《智慧農(nóng)業(yè)中的農(nóng)作物種植環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》9900字

智慧農(nóng)業(yè)中的農(nóng)作物種植環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要 31緒論 51.1研究意義 51.2當(dāng)前背景 51.3研究目標(biāo)和方向 61.4論文組織結(jié)構(gòu) 62系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要求 72.1功能設(shè)計(jì) 72.1.1數(shù)據(jù)監(jiān)測 72.1.2數(shù)據(jù)傳輸 72.1.3遠(yuǎn)程查詢及控制 72.1.4事件警示 72.2方案架構(gòu) 82.3控件網(wǎng)頁端設(shè)計(jì) 82.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 102.4.1EDP協(xié)議 102.4.2HTTP協(xié)議 113硬件設(shè)計(jì)和實(shí)踐 113.1控制器模塊 113.2網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊 133.3溫濕度檢測模塊的選擇 143.4光照強(qiáng)度檢測模塊 153.5土壤濕度檢測模塊 173.6OLED顯示屏 203.7控制設(shè)備模塊 204系統(tǒng)組裝與調(diào)試 224.1系統(tǒng)流程圖 224.2主程序開發(fā)軟件 234.3調(diào)試軟件 234.3.1EdpProtoDebugger 234.3.2XCOMV2.0 244.4程序下載 255結(jié)論 275.1研究設(shè)計(jì)中的難點(diǎn) 275.2研設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 275.2.1擁有簡單的操作 275.2.2基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺 285.3總結(jié)與期望 28參考文獻(xiàn) 30摘要：黨的十九大提出了要實(shí)施鄉(xiāng)村振興的戰(zhàn)略，這將是開啟我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展現(xiàn)代化道路的新征程。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)不斷的涌現(xiàn)，基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，引導(dǎo)著當(dāng)前農(nóng)業(yè)的發(fā)展。目前農(nóng)業(yè)智能化是新興的產(chǎn)業(yè)，如何高效的利用農(nóng)作物的生長期進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)是提高農(nóng)作物培育效率關(guān)鍵的一步。目前市面上出現(xiàn)了許多類似的智能器件，但大多數(shù)都是比較復(fù)雜是一些不容易普及的大型系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)一款擁有關(guān)鍵性功能的高性價(jià)比智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)尤為重要，該系統(tǒng)基于STM32和OneNET可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及自動(dòng)處理等，這樣可以很大程度的解放人工并且提高農(nóng)作物的生長效率。關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)STM32OneNET數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)處理1緒論1.1研究意義近年來，越來越多的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化系統(tǒng)應(yīng)用于我們的日常生活當(dāng)中。相比于很多的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)的智能化是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，對于農(nóng)業(yè)的智能化系統(tǒng)最關(guān)鍵的一環(huán)就是如何有效提升農(nóng)作物的培養(yǎng)質(zhì)量以及培養(yǎng)效率。目前市面上出現(xiàn)了許多類似的智能器件，但大多數(shù)都是比較復(fù)雜是一些不容易普及的大型系統(tǒng)。因此需要設(shè)計(jì)一款擁有關(guān)鍵功能且價(jià)錢適當(dāng)?shù)闹腔坜r(nóng)業(yè)系統(tǒng)。根據(jù)當(dāng)前農(nóng)業(yè)環(huán)境實(shí)際的情況，設(shè)計(jì)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)需要滿足將環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)合到一起。將一套相對來講價(jià)錢合理功能齊全的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)做到適用面更加廣泛，讓普通的農(nóng)業(yè)家庭也可以使用到。