiththecontinuousadvancementofartificialintelligencetechnology,theInternetofThingstechnologyisgraduallycloselyrelatedtodailylife.Moreandmoreagriculturaldetectionandcontrolsystemsrealizeintelligentprocessing,whichgreatlysavesmanpowerandmaterialresources,effectivelyimprovesmanagementefficiencyintheagriculturalfield,andpromotesindustrialRapiddevelopment.Inordertosolvetheproblemofcomplexmanagementinthetraditionalagriculturalfieldandunabletoeffectivelymonitoragriculturaltemperatureandhumidity,thisarticleusesartificialintelligencetechnologytoeffectivelymonitorthegrowthenvironmentofagriculturalproductsinrealtimebasedonSTM32embeddeddevicesandadoptsintelligentmanagementmodetobuildanintelligentagriculturalmonitoringsystemRealizereal-timemonitoringandintelligentprocessingofthesystem.Themainworkofthisarticleisasfollows:(1)Aimingattheproblemthatthetemperatureofthecropgrowthenvironmentintheagriculturalfieldcannotbemonitoredinrealtime,resultinginthereductionofcropoverheating,combinedwiththeInternetofThingstechnology,basedontheSTM32embeddeddevice,thetemperaturesensorisusedtomonitortheambienttemperaturedatainrealtime,themotordrivecircuitisdesigned,andthefanEffectivelyreducethetemperatureofcrops.(2)Thehumidityofthecropgrowthenvironmentintheagriculturalfieldcannotbeeffectivelymonitored,resultingintheproblemofdroughtorwaterloggingofcrops.BasedontheSTM32embeddeddevice,ahumiditysensorisusedtoeffectivelymonitortheenvironmentalhumidity,andarelaydrivecircuitisdesignedtoeffectivelyimplementregularirrigationofcrops,orswitchmodesandimplementtimedirrigation.Keywords:InternetofThings;Temperaturemonitoring;Humiditymonitoring;STM32目錄1.緒論 1.緒論1.1研究背景隨著科學技術的不斷進步，互聯(lián)網(wǎng)技術成為新一代通信領域中不可缺失的一部分，慢慢發(fā)展到萬物互聯(lián)程度。物理網(wǎng)技術的定義可通過全球定位技術、嵌入式傳感器、紅外熱像、激光掃描等信息化處理，通過某種規(guī)定的協(xié)議，將生活中的物體與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，采集物體的狀態(tài)及信息，通過互聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)對物體進行智能化監(jiān)控、定位及管理?，F(xiàn)階段隨著物聯(lián)網(wǎng)的應用價值不斷提高，農業(yè)也是國民立身生存之基礎，傳統(tǒng)的農業(yè)領域，大多依賴于人力、物力，結合過往經驗，對農作物灌溉施肥，不但耗費了大量人力物力，出現(xiàn)懈怠疏忽時，也會造成水資源及農產品作料的大量浪費，不利于農業(yè)領域的可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段，隨著物聯(lián)網(wǎng)結合大量農用設備應用于農業(yè)領域越發(fā)廣泛，為農作物物聯(lián)網(wǎng)及農業(yè)領域的可持續(xù)發(fā)展奠定了夯實的基礎。以前，傳統(tǒng)種植農作物時，主要依賴前人相傳的經驗，依據(jù)天氣對農作物進行固定天數(shù)的灌溉，對于干旱與下雨天，不同程度的相隔多長時間進行灌溉。針對農作物上滋生的害蟲及病變，農戶們也需根據(jù)過往經驗，酌情使用農藥進行殺蟲處理及病變醫(yī)治。但現(xiàn)在隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷普及，農業(yè)產品與智能化相結合，可實時監(jiān)控農作物生長，采集生長環(huán)境的數(shù)據(jù)，結合數(shù)據(jù)采取相應措施，實現(xiàn)智能化處理，使農作物生長于舒適穩(wěn)定的環(huán)境中，解決過往利用經驗灌溉施肥不當引起的問題和不足。以前，傳統(tǒng)種植模式下，干旱天或暴雨天，需要人為觀看土地的狀態(tài)，根據(jù)農作物的水分吸收程度，來人為決定農作物的灌溉程度，而現(xiàn)在結合了物聯(lián)網(wǎng)技術后，只需要檢測農作物生長環(huán)境的溫濕度參量，智能化灌溉澆水，極大效率的提高了農作物的產量，并且有效控制農作物的生長周期，同時也極大促進了萬物互聯(lián)的農業(yè)普及率。