對于農(nóng)作物的種植環(huán)境數(shù)據(jù)還需要進(jìn)一步的查閱使最終設(shè)計(jì)的系統(tǒng)更準(zhǔn)確和多樣化，以此來設(shè)計(jì)本次的研究課題。1.2當(dāng)前背景近年來，跟隨者科技的進(jìn)步全球農(nóng)業(yè)都得到了高速的發(fā)展，但隨著我國的勞動(dòng)力成本的上升我國農(nóng)業(yè)的成本也持續(xù)上升超過了世界上發(fā)達(dá)國家的水平，伴隨著這樣的情況，我國農(nóng)業(yè)的進(jìn)口量開始增加。我國農(nóng)業(yè)與世界上農(nóng)業(yè)先進(jìn)國家相比，相對來說雖然發(fā)達(dá)國家的勞動(dòng)力更貴但是我國在技術(shù)層面有一定的差距，目前我國想要發(fā)展農(nóng)業(yè)，增加在世界上的競爭力，就必須發(fā)展科技，走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的道路。隨著科技的不斷發(fā)展，對于以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不斷的進(jìn)步，在當(dāng)前的社會上基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居也是不斷走進(jìn)大眾的生活，很多的科技公司都將自己的產(chǎn)品做成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，將很多的設(shè)備組建到一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)下就可以實(shí)現(xiàn)一套智能的物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)，這樣可以非常方便我們對家用設(shè)備的操作。將這種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)引入到農(nóng)業(yè)中也是一樣的道理，可以很大的方便我們對農(nóng)作物的監(jiān)測和控制。智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是當(dāng)前流行的智能家居系統(tǒng)的一個(gè)衍生，是當(dāng)前社會發(fā)展的大勢所趨，隨著科技的不斷進(jìn)步未來這種物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也會越來越成熟，可以適應(yīng)到更多的環(huán)境遍布千千萬萬的農(nóng)場。不僅是很大程度的解放人力還可以更加科學(xué)的提高農(nóng)作物種植的培養(yǎng)效率。1.3研究目標(biāo)和方向通過本次選題的研究意義，結(jié)合當(dāng)前選題的背景設(shè)計(jì)一款基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，本次系統(tǒng)以STM32為核心，通過STM32采集各個(gè)傳感器檢測到的農(nóng)作物種植環(huán)境的溫濕度、土壤濕度和光照強(qiáng)度，并通過網(wǎng)絡(luò)模塊傳輸?shù)皆破脚_上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制農(nóng)作物的生長環(huán)境。根據(jù)當(dāng)前的背景，確定對于智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的使用需求，可通過網(wǎng)頁遠(yuǎn)程接入云端再與智能硬件相接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢農(nóng)作物種植環(huán)境的參數(shù)信息。硬件使用STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)板，再使用各種傳感器模塊去采集農(nóng)作物種植環(huán)境的溫濕度、土壤濕度和光照的強(qiáng)度，通過網(wǎng)絡(luò)模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆neNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺進(jìn)行顯示，設(shè)備運(yùn)行有兩個(gè)模式，自動(dòng)模式下當(dāng)光照強(qiáng)度過低，種植環(huán)境溫度過低，或者土壤濕度低于適宜值時(shí)，設(shè)備會進(jìn)行報(bào)警，對應(yīng)的控制設(shè)備也會自動(dòng)進(jìn)行開啟，不用用戶擔(dān)心農(nóng)作物的生長情況。用戶通過登陸物聯(lián)網(wǎng)OneNET云平臺也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程農(nóng)作物種植環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測，充分的掌握農(nóng)作物種植環(huán)境的實(shí)時(shí)狀態(tài)。云端切換手動(dòng)模式后，也可以遠(yuǎn)程對系統(tǒng)進(jìn)行操作，根據(jù)需要對設(shè)備進(jìn)行管理。