1.2國內外研究現(xiàn)狀農業(yè)智能化，結合物聯(lián)網(wǎng)技術與通訊技術，在農作物的生長過程中，結合多種傳感器、通訊技術以及物聯(lián)網(wǎng)控制技術，實現(xiàn)農作物生長過程中的采集智能化、智能化分析以及控制一體化處理，實時采集環(huán)境溫度、濕度等，通過通訊技術將參數(shù)傳輸?shù)街骺啬K，由控制系統(tǒng)采取相應的降溫及繼電器控制灌溉處理，為物聯(lián)網(wǎng)的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供極大的幫助。2013年，英國政府最先發(fā)展農業(yè)智能化，首先提出“農業(yè)技術戰(zhàn)略方案”，該方案的首要目的是采用智能化技術解放人力物力，大大提高農業(yè)的產量。首次農業(yè)領域與智能化、信息化、數(shù)字化相結合，政府專門成立英國農業(yè)智能化負責小組，小組委員負責農業(yè)智能化整體戰(zhàn)略方案，在智能化農業(yè)技術發(fā)展過程中，統(tǒng)一進行農業(yè)生產管理、統(tǒng)一分配工作，實現(xiàn)種植智能化、農作物培養(yǎng)智能化，快速發(fā)展了智慧農業(yè)。緊接著美國開展智慧農業(yè)的部署，針對自身地廣人稀，不能有效管理農作物的生長發(fā)展，政府大力建設智慧農業(yè)，擴大農村智能化管理的規(guī)模，增大農村網(wǎng)絡覆蓋范圍，實現(xiàn)家家戶戶網(wǎng)絡智能化，更便捷的實現(xiàn)智慧農業(yè)。慢慢伴隨智能化設備普遍使用，政府開始大規(guī)模的將互聯(lián)網(wǎng)與農業(yè)相結合，構建農業(yè)智能化，農產品設備也迅速的發(fā)展，種植農戶借助全球GPS定位系統(tǒng)，搭建農業(yè)智能化平臺，實時監(jiān)控農作物的生長環(huán)境，可實現(xiàn)農作物生長的智能化監(jiān)管，極大推動了智慧農業(yè)的發(fā)展，有助于農作物的生長。法國因自身的氣候與天然的自然環(huán)境，非常適合農產品的生長。同時，法國自身的科技水平發(fā)展也處于領先，政府正大力的支持構建智慧農業(yè)。根據(jù)相關政策，法國政府也預想去構建一個“智慧農業(yè)”大國的智能化體系，具體實現(xiàn)將互聯(lián)網(wǎng)技術與實際的農業(yè)種植和灌溉相結合，農戶便可以在家遠程監(jiān)控農業(yè)種植環(huán)境，隨時隨地查看環(huán)境是否適宜農作物的生長，足不出戶的實現(xiàn)農業(yè)的灌溉與降溫，利用物聯(lián)網(wǎng)技術有效了解農產品的生長。日本自身人數(shù)較少，大量的農作物種植及收成缺少大量勞動力，政府針對其人數(shù)不足問題，努力發(fā)展信息技術，構建一個農產品信息數(shù)據(jù)庫，不斷收集及農產品豐收的環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，了解各國之間的農業(yè)生長情況，為自身的農業(yè)智能化做好堅實的基礎。我國，農業(yè)智能化技術相對起步較晚，最開始時候，政府為了促進智慧農業(yè)的發(fā)展，從國外購買智能化設備，因我國的土壤與氣候條件與國外天氣相差較大，設備的普適性較差。但近幾年來，我國的科技水平不斷上升，并且不斷吸取學習國外推廣的智能化農業(yè)案例，逐漸優(yōu)化自身的通信技術與傳感器類型，逐漸我國的農業(yè)智能化逐步上漲，實現(xiàn)農戶管理人員能夠遠程查看農作物的環(huán)境參量，足不出戶的進行遠程監(jiān)控。其中最有代表性的農業(yè)智能化成果案例為甘肅省蘭州市的榆中縣，響應政府的號召，大力推廣“農業(yè)領域互聯(lián)網(wǎng)+”模式，在農村的土地間進行網(wǎng)絡的覆蓋，逐漸實現(xiàn)農作物的生長智能化管理。1.3論文的主要研究內容針對傳統(tǒng)農業(yè)中耗費人力物力，管理不方便、生長環(huán)境不可控的不足，本文通過了解現(xiàn)代農業(yè)的智能化發(fā)展與物聯(lián)網(wǎng)通訊技術后，分析實現(xiàn)農業(yè)智能化設計的技術方案與實現(xiàn)路線，基于STM32嵌入式單片機構建一套農業(yè)智能化檢測控制系統(tǒng)，主要研究內容包含以下幾個方面：(1)基于STM32的復位電路及電源模塊構建主控制系統(tǒng)，結合溫度傳感器與濕度傳感器構建環(huán)境實時采集子系統(tǒng)，結合電機與繼電器控制電路構建實時控制農作物生長環(huán)境子系統(tǒng)。(2)利用溫度傳感器實時監(jiān)控環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，設計電機驅動電路，當檢測閾值超過設定的范圍值，結合風扇有效對農作物實現(xiàn)降溫處理。(3)利用濕度傳感器有效監(jiān)控環(huán)境濕度，設計繼電器驅動電路，當檢測閾值超過預先設定的范圍值時，利用繼電器控制電路，有效對農作物實現(xiàn)灌溉。1.4論文結構與內容本文根據(jù)農業(yè)智能化的實際內容，實際章節(jié)安排如下所示。第一章為緒論部分，主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)結合農業(yè)智能化監(jiān)測控制的研究背景，闡述了國內外對智慧農業(yè)的研究現(xiàn)狀，同時根據(jù)國內外背景構建本文的主要研究內容及開展的方向，最后分開描述了論文的結構與內容。第二章為系統(tǒng)的整體規(guī)劃方案與實施的關鍵性技術，主要包括了論文系統(tǒng)整體的設計原則，系統(tǒng)微處理器的選型以及本系統(tǒng)的優(yōu)劣勢。第三章主要介紹了系統(tǒng)的硬件電路設計規(guī)劃方案，按照系統(tǒng)整體的硬件方案，分別分析并介紹了子系統(tǒng)各個硬件電路的組成部分，主要為主控制系統(tǒng)的組件例如復位電路、晶振、電源模塊等信息，以及子系統(tǒng)的電機硬件電路、繼電器硬件電路、溫濕度傳感器的硬件電路、OLED顯示電路。