自動(dòng)模式下根據(jù)環(huán)境變化，調(diào)節(jié)不同需要的控制裝置，當(dāng)農(nóng)作物種植環(huán)境的溫度過高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)排風(fēng)降溫，當(dāng)?shù)陀陂撝迪孪迺r(shí)，排風(fēng)關(guān)閉（繼電器1代替），當(dāng)農(nóng)作物環(huán)境的土壤濕度過低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水，當(dāng)高于閾值上限時(shí)，水泵關(guān)閉（繼電器2替代），當(dāng)農(nóng)作物種植環(huán)境光照強(qiáng)度過低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)光，當(dāng)高于閾值上限時(shí)，補(bǔ)光關(guān)閉（LED燈替代）。1.4論文組織結(jié)構(gòu)第一章：分析研究設(shè)計(jì)的意義，當(dāng)前的背景及技術(shù)優(yōu)勢，如何展現(xiàn)目標(biāo)方向及內(nèi)容。第二章：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和要求，介紹當(dāng)前設(shè)計(jì)的流程以及用到的一些技術(shù)。第三章：介紹硬件的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)硬件的使用。第四章：對系統(tǒng)進(jìn)行組裝和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的效果。第五章：總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)過程。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)及要求2.1功能設(shè)計(jì)2.1.1數(shù)據(jù)監(jiān)測通過中央處理器STM32通過獲取各種傳感器，檢測農(nóng)作物種植環(huán)境的參數(shù)在OLED顯示屏和OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺上進(jìn)行顯示。2.1.2數(shù)據(jù)傳輸在本次設(shè)計(jì)中引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)硬件通過網(wǎng)絡(luò)和云端進(jìn)行通訊，本次設(shè)計(jì)使用ESP8266WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊在連接有網(wǎng)絡(luò)的WIFI后可以通過OneNET官方的EDP協(xié)議和OneNET云平臺進(jìn)行通信，以此可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物生長環(huán)境以及遠(yuǎn)程操作對農(nóng)作物生長環(huán)境起到調(diào)節(jié)的設(shè)備。2.1.3遠(yuǎn)程查詢及控制在OneNET云平臺的網(wǎng)頁端或者手機(jī)APP上可以進(jìn)行編程相應(yīng)的界面，關(guān)聯(lián)OneNET云平臺上的數(shù)據(jù)流之后就可以將硬件設(shè)備傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，也可以使用相應(yīng)的開關(guān)按鈕組件對應(yīng)硬件上的一些調(diào)節(jié)設(shè)備。在硬件連接好OneNET平臺后即可實(shí)現(xiàn)上述的操作。2.1.4事件警示本次設(shè)計(jì)分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種，在自動(dòng)模式下可以不用工作人員即可完成對農(nóng)作物生長環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)。在對STM32進(jìn)行編程的時(shí)候設(shè)置好相應(yīng)農(nóng)作物適宜的生長環(huán)境農(nóng)作物環(huán)境生長事件警示，根據(jù)初始設(shè)定的適宜農(nóng)作物生長的值，在檢測到農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù)，通過STM32對傳感器檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，當(dāng)此時(shí)農(nóng)作物生長環(huán)境不在適宜范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，利用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警聲音，上傳采集到的的數(shù)據(jù)，并自動(dòng)控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備。2.2方案架構(gòu)本次設(shè)計(jì)的智慧農(nóng)場的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)分為三點(diǎn)，分別是傳感器測量端、控制端、網(wǎng)絡(luò)傳輸端。傳感器測量端顧名思義是通過各類傳感器對農(nóng)作物的種植環(huán)境中的溫濕度、土壤的濕度、環(huán)境的光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行殘疾?？