第四章主要介紹了系統(tǒng)的軟件設計規(guī)劃方案，首先闡述了系統(tǒng)軟件設計的需求分析，根據(jù)各模塊的硬件電路構建基于STM32的農業(yè)環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)的軟件平臺。主要包括環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件、OLED的軟件設計。并結合軟件方案進行整體測試。第五章為總結與展望，簡要描述了論文開展的主要研究內容，并對系統(tǒng)自身的不足之處提出了改進，開展了未來展望。2.系統(tǒng)的整體需求及關鍵技術2.1系統(tǒng)的整體需求本論文實現(xiàn)的農業(yè)智能化管理主要實現(xiàn)對環(huán)境的溫濕度進行監(jiān)控，并設計相應的溫濕度控制系統(tǒng)，能夠有效的管理農作物生長環(huán)境，構建農作物生長的適宜環(huán)境，推動農業(yè)智能化檢測與控制的發(fā)展。溫度和濕度對于農產品的生長具有極大的作用，當溫度較高時，害蟲滋生率以及農產品病變率直線上漲，而溫度相對較低時，農產品果實的生長率又會大大受減，大大影響農產品的產量。當濕度較高的時候，農產品會過澇，影響產量與產值。濕度較低的時候，農產品自身枝葉吸水又會受影響，水分過少會影響農作物自身的生長與結果，不利于生長發(fā)育?？偟膩碚f，不管是濕度值還是溫度值過高或過低都會不利于農產品的生長發(fā)育，影響其產量。本文設計的智能化農業(yè)檢測控制系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)代農業(yè)的實際狀況研究得到以下需求：需要實時采集農產品生長環(huán)境的溫度與濕度參量（2）在每個參量的采集傳輸顯示后，需要設計主控制系統(tǒng)，對環(huán)境參量設置相應的閾值，其閾值的設定根據(jù)農產品的實際的生長適宜性（3）可以在顯示系統(tǒng)中實時查看采集的閾值，設計環(huán)境降溫與灌溉控制子系統(tǒng)，有效實時的面對環(huán)境溫度過高或濕度較低時采取相應的措施。2.2系統(tǒng)的設計原則(1)系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要指系統(tǒng)完成實現(xiàn)設定的指令，不受環(huán)境影響，能夠達到預期規(guī)劃的能力。本文的農業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設計，要充分考慮好各個傳感器之間的合作性，元器件內部的電子特性能否達到系統(tǒng)規(guī)劃的要求，并且數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)會不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問題，硬件設計部分考慮原理圖布線的規(guī)范性，以及硬件系統(tǒng)的抗干擾能力。(2)整體規(guī)劃簡單方便本系統(tǒng)總體設計階段，要考慮系統(tǒng)的簡易性以及用戶的接受性。同時系統(tǒng)實現(xiàn)的簡單方便并且易于操作，降低了專業(yè)術語接受的難度性，提高用戶的學習速度，可以大大吸引系統(tǒng)的實用者，更有助于農業(yè)監(jiān)測控制系統(tǒng)的推廣，為農業(yè)智能化發(fā)展提供較大的助力。（3）性價比系統(tǒng)的性價比部分也是系統(tǒng)選型的重要考慮因素，元器件的選型在相同的價錢下，選用性能穩(wěn)定、功耗較低的元器件，或者性能相同的情況下選用價錢較低的元器件，可以大大節(jié)省預算。如果同等功能下，分別使用硬件電路和軟件設計都能實現(xiàn)的條件下，系統(tǒng)的設計可以選擇軟件設計，節(jié)省系統(tǒng)的成本預算，節(jié)省開銷，提高農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的性價比。 2.3微處理器的選擇微處理器設計是農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的核心主控部分，其性能好壞直接決定著整個控制系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的運轉，是否達到預期的實現(xiàn)目的。同時微處理器的選型也要滿足農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性、性價比較高等特性。農戶根據(jù)傳感器采集的環(huán)境參數(shù)，傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)，微處理根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)的分析作出判斷，針對性的對環(huán)境溫度進行控制，有效的控制風扇電機或灌溉控制的繼電器開關，進行有效降溫灌溉，實現(xiàn)農產品的智能化管理控制。當下使用率與穩(wěn)定性較高的處理器芯片有FPGA、DSP以及單片機等，而不同的處理器芯片對農業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的作用也是不同的。下面對比這三種芯片，根據(jù)其穩(wěn)定性、可靠性及性價比選擇本系統(tǒng)的控制芯片。FPGA全稱為現(xiàn)場可編程門陣列，內部電路由GAL、CPAD等可編程邏輯器件組成，同時作為集成電路的代表性控制芯片，F(xiàn)PGA的出現(xiàn)解決了電路內部構造產生的問題。FPGA內部電路主要由三部分構成，輸入單元、輸出單元以及模塊間的構線連接。使用者根據(jù)預先設想的邏輯電路，對其內部邏輯模塊進行修改，對其輸入模塊以及輸出模塊進行相應的設定，針對邏輯電路中門電路較少引起的資源不足問題，改變FPGA的工作狀態(tài)，不需要更換其功能，修改內部芯片的程序即可改變硬件電路的形成。