刂贫藙t分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，自動(dòng)模式下STM32通過對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)農(nóng)作物種植環(huán)境不在適宜范圍內(nèi)觸發(fā)對應(yīng)的控制模塊，手動(dòng)模式下，可以接收遠(yuǎn)程OneNET平臺下發(fā)的命令，操作相應(yīng)的控制模塊，網(wǎng)絡(luò)端是ESP8266WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊通過EDP協(xié)議將傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳至物聯(lián)網(wǎng)OneNET云平臺，云平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，也可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)程手動(dòng)操作。圖1智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)構(gòu)架2.3控件網(wǎng)頁端設(shè)計(jì)在OneNET官方網(wǎng)頁上可以對自己的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)?？梢哉故疽恍┳约盒枰慕M件，顯示農(nóng)作物種植環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)和調(diào)節(jié)設(shè)備按鈕等。根據(jù)擬定的系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)行分為“自動(dòng)模式”、“手動(dòng)模式”，即有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的切換按鈕，頁面有四個(gè)數(shù)據(jù)顯示部件，分別是空氣濕度、空氣溫度、光照強(qiáng)度、土壤濕度，有四個(gè)操作部件，分別是模式切換、燈開關(guān)、水泵開關(guān)、風(fēng)扇開關(guān)。這次設(shè)計(jì)OneNET平臺上最終效果圖（如：圖2）。在距離農(nóng)田很遠(yuǎn)時(shí)，使用者可以在網(wǎng)頁上或者手機(jī)app上進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控和操作，在進(jìn)行操作的時(shí)候需要注意，當(dāng)模式不是手動(dòng)模式時(shí)，其他三個(gè)按鍵操作無效，只有當(dāng)模式切換成自動(dòng)模式后，三個(gè)調(diào)節(jié)部件也可以進(jìn)行操作。圖2云平臺界面物聯(lián)網(wǎng)云平臺的主要特點(diǎn)就是可以通過遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，可以做到遠(yuǎn)程測量和控制這些。隨著5G的推進(jìn)，5G解決了遠(yuǎn)程交互時(shí)的延時(shí)問題，使我們身在很遠(yuǎn)的地方就可以進(jìn)行一些需要人工精確的操作。未來發(fā)展也是越來越成熟，以前最開始了解這些是通過小米公司的生態(tài)系統(tǒng)，小米公司發(fā)布了非常多的家用設(shè)備，這些設(shè)備雖然功能都不一樣但是無一不例外的是都有著WIFI連接功能，可以通過連接到WIFI后在手機(jī)上用一個(gè)APP就可以操作這些設(shè)備，比如人還沒到家的時(shí)候就可以通過手機(jī)打開空調(diào)，開啟電飯煲做飯等這些功能，以前很多我們想象的功能都是在慢慢實(shí)現(xiàn)，這個(gè)方向也是我們對未來世界充滿的憧憬。通過萬物物聯(lián)網(wǎng)讓我們的生活越來越便捷越來越舒服，這已經(jīng)是現(xiàn)代人類向往的生活方式之一。2.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2.4.1EDP協(xié)議EDP協(xié)議是OneNET官方設(shè)計(jì)的協(xié)議，主要是應(yīng)用在要上傳數(shù)據(jù)到云端又需要云端下發(fā)命令到設(shè)備，然后該協(xié)議還可以支持多個(gè)設(shè)備接入即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通訊，EDP協(xié)議是基于TCP協(xié)議改進(jìn)的。本次選用EDP協(xié)議的主要原因是因?yàn)镋DP協(xié)議延時(shí)低，反應(yīng)速度很快，然后平臺也為EDP的設(shè)備提供了上層API的接口，可以幫助我們開發(fā)上層應(yīng)用。在登錄到OneNET的官網(wǎng)界面上，選擇多協(xié)議接入，然后再選擇EDP進(jìn)行添加設(shè)備，OneNET官方給我們提供平臺是不收費(fèi)的，對于OneNET平臺也是深受開發(fā)者和初學(xué)者的喜愛。設(shè)備通過EDP協(xié)議接到OneNET平臺后，平臺上會顯示為在線（如：圖3），這個(gè)時(shí)候平臺會和設(shè)備通過EDP協(xié)議通信，可以互傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)流。圖3設(shè)備EDP協(xié)議接入OneNET平臺EDP協(xié)議設(shè)置了一種心跳保持的功能，在OneNET云平臺和設(shè)備在長時(shí)間進(jìn)行連接的時(shí)候，因?yàn)槿绻O(shè)備長時(shí)間沒有數(shù)據(jù)上傳到云端，云平臺就有可能會斷開和設(shè)備的連接，為了解決這個(gè)問題，OneNET官方開發(fā)了一個(gè)新的功能就是心跳保持，通過官方給的教程即可學(xué)習(xí)心跳保持的程序開發(fā)。心跳保持的實(shí)現(xiàn)就是通過程序設(shè)計(jì)加的延時(shí)，每隔一會設(shè)備向云平臺發(fā)送一個(gè)PING_REQ命令來確保平臺和設(shè)備的連接，OneNET云平臺收到后也會回復(fù)PING_RES來讓設(shè)備確認(rèn)發(fā)送的信息（如：圖4）。圖4EDP協(xié)議心跳保持圖示2.4.2HTTP協(xié)議此次研究設(shè)計(jì)也可以使用HTTP協(xié)議來連接網(wǎng)絡(luò)。HTTP協(xié)議的全稱意思是超文本傳輸協(xié)議，主要的特點(diǎn)是簡單快速、靈活、無連接、無狀態(tài)。HTTP通過統(tǒng)一資源標(biāo)識符URL來輸送數(shù)據(jù)和建立通信。使數(shù)據(jù)傳輸極快，只需要知道傳輸路徑以及傳輸?shù)姆绞?，就可以立刻完成?硬件設(shè)計(jì)和實(shí)踐3.1控制器模塊根據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)本次設(shè)計(jì)控制模塊選擇的是STM32單片機(jī)，STM32得益于ARMCortex?-M3架構(gòu)功能強(qiáng)大，價(jià)錢也很實(shí)惠，并且還擁有比較低的功耗，非常適合學(xué)生研究學(xué)習(xí)使用，采用2v到6v進(jìn)行電源供電。且擁有優(yōu)異的省電模式可以實(shí)現(xiàn)低功耗應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開發(fā)。圖5STM32F103CB單片機(jī)本次設(shè)計(jì)選擇的是STM32系列處理器，我們選用STM32F103CB單片機(jī)的最小系統(tǒng)即可滿足對本次系統(tǒng)的使用，最終設(shè)計(jì)使用DXP軟件設(shè)計(jì)電路圖，這樣可以避免不必要的電路接線故障，通過兩個(gè)底座形式插上STM32的最小系統(tǒng)板即可。下圖是STM32F103CB的最小系統(tǒng)板引腳的PDF截圖。圖6STM32F103CB最小系統(tǒng)開發(fā)板3.2網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊為實(shí)現(xiàn)硬件和云平臺的通信，可以用到的是4G模塊和WIFI模塊，由于4G模塊的成本偏貴，加上WIFI的普及已經(jīng)是可以取代到4G的地位了，所以我們選用更加實(shí)惠的WIFI模塊。選用可以連接WIFI的ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊通過組網(wǎng)TCP/IP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)和物聯(lián)網(wǎng)OneNET云平臺的進(jìn)行通信。ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊相當(dāng)于STM32和OneNET云平臺的中轉(zhuǎn)站，因?yàn)镾TM32不支持網(wǎng)絡(luò)傳輸，ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊有網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ?，即是STM32將數(shù)據(jù)通過串口方式傳到ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊，然后ESP8266再通過無線WIFI的方式將數(shù)據(jù)傳到OneNET云平臺上。ESP8266在網(wǎng)上的資料很多，價(jià)錢也是很便宜，在這段時(shí)間的設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)這個(gè)模塊功能是非常的強(qiáng)大，這也是本次設(shè)計(jì)技術(shù)層面的新穎之處，有了互聯(lián)網(wǎng)瞬間讓設(shè)計(jì)的功能變得強(qiáng)大，其實(shí)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能也是通過ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊和WIFI一步一步實(shí)現(xiàn)的，ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊他的特點(diǎn)有體積小功耗低，然后通過WIFI和云平臺通信的延時(shí)是非常低，這個(gè)可以很大程度上幫助我們對應(yīng)急情況的及時(shí)處理，有效的減少我們突發(fā)事件時(shí)的損失，保障農(nóng)作物處在適宜的種植環(huán)境。ESP8266還可以適宜諸多復(fù)雜多變的環(huán)境，在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)的時(shí)候深得開發(fā)者和初學(xué)者的喜愛。