達到使用程序改變電路模塊的目的。FPGA自身的資源豐富，功能擴展性較強，但是其芯片自身的成本過高，并且不利于開發(fā)者簡便上手，不是本農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的合理選擇。DSP全稱為數(shù)字信號處理器，常常對相關輸入信號進行相應變換處理，其內部電路主要由超大規(guī)模的集成電路構建完成，以較短時間內處理大量信號而聞名。DSP內部結構采用的是哈佛結構，具體內部的數(shù)據(jù)控制器與指令控制器分開工作，指令數(shù)據(jù)分開處理存儲，從而使輸入信號的數(shù)據(jù)吞吐量大大提高，極大節(jié)省了處理時間，提高運行效率。同時DSP內部電路由大量的累加器以及乘法器構建而成，數(shù)據(jù)處理運算量特別快，每秒鐘可運算上億次數(shù)據(jù)；同時具有較多的硬件寄存器，并可以同時支持直接尋址、間接尋址以及寄存器尋址等三種尋址方式，資源廣闊，這樣可以保證數(shù)據(jù)間的實時處理，又能大大提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。但唯一不足為上手較為復雜，操作繁瑣。單片機又被稱為單片微型控制器，是一種集合中央處理器、只讀存儲器、隨機存儲器、EEPROM、不同定時器以及各個I/O口的集成電路控制器。相較于FPGA、DSP等處理器，單片機具有結構簡單、性價比高、功耗較低、穩(wěn)定性較強的功能。而常用的單片機又根據(jù)其地址位與數(shù)據(jù)位之間的寬度不同分為8位、16位和32位單片機。不同位數(shù)的單片機也決定著其性能的高低，常用的32位處理器中，又以STM32使用率及性價比低、穩(wěn)定性強等優(yōu)點應用率較高，資源更加豐富，并且官方開發(fā)的庫函數(shù)為開發(fā)者提供極大的便利性，上手簡單易懂，內部大量的寄存器，為開發(fā)者構建農業(yè)監(jiān)測控制系統(tǒng)提供極大的便利性。STM32處理器作為ARM處理器的一種，市場應用率以及技術開發(fā)率都是首屈一指。內核為Cortex-M3，內部資源豐富，性能穩(wěn)定，代碼的可移植性較強，同時具有功耗低、性價比較高等有優(yōu)勢，本文考慮農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的總體設計與預期目標，結合設計原則，最終選定了型號為STM32F103C8T6的處理器作為本文的主控芯片，其原理圖引腳如下圖2.1所示，其優(yōu)勢與特點如下：圖2.1STM32F103的最小系統(tǒng)內核：基于哈佛結構的Cortex-M3內核，晶振為12MHz，通過鎖相環(huán)倍頻6倍，工作頻率達到72MHz，資源豐富，能夠快速計算指令程序的與和或操作，完成硬件間的乘法。存儲器：內部電路集成大小為512KB的Flash處理器，同時具備ROM與RAM處理器，處理速度較快。主控處理器的功耗低，具有內部時鐘模塊，管理外設的時鐘開關，進而控制每個外設的功耗。資源較多，STM32片上處理器具有豐富的I/O口，可以擴展實時處理傳感器的數(shù)據(jù)以及同時串行降低環(huán)境溫度以及及時灌溉。外設比較豐富，處理器的外設擴展性較強，同時通信協(xié)議的支撐性以及可延展性較強，支持大量的通信協(xié)議，例如SPI、CAN、USB、IIC、串口等。除了以上優(yōu)點之外，STM32的電源模塊的組成較為廣泛，可利用電源模塊從3.6-12V之內電壓調節(jié)供電處理，同時開發(fā)語言也是開發(fā)者使用率較高的C語言，開發(fā)性較強。2.4本章小結本章根據(jù)農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的實際情況描述了系統(tǒng)的整體需求，同時提出了系統(tǒng)的設計原則，根據(jù)實際設計原則，從FPGA、DSP以及單片機對系統(tǒng)整體進行了處理器選型，根據(jù)其功耗性以及性價比對比，選取了32位單片機STM32作為本系統(tǒng)的主控芯片，并詳細介紹了其優(yōu)勢與原理圖，能夠有效穩(wěn)定的完成系統(tǒng)處理。3.系統(tǒng)的硬件設計3.1總體硬件的設計方案本文設計的農業(yè)檢測控制系統(tǒng)主要由三部分組成：主控模塊、環(huán)境溫濕度參量采集子系統(tǒng)、適宜農作物生長環(huán)境控制子系統(tǒng)。其中主控模塊主要根據(jù)傳輸?shù)臏貪穸葏⒘?，同時將溫濕度參量實時顯示在OLED顯示屏上，根據(jù)實際農作物生長狀況設定相應閾值，同時設定自動模式以及定時模式，根據(jù)閾值的設置及時對控制系統(tǒng)做出相應的反應；環(huán)境溫濕度參量采集子系統(tǒng)，主要是結合溫度傳感器以及濕度傳感器不斷采集環(huán)境的參量，通過I/O口通信技術傳輸?shù)街骺啬K；環(huán)境控制系統(tǒng)主要是接受到主控模塊的相應指令后，控制風扇電機以及繼電器控制系統(tǒng)進行相應的降溫與灌溉處理。其中硬件主控系統(tǒng)采用STM32主控模塊，采集的環(huán)境參量為農作物的溫度與濕度，選用的傳感器為DHT11濕度傳感器以及DS18B20溫度傳感器。具體流程圖如3.1所示。圖3.1系統(tǒng)的主流程圖3.2基于STM32的主控模塊本控制系統(tǒng)采用STM32F103C8T6作為控制處理器，能夠實時處理分析接受環(huán)境溫濕度，農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的主要模塊主要由電源模塊、電機驅動模塊、繼電器驅動模塊、溫度傳感器采集模塊、濕度傳感器采集模塊以及OLED溫濕度數(shù)據(jù)實時顯示模塊。其外圍電路的結構圖如3.2所示。圖3.2基于STM32的農業(yè)檢測系統(tǒng)硬件框圖3.2.1電源模塊電源模塊負責整個系統(tǒng)的供電及能量的運轉，電源模型設計的好壞直接決定著系統(tǒng)的穩(wěn)定性工作以及元器件的使用壽命問題，不僅考慮到各模塊的正常工作電壓問題，還要充分的考慮好不同電壓之間的信號差產生的干擾性問題。