下圖（如：圖7）是ESP8266的引腳圖，在網(wǎng)絡(luò)模塊的使用中需要5個(gè)引腳，本次設(shè)計(jì)將ESP8266的收發(fā)引腳和STM32的串口3的收發(fā)口反接，需要注意的是ESP8266的使能PD口需要接入高電平模塊才能工作。圖7ESP8266引腳接線圖3.3溫濕度檢測模塊的選擇DHT11是一款可以檢測溫濕度的傳感器，他的檢測誤差在±2度之間，DHT11使用的是自己公司開發(fā)的單總線數(shù)字輸出，得益于價(jià)錢便宜抗干擾能力強(qiáng)，對于單片機(jī)應(yīng)用場景也是比較廣泛，所以本次援用DHT11傳感器對農(nóng)作物種植環(huán)境的溫濕度進(jìn)行測量。 DHT11引腳有4個(gè)引腳（如：圖8），本次設(shè)計(jì)第3引腳懸空，還有電源3.3V和接地引腳DATA口接入STM32的PA11引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。圖8DHT11引腳圖整個(gè)獲取溫濕度流程圖（如：圖9），具體流程是首先STM32單片機(jī)對DHT11發(fā)出一個(gè)獲取溫濕度的信號，然后DHT11會采集環(huán)境的溫濕度數(shù)字進(jìn)行輸出，根據(jù)DHT11給的開發(fā)的流程圖我們需要使用STM32對接收到總40位的數(shù)值的后面8位進(jìn)行提取，然后將前面的32位之和對比后面8位的數(shù)據(jù)，相同證明得到的數(shù)據(jù)正確，不相同則得到的數(shù)據(jù)不正確，需要再次進(jìn)行這個(gè)操作。圖9DHT11讀取數(shù)據(jù)流程圖3.4光照強(qiáng)度檢測模塊本次設(shè)計(jì)選用四線制光敏電阻傳感器（如：圖10），對于光線的檢測靈敏度比較高。他的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，通過半導(dǎo)體材料制成，當(dāng)傳感器所處環(huán)境光線強(qiáng)度大時(shí)會使光敏電阻阻值急劇減少，當(dāng)所處環(huán)境光照暗時(shí)電阻的阻值會增大?？梢院芎玫膶r(nóng)作物種植環(huán)境光照強(qiáng)度的檢測，當(dāng)光照強(qiáng)度不在種植適宜的范圍內(nèi)時(shí)可以通過開啟溫室燈來調(diào)節(jié)。圖10光照強(qiáng)度檢測模塊四線制光敏電阻傳感器顧名思義有四個(gè)引腳，在本次設(shè)計(jì)中只使用三個(gè)引腳，電源接3.3V高電平GND口接地，AO輸出土壤濕度參數(shù)接STM32的PA2口，第三引腳懸空即可。圖11光照強(qiáng)度檢測模塊引腳接線圖模塊采用靈敏型光敏電阻傳感器，獲取土壤濕度的流程圖（如：圖12），流程開始是使用模塊的AO口進(jìn)行模擬量輸出，然后通過單片機(jī)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換即可獲得當(dāng)前光照強(qiáng)度值，獲取的光照強(qiáng)度折算在0-100之間。圖12獲取光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)流程圖3.5土壤濕度檢測模塊選擇一款適合本次設(shè)計(jì)準(zhǔn)確獲得農(nóng)作物種植環(huán)境土壤濕度值的傳感器，通過對比獲得土壤濕度的值與農(nóng)作物種植適宜范圍的土壤濕度值進(jìn)行判別，自動(dòng)模式下可以自動(dòng)控制相應(yīng)模塊，進(jìn)而調(diào)節(jié)種植環(huán)境的土壤濕度值。本次設(shè)計(jì)選用四線制土壤濕度傳感器（如：圖13），模塊采用電阻式傳感器，后面通過查閱資料后發(fā)現(xiàn)選用電容式土壤濕度傳感器的的更加實(shí)用一些，因?yàn)閷?shí)際的環(huán)境中，傳感器放在土壤里面?zhèn)鞲心_更容易被電解和腐蝕。圖13土壤濕度檢測模塊圖本次設(shè)計(jì)土壤濕度傳感器的模塊采用四線制下圖為引腳圖，第3引腳懸空，分為電源和接地，電源通過3.3V供電，還有一個(gè)輸出電壓的AO口接STM32的PA1引腳。圖14土壤濕度監(jiān)測模塊引腳獲取土壤濕度的流程圖（如：圖15）。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)處理器STM32單片機(jī)通過調(diào)用土壤濕度傳感器的模塊獲得一個(gè)模擬信號，再通過使用STM32內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)為想要的數(shù)字信號，即可取到準(zhǔn)確的土壤濕度值。因?yàn)椴煌耐寥婪N類可能采集的方法有些差異會導(dǎo)致測量結(jié)果不穩(wěn)定，所以在本次設(shè)計(jì)中均選用相同的土壤基質(zhì)。獲得土壤濕度值后再通過中央處理器STM32單片機(jī)對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸判別等。圖15得到土壤濕度數(shù)據(jù)流程圖3.6OLED顯示屏OLED顯示屏是由有機(jī)發(fā)光二極管制成。他具備很多優(yōu)異的特性，比如說不需要背光源、對比度高、厚度薄、視角廣等等。所以它是一種非常受歡迎的顯示屏選擇?？紤]到模塊的成本，本次設(shè)計(jì)選用中景園電子的0.96寸OLED顯示屏，屏幕的分辨率為128*64，這次選用的是黑底白字，模塊引腳為7針，GEN接地，VCC接3.3V電源，DO口在SPI和IIC通信中為時(shí)鐘引腳D1口為數(shù)據(jù)引腳，RES引腳是復(fù)位引腳DC是數(shù)據(jù)和命令控制的引腳，CS為片選引腳，在這次設(shè)計(jì)中分別接到STM32的PA5、PA7、PB0、PB1和PA4（如：圖16）。