電源模塊設計原則主要包括考慮模塊子系統(tǒng)輸入的電流、電壓及功率。本設計考慮電機及繼電器的工作電壓范圍采用MP2303A降壓芯片構建5V穩(wěn)壓電路，具體原理圖如下圖3.3所示。同時考慮到溫度傳感器與濕度傳感器的工作穩(wěn)定性，采用LM1117芯片構建3.3V穩(wěn)壓芯片，如圖3.4所示。圖3.35V穩(wěn)壓電路圖3.43.3V穩(wěn)壓電路本文采用MP2303A與LM1117作為降壓芯片，其內部都包含固定的穩(wěn)壓器以及穩(wěn)定的頻率振蕩器，可以結合較少的元器件構建穩(wěn)定降壓電路，同時大大減小電路面積。同時該芯片內部攜帶電壓保護電路，能夠限制電壓及電流的不穩(wěn)定，因此此器件的選型是構建穩(wěn)定電路的基礎。3.2.2電機驅動電路設計電機工作主要由內部線圈的不斷轉動產生相應的電流進而帶動電機栓子的轉動，當電機栓子上的線圈平行于電路磁場時，轉子受到的磁場力將會發(fā)生變化，從而改變轉子末端的電刷方向，這樣電刷自身上線圈電流方向相應改變，但實際電流產生的洛倫茲力并沒有變化，我們生活中?？匆姷碾姍C轉動只保持一個方向。而電機的工作原理也是電刷線圈會感應電動勢發(fā)生交變，配合電刷的不斷換向。電機的正常運轉需要驅動電路的設計。電機的驅動本文選取的驅動芯片為L298N，因其自身驅動穩(wěn)定，價格較為低廉，開發(fā)簡單，被開發(fā)者廣泛接受。具體的驅動硬件電路如圖3.5所示。圖3.5L298N硬件控制電路3.2.3繼電器驅動電路設計為了更好的對農產品環(huán)境實現(xiàn)灌溉控制目的，本控制系統(tǒng)考慮使用繼電器進行灌溉的開關控制。繼電器主要有安全保護電路及自動調節(jié)開關的工作，內部電路導通后，自動打開灌溉澆水開關，利于農作物生長，當濕度達到一定程度后，繼電器內部電路關閉，使農作物灌溉停止。本系統(tǒng)采用型號為JQC-3F的繼電器模塊，在硬件設計電路中需要加入二極管及PN結進行保護，起到抗干擾的功能。通過控制系統(tǒng)對繼電器模塊的有效開關來實現(xiàn)對農產品的有效灌溉，從而對環(huán)境的濕度參量進行相應的控制。具體繼電器的硬件電路如下圖3.6所示。圖3.6繼電器硬件控制電路3.2.4溫濕度傳感器的硬件電路設計本系統(tǒng)選用的溫濕度傳感器的型號為DHT11，是市面上使用率較高的溫濕度傳感器。其內部電路結構較為簡單，主要由一個簡易的溫度測試元件以及電阻式的感濕元件組成，采集濕度參量穩(wěn)定性較高，可靠性更強。因其體積較小，操作簡單，功耗低等優(yōu)勢被開發(fā)者使用頻率較高，同時與STM32主控芯片搭配，性能更高。下圖3.7為DHT11溫濕度傳感器實物圖像。圖3.8為電路的硬件原理圖。圖3.7DHT11濕度傳感器實物圖圖3.8DHT11濕度傳感器硬件原理圖3.2.5OLED顯示模塊的電路設計OLED，全稱為有機發(fā)光二極管。顯示屏自身通過IIC通信協(xié)議軟件驅動，不需要背光源的引導，自發(fā)光、并且內部二極管視角光，自身屏幕厚度較薄，對比度較高，內部電路信號反應速度快而聞名。傳統(tǒng)LCD需要背光顯示，但OLED自身發(fā)光。下面圖3.9為OLED的硬件電路圖。圖3.9OLED顯示屏硬件原理圖3.3本章小結本章依據(jù)總體硬件設計方案，分別介紹了農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的硬件組成電路，著重敘述了各個模塊的硬件電路，具體包含電源模塊、電機驅動電路、繼電器的驅動電路、溫濕度傳感器的硬件電路圖以及OLED顯示屏的硬件電路，分別詳細描述了選型的考量性，并介紹了其組成電路及自身器件工作優(yōu)勢，各模塊的硬件組成電路為控制系統(tǒng)的正常工作打下堅實的基礎。4.系統(tǒng)的軟件設計4.1系統(tǒng)軟件設計的需求分析農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的軟件部分對整個控制系統(tǒng)的完成起到不可缺少的一部分，為了達到整個系統(tǒng)最終實現(xiàn)功能的穩(wěn)定性及實時性，本文對整個系統(tǒng)的軟件部分的子系統(tǒng)進行討論，預計實現(xiàn)的功能主要有以下幾個部分：（1）數(shù)據(jù)的采集模塊：基于溫濕度傳感器對農產品生長環(huán)境實時采集，整合數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。（2）數(shù)據(jù)的顯示模塊：數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)，經主控系統(tǒng)軟件驅動后，借助OLED模塊實時顯示環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)的處理模塊：數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)，經主控系統(tǒng)根據(jù)農作物生長環(huán)境設定相應閾值進行數(shù)據(jù)的處理，當超過閾值向環(huán)境控制模塊發(fā)出指令。（4）環(huán)境控制模塊：電機與繼電器驅動電路，接收到主控系統(tǒng)發(fā)送的降溫及灌溉指令，對相應設備發(fā)出控制指令，及時進行農作物的降溫及灌溉。4.2STM32數(shù)據(jù)采集模塊軟件設計農作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊的主要實現(xiàn)功能為借助結合A/D技術，采用溫濕度傳感器實時采集環(huán)境溫濕度，并向主控系統(tǒng)進行傳輸。首先，軟件設計中需要先對傳感器進行初始化操作，避免傳感器數(shù)據(jù)的冗雜，首先軟件程序調用DHT11_Read_Data()函數(shù)，先控制單片機讀取溫濕度傳感器采集到的模擬信號，經過一段時間的采樣保持，調用A/D轉換技術，將傳感器采集的模擬信號轉化數(shù)字信號，通過數(shù)字信號的Buffer位進行讀取環(huán)境的溫濕度，然后通過I/O的形式，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32單片機主控模塊。具體的程序設計如圖4.1所示。圖4.1溫濕度傳感器軟件程序設計4.3OLED數(shù)據(jù)顯示模塊軟件設計數(shù)據(jù)顯示模塊的主要功能是實現(xiàn)當溫濕度傳感器采集環(huán)境溫濕度，并通過I/O口傳輸后，通過OLED顯示模塊，實時監(jiān)控顯示環(huán)境的溫濕度信息。在顯示模塊中，首先STM32單片機通過IIC通訊技術與OLED軟件驅動相連接，軟件組成部分通過Write_IIC_Command()與Write_IIC_Data()實現(xiàn)IIC技術間的通信功能。OLED成功驅動后，溫濕度數(shù)據(jù)傳輸過來，便調用OLED模塊的字符顯示模塊OLED_ShowString()函數(shù)進行溫濕度的顯示，因為最后實現(xiàn)的字符串顯示，所以需要將溫濕度數(shù)字信息轉化成字符串信息進行顯示。具體軟件實現(xiàn)如下圖4.2所示。圖4.2溫濕度顯示模塊軟件程序設計4.4環(huán)境控制模塊軟件設計 環(huán)境控制模塊實現(xiàn)的功能為：單片機設置控制系統(tǒng)分為定時模式與自動模式兩種模式，定時模式下，管理人員可根據(jù)農作物生長習慣、自己喜好來進行數(shù)據(jù)的設定，定時開啟電機或繼電器進行降溫灌溉處理；自動模式下，STM32單片機系統(tǒng)控制系統(tǒng)根據(jù)農作物自身生長狀況設置相應的閾值，溫濕度實時采集傳輸，當檢測超過某一閾值后，STM32控制系統(tǒng)通過相應的I/O口技術控制電機及繼電器工作。并且電機的功能實現(xiàn)是單片機通過I/O輸出PWM，對風扇電機進行相應的控制，當溫度超過設定范圍內，電機進行PWM調節(jié)，根據(jù)溫度范圍調整轉速，對溫度進行調控，當檢測環(huán)境溫度低于某一范圍內，關閉電機的運轉。當濕度低于設定閾值后，STM32單片機通過I/O口對繼電器進行打開，進而控制灌溉開關的開啟，對農產品進行灌溉，當環(huán)境濕度超過一定的閾值后，控制繼電器閉合，灌溉停止。對于環(huán)境的溫度控制軟件部分如下圖4.3所示，對于環(huán)境的濕度控制軟件部分如下圖4.4所示。圖4.3溫度過高電機控制的軟件程序設計圖4.4濕度度過低繼電器控制的軟件程序設計4.5系統(tǒng)的實物測試完成農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的硬件與軟件設計后，需要對系統(tǒng)的子系統(tǒng)組合整體驗證測試，當各個子系統(tǒng)都正常顯示溫濕度后，滿足系統(tǒng)整體的設計方案，農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的檢測才算具有可靠性和穩(wěn)定性。本文上電后，整體測試后，發(fā)現(xiàn)實物電路正常按照預計設計進行，溫度過高時，風扇開啟，環(huán)境溫度降低；濕度過低時，繼電器開關打開，正常進行灌溉處理。農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的實物正常工作圖，如下圖4.5所示。4.5農業(yè)檢測控制系統(tǒng)實物正常工作圖5.總結與展望5.1總結本文基于STM32設計一套智能化的農業(yè)檢測控制系統(tǒng)，包含了硬件電路原理圖的設計，以及系統(tǒng)的軟件程序的編寫。論文主要完成的功能如下所示：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的總體方案，確定了本系統(tǒng)的微處理器、溫濕度傳感器、電機驅動芯片、穩(wěn)壓芯片以及繼電器驅動芯片的選型，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。(2)針對農業(yè)領域農作物生長環(huán)境的溫度不能實時監(jiān)控，導致農作物過熱產量下降的問題，結合物聯(lián)網(wǎng)技術，基于STM32嵌入式設備，利用溫度傳感器實時監(jiān)控環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，設計電機驅動電路，結合風扇有效對農作物實現(xiàn)降溫處理。(3)針對農業(yè)領域農作物生長環(huán)境的濕度不能有效監(jiān)控，導致農作物旱死或澇死問題，基于STM32嵌入式設備，利用濕度傳感器有效監(jiān)控環(huán)境濕度，設計繼電器驅動電路，有效對農作物實現(xiàn)定時灌溉。(4)設計農業(yè)檢測控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示模塊，采用OLED顯示屏實時顯示溫濕度傳感器采集的溫濕度參數(shù)。(5)同時控制模塊設置兩種模式，定時模式下，可定時定量調控環(huán)境的溫度與濕度；自動模式下，借助STM32微處理器，智能化自動調節(jié)環(huán)境的溫濕度參量。5.2展望本文設計的農業(yè)檢測控制系統(tǒng)，在一定程度上有效控制環(huán)境的溫濕度參量，為農作物生長提供舒適的生長環(huán)境，但仍有一些不足，尚需改進。具體有以下內容：(1)環(huán)境參量的檢測對于農作物生長環(huán)境的檢測參量雖然系統(tǒng)能夠檢測溫濕度，但仍缺乏參量，不夠全方位的實現(xiàn)環(huán)境的調控，未來可設計更全面的采集子系統(tǒng)，額外采集環(huán)境的光照值、土壤的PH值等參量，更全面的滿足智慧農業(yè)的需求。(2)農作物種植模式單一農業(yè)檢測系統(tǒng)缺乏重要的農業(yè)知識庫，可以設計農業(yè)智能化權威專家平臺，借助一些農業(yè)專家更專業(yè)更權威的農業(yè)種植方式，可遠程咨詢及指導，更大的提高農作物的產量，推進祖國農業(yè)領域的迅速發(fā)展。參考文獻 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HYPERLINK如何給電腦重做系統(tǒng)給電腦重做系統(tǒng)，自己學學，可少花錢，哈哈[圖]

一、準備工作:

如何重裝電腦系統(tǒng)

首先，在啟動電腦的時候按住DELETE鍵進入BIOS，選擇AdvancedBIOSFeatures選項，按Enter鍵進入設置程序。選擇FirstBootDevice選項，然后按鍵盤上的PageUp或PageDown鍵將該項設置為CD-ROM，這樣就可以把系統(tǒng)改為光盤啟動。

其次，退回到主菜單，保存BIOS設置。（保存方法是按下F10，然后再按Y鍵即可）

1.準備好WindowsXPProfessional簡體中文版安裝光盤,并檢查光驅是否支持自啟動。

2.可能的情況下，在運行安裝程序前用磁盤掃描程序掃描所有硬盤檢查硬盤錯誤并進行修復，否則安裝程序運行時如檢查到有硬盤錯誤即會很麻煩。

3.用紙張記錄安裝文件的產品密匙(安裝序列號)。

4.可能的情況下，用驅動程序備份工具(如:驅動精靈2004V1.9Beta.exe)將原WindowsXP下的所有驅動程序備份到硬盤上(如∶F:Drive)。最好能記下主板、網(wǎng)卡、顯卡等主要硬件的型號及生產廠家，預先下載驅動程序備用。

5.如果你想在安裝過程中格式化C盤或D盤(建議安裝過程中格式化C盤)，請備份C盤或D盤有用的數(shù)據(jù)。

二、用光盤啟動系統(tǒng):

(如果你已經知道方法請轉到下一步),重新啟動系統(tǒng)并把光驅設為第一啟動盤,保存設置并重啟。將XP安裝光盤放入光驅,重新啟動電腦。剛啟動時，當出現(xiàn)如下圖所示時快速按下回車鍵，否則不能啟動XP系統(tǒng)光盤安裝。如果你不知道具體做法請參考與這相同的-->如何進入純DOS系統(tǒng):

光盤自啟動后,如無意外即可見到安裝界面,將出現(xiàn)如下圖1所示

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全中文提示,“要現(xiàn)在安裝WindowsXP,請按ENTER”，按回車鍵后,出現(xiàn)如下圖2所示

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許可協(xié)議,這里沒有選擇的余地，按“F8”后如下圖3

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這里用“向下或向上”方向鍵選擇安裝系統(tǒng)所用的分區(qū)，如果你已格式化C盤請選擇C分區(qū)，選擇好分區(qū)后按“Enter”鍵回車，出現(xiàn)下圖4所示

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這里對所選分區(qū)可以進行格式化,從而轉換文件系統(tǒng)格,或保存現(xiàn)有文件系統(tǒng),有多種選擇的余地,但要注意的是NTFS格式可節(jié)約磁盤空間提高安全性和減小磁盤碎片但同時存在很多問題MacOS和98/Me下看不到NTFS格式的分區(qū),在這里選“用FAT文件系統(tǒng)格式化磁盤分區(qū)(快),按“Enter”鍵回車，出現(xiàn)下圖5所示

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格式化C盤的警告,按F鍵將準備格式化c盤,出現(xiàn)下圖6所示

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由于所選分區(qū)C的空間大于2048M(即2G),FAT文件系統(tǒng)不支持大于2048M的磁盤分區(qū),所以安裝程序會用FAT32文件系統(tǒng)格式對C盤進行格式化,按“Enter”鍵回車，出現(xiàn)下圖7所示

查看原圖圖7中正在格式化C分區(qū);只有用光盤啟動或安裝啟動軟盤啟動XP安裝程序,才能在安裝過程中提供格式化分區(qū)選項；如果用MS-DOS啟動盤啟動進入DOS下,運行i386\winnt進行安裝XP時,安裝XP時沒有格式化分區(qū)選項。格式化C分區(qū)完成后,出現(xiàn)下圖8所示

被過濾廣告

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圖8中開始復制文件,文件復制完后，安裝程序開始初始化Windows配置。然后系統(tǒng)將會自動在15秒后重新啟動。重新啟動后,出現(xiàn)下圖9所示

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9

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過5分鐘后，當提示還需33分鐘時將出現(xiàn)如下圖10

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區(qū)域和語言設置選用默認值就可以了，直接點“下一步”按鈕，出現(xiàn)如下圖11

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這里輸入你想好的姓名和單位，這里的姓名是你以后注冊的用戶名，點“下一步”按鈕，出現(xiàn)如下圖12

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如果你沒有預先記下產品密鑰（安裝序列號）就大件事啦！這里輸入安裝序列號，點“下一步”按鈕，出現(xiàn)如下圖13

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安裝程序自動為你創(chuàng)建又長又難看的計算機名稱,自己可任意更改，輸入兩次系統(tǒng)管理員密碼，請記住這個密碼，Administrator系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)中具有最高權限，平時登陸系統(tǒng)不需要這個帳號。接著點“下一步”出現(xiàn)如下圖14

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日期和時間設置不用講,選北京時間，點“下一步”出現(xiàn)如下圖15

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開始安裝,復制系統(tǒng)文件、安裝網(wǎng)絡系統(tǒng)，很快出現(xiàn)如下圖16

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讓你選擇網(wǎng)絡安裝所用的方式，選典型設置點“下一步”出現(xiàn)如下圖17

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點“下一步”出現(xiàn)如下圖18

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繼續(xù)安裝，到這里后就不用你參與了，安裝程序會自動完成全過程。安裝完成后自動重新啟動，出現(xiàn)啟動畫面，如下圖19

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第一次啟動需要較長時間，請耐心等候，接下來是歡迎使用畫面，提示設置系統(tǒng)，如下圖20

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點擊右下角的“下一步”按鈕，出現(xiàn)設置上網(wǎng)連接畫面，如下圖21所示

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點擊右下角的“下一步”按鈕，出現(xiàn)設置上網(wǎng)連接畫面，如下圖21所示

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這里建立的寬帶撥號連接,不會在桌面上建立撥號連接快捷方式,且默認的撥號連接名稱為“我的ISP”(自定義除外);進入桌面后通過連接向導建立的寬帶撥號連接,在桌面上會建立撥號連接快捷方式,且默認的撥號連接名稱為“寬帶連接”(自定義除外)。如果你不想在這里建立寬帶撥號連接,請點擊“跳過”按鈕。

在這里我先創(chuàng)建一個寬帶連接,選第一項“數(shù)字用戶線(ADSL)或電纜調制解調器”,點擊“下一步”按鈕，如下圖22所示

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目前使用的電信或聯(lián)通(ADSL)住宅用戶都有帳號和密碼的,所以我選“是,我使用用戶名和密碼連接”,點擊“下一步”按鈕，如下圖23所示

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輸入電信或聯(lián)通提供的帳號和密碼,在“你的ISP的服務名”處輸入你喜歡的名稱,該名稱作為撥號連接快捷菜單的名稱,如果留空系統(tǒng)會自動創(chuàng)建名為“我的ISP”作為該連接的名稱,點擊“下一步”按鈕，如下圖24所示

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已經建立了撥號連接,微軟當然想你現(xiàn)在就激活XP啦,不過即使不激活也有30天的試用期,又何必急呢?選擇“否,請等候幾天提醒我”,點擊“下一步”按鈕，如下圖25所示

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輸入一個你平時用來登陸計算機的用戶名，點下一步出現(xiàn)如下圖26

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點擊完成，就結束安裝。系統(tǒng)將注銷并重新以新用戶身份登陸。登陸桌面后如下圖27

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六、找回常見的圖標

在桌面上點開始-->連接到-->寬帶連接，如下圖32

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左鍵點“寬帶連接”不放手，將其拖到桌面空白處,可見到桌面上多了一個“寬帶連接”快捷方式。結果如下圖33

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然后，右鍵在桌面空白處點擊，在彈出的菜單中選“屬性”，即打開顯示“屬性窗口”如下圖34

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在圖中單擊“桌面”選項卡，出現(xiàn)如下圖35

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在圖中的左下部點擊“自定義桌面”按鈕，出現(xiàn)如下圖36

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在圖中的上部，將“我的文檔”、“我的電腦”、“網(wǎng)上鄰居”和“InternetExplorer”四個項目前面的空格上打鉤，然后點“確定”，再“確定”，你將會看到桌面上多了你想要的圖標。如下圖37

鍵盤上每個鍵作用!!!

F1幫助

F2改名

F3搜索

F4地址

F5刷新

F6切換

F10菜單

CTRL+A全選

CTRL+C復制

CTRL+X剪切

CTRL+V粘貼

CTRL+Z撤消

CTRL+O打開

SHIFT+DELETE永久刪除

DELETE刪除

ALT+ENTER屬性

ALT+F4關閉

CTRL+F4關閉

ALT+TAB切換

ALT+ESC切換

ALT+空格鍵窗口菜單

CTRL+ESC開始菜單

拖動某一項時按CTRL復制所選項目

拖動某一項時按CTRL+SHIFT創(chuàng)建快捷方式

將光盤插入到CD-ROM驅動器時按SHIFT鍵阻止光盤自動播放

Ctrl+1,2,3...切換到從左邊數(shù)起第1,2,3...個標簽

Ctrl+A全部選中當前頁面內容

Ctrl+C復制當前選中內容

Ctrl+D打開“添加收藏”面版(把當前頁面添加到收藏夾中)

Ctrl+E打開或關閉“搜索”側邊欄(各種搜索引擎可選)

Ctrl+F打開“查找”面版

Ctrl+G打開或關閉“簡易收集”面板

Ctrl+H打開“歷史”側邊欄

Ctrl+I打開“收藏夾”側邊欄/另:將所有垂直平鋪或水平平鋪或層疊的窗口恢復

Ctrl+K關閉除當前和鎖定標簽外的所有標簽

Ctrl+L打開“打開”面版(可以在當前頁面打開Iternet地址或其他文件...)

Ctrl+N新建一個空白窗口(可更改,Maxthon選項→標簽→新建)

Ctrl+O打開“打開”面版(可以在當前頁面打開Iternet地址或其他文件...)

Ctrl+P打開“打印”面板(可以打印網(wǎng)頁,圖片什么的...)

Ctrl+Q打開“添加到過濾列表”面板(將當前頁面地址發(fā)送到過濾列表)

Ctrl+R刷新當前頁面

Ctrl+S打開“保存網(wǎng)頁”面板(可以將當前頁面所有內容保存下來)

Ctrl+T垂直平鋪所有窗口

Ctrl+V粘貼當前剪貼板內的內容

Ctrl+W關閉當前標簽(窗口)

Ctrl+X剪切當前選中內容(一般只用于文本操作)

Ctrl+Y重做剛才動作(一般只用于文本操作)

Ctrl+Z撤消剛才動作(一般只用于文本操作)

Ctrl+F4關閉當前標簽(窗口)

Ctrl+F5刷新當前頁面

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Ctrl+F11隱藏或顯示菜單欄

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Ctrl+Shift+F輸入焦點移到搜索欄

Ctrl+Shift+G關閉“簡易收集”面板

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Ctrl+Shift+N在新窗口中打開剪貼板中的地址,如果剪貼板中為文字,則調用搜索引擎搜索該文字(搜索引擎可選擇,Maxthon選項→搜索)

Ctrl+Shift+S打開“保存網(wǎng)頁”面板(可以將當前頁面所有內容保存下來,等同于Ctrl+S)

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