通過官方給的例程我們可以很快上手這個(gè)模塊的編程，官方也給了很多事例供我們參考。圖16OLED引腳圖3.7控制設(shè)備模塊由于本次設(shè)計(jì)是在校園里進(jìn)行，對于器件的選擇以方便，實(shí)用性為主，這里我們使用LED燈模擬真實(shí)系統(tǒng)中的溫室燈（如：圖17）。圖17LED燈引腳圖降溫系統(tǒng)則由繼電器1（如：圖18）代替。圖18繼電器1引腳圖水泵由繼電器2（如：圖19）代替。圖19繼電器2引腳圖由此也可以滿足現(xiàn)階段的需求。對于LED燈和繼電器的操作我們這里可以理解成開關(guān)的功能，之后再根據(jù)未來的實(shí)際情況進(jìn)行接入器件。4系統(tǒng)組裝與調(diào)試4.1系統(tǒng)流程圖下圖為本次系統(tǒng)運(yùn)行得流程圖，整個(gè)系統(tǒng)采用USB5V供電。系統(tǒng)開機(jī)后首先是初始化各個(gè)設(shè)備模塊，給相應(yīng)的引腳進(jìn)行初始化，ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊連接到預(yù)先設(shè)置好的WIFI后開始使用EDP協(xié)議去連接OneNET云平臺，如果連接失敗就重新連接，當(dāng)設(shè)備連接好云平臺后云平臺上會查看到設(shè)備在線，下面即可進(jìn)行設(shè)備和云平臺的交互，STM32主控處理器開始采集各個(gè)傳感器模塊的數(shù)據(jù)顯示在OLED屏上并發(fā)送給云平臺，設(shè)備會判斷是否是手動(dòng)模式，如果是則還會對接收到云平臺開關(guān)動(dòng)作的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使對于的設(shè)備動(dòng)作。否則跳過這步重新回到數(shù)據(jù)采集。圖20系統(tǒng)流程圖4.2主程序開發(fā)軟件本次設(shè)計(jì)使用到的編程軟件是KeiluVision5軟件，在大學(xué)期間我們有單片機(jī)課程，單片機(jī)課程中我們學(xué)習(xí)的是51單片機(jī)用到的開發(fā)軟件是Keil4，他支持C語言的編程和調(diào)試，這次STM32是由ARM公司開發(fā)的，對應(yīng)的開發(fā)軟件是ARM公司開發(fā)的Keil4升級版Keil5，Keil5的開發(fā)和Keil4是一致的，只是程序下載到單片機(jī)的方式有些不一樣。后面會介紹程序下載方法。圖21Keil5軟件圖4.3調(diào)試軟件4.3.1EdpProtoDebuggerEdpProtoDebugger是OneNET物聯(lián)網(wǎng)云平臺發(fā)布的一款EDP協(xié)議調(diào)試分析工具，EdpProtoDebugger軟件可以通過EDP協(xié)議連接OneNET平臺進(jìn)行分析和調(diào)試，通過利用EdpProtoDebugger軟件可以解決各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用出現(xiàn)的問題。在初步的代碼開發(fā)中通過EdpProtoDebugger暫時(shí)替代硬件，可以省掉我們在調(diào)試時(shí)硬件可能出現(xiàn)的一些問題，進(jìn)而直接調(diào)試云端的程序，這樣使我們節(jié)約了很多時(shí)間也提高了效率。圖22EdpProtoDebugger軟件圖4.3.2XCOMV2.0CH340模塊的核心是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，在設(shè)計(jì)開發(fā)中，我們可以通過CH340模塊連接STM32的串口使STM32和電腦進(jìn)行通信。CH340有4個(gè)引腳，分別是電源的3.3V和接地口還有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)口，將接收和發(fā)送引腳反接到STM32的接收和發(fā)送引腳即可實(shí)現(xiàn)CH340將串口輸出的內(nèi)容通過USB口發(fā)送到電腦上，在電腦上使用相應(yīng)的軟件即可打印出串口的內(nèi)容，也可以通過軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過CH340的發(fā)送口然后單片機(jī)通過串口接收引腳可以接收到數(shù)據(jù)。在使用CH340模塊的時(shí)候電腦上還需要下載支持的驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槭荱SB口需要電腦識別CH340模塊。圖23CH340模塊這里我們使用XCOMV2.0軟件在電腦上進(jìn)行串口的調(diào)試。當(dāng)CH340插入電腦后，在已經(jīng)安裝驅(qū)動(dòng)后需要設(shè)置串口，波特率以及停止位和數(shù)據(jù)位，這樣設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)后，即可實(shí)現(xiàn)電腦和STM32的串口通信。圖24XCOMV2.0軟件圖4.4程序下載對于STM32單片機(jī)的燒錄有很多種，我在最開始接觸STM32下載程序的時(shí)候使用的是ST-LINK/V2進(jìn)行燒錄，后面通過查閱資料后發(fā)現(xiàn)這種方法也是很方便，在使用的時(shí)候需要接的引腳不多，并且正好在STM32的最小系統(tǒng)板上也是預(yù)留了一排接口連接ST-LINK/V2。ST-LINK/V2燒錄程序可以對STM8和STM32等系列的單片機(jī)進(jìn)行燒錄，燒錄方法很簡單，只需要連接好接線之后在Keil5軟件中設(shè)置好對應(yīng)的下載方法，程序通過編譯后點(diǎn)擊下載件即可。ST-LINK/V2的引腳有很多可以通過很多種方法和單片機(jī)進(jìn)行通信，在本次設(shè)計(jì)中用于程序的下載我們只需要使用4個(gè)引腳即可，連接ST-LINK/V2的3.3V電源和GND口接地，然后還需要將ST-LINK/V2的SWCLK和SWIO引腳連接到STM32的這兩個(gè)引腳。本次設(shè)計(jì)使用的最小系統(tǒng)板預(yù)留出了SWCLK和SWIO和電源口，可以很方便的連接。圖25ST-LINK/V2實(shí)物圖通過ST-LINK/V2連接到STM32板子上之后，在Keil5軟件中程序編譯通過后可以直接使用下載按鈕即可將程序下到STM32芯片中（如：圖26）。圖26keil5設(shè)置圖示5結(jié)論5.1研究設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)本次設(shè)計(jì)中，我覺得最大的難點(diǎn)還是對網(wǎng)絡(luò)模塊的編程和在云平臺上的開發(fā)，因?yàn)樵谶@次確定系統(tǒng)功能的時(shí)候也只是理論上可以實(shí)現(xiàn)這些功能，并沒有在實(shí)物上實(shí)現(xiàn)過，資料需要在網(wǎng)上尋找，并不是可以很迅速的找到自己想要的問題。難點(diǎn)一：對于單片機(jī)的了解是僅限于在大學(xué)課程中學(xué)到的51單片機(jī)，他和STM32的開發(fā)是一定區(qū)別的。這次是通過查看相關(guān)的代碼和結(jié)合老師的講解一點(diǎn)一點(diǎn)摸索出來的。難點(diǎn)二：對STM32單片機(jī)編入程序，在移植WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候，遇到了困難，從頭到位進(jìn)行了仔細(xì)的檢測，最后一度接近放棄時(shí)，后面也是通過看一些論壇，最后鎖定問題是因?yàn)槠渌尿?qū)動(dòng)初始化時(shí)沖突了，后面進(jìn)行了分別的初始化就解決了問題。雖然期間花費(fèi)了很長時(shí)間跟問題不是相關(guān)的學(xué)習(xí)但我覺得也是非常值得的，這讓我對本次設(shè)計(jì)和STM32的單片機(jī)編程有了進(jìn)一步的認(rèn)識。難點(diǎn)三：硬件和云平臺的數(shù)據(jù)通信問題，這次用到的物聯(lián)網(wǎng)云平臺是比較新穎的技術(shù)，學(xué)習(xí)是從零開始，通過一些零零散散資料導(dǎo)致學(xué)習(xí)的效率不是很高。是第一次使用HTTP協(xié)議和EDP協(xié)議進(jìn)行傳輸，對應(yīng)的參考文檔還有學(xué)習(xí)的視頻是花了相當(dāng)多的時(shí)間。難點(diǎn)四：后續(xù)對設(shè)計(jì)進(jìn)行了上層微信小程序的開發(fā)，雖然是移植，但是一路上磕磕碰碰也是花了很多的時(shí)間，我覺得期間出錯(cuò)相比于一路順通是更有意義，這讓我對這個(gè)開發(fā)流程有了進(jìn)一步的認(rèn)識。5.2研設(shè)計(jì)的特點(diǎn)5.2.1擁有簡單的操作STM325.2.2基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中引入物聯(lián)網(wǎng)云平臺是極大的提高了系統(tǒng)的上限，在很多的功能上都提高了很大的實(shí)用性。初步的設(shè)計(jì)中確定使用HTTP協(xié)議，但是后面對設(shè)計(jì)的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)使用HTTP協(xié)議延遲比較大，在對比中發(fā)現(xiàn)EDP協(xié)議比較適合本次設(shè)計(jì)，即把設(shè)計(jì)修改為EDP協(xié)議，EDP協(xié)議提供了上層的API接口，即可以對后面上層發(fā)開預(yù)留一定的接口。網(wǎng)絡(luò)上有很多開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備教程，硬件和設(shè)備的連接也有很多的協(xié)議，對于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的使用還需要更多的摸索，現(xiàn)在也只是實(shí)現(xiàn)了一些最基礎(chǔ)的功能。物聯(lián)網(wǎng)云平臺是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)組成的關(guān)鍵部分，我相信未來的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會越來越大眾化，這是大勢所趨，這些東西也會應(yīng)用在我們生活中的方方面面。5.3總結(jié)與期望這次設(shè)計(jì)是以STM32為中央處理器結(jié)合OneNET云平臺的一套物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，通過控制各個(gè)模塊和OneNET云平臺進(jìn)行通信和人機(jī)互動(dòng)。本次系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果還有一定的不足，比如人機(jī)互動(dòng)不是很多，還有很多原因?qū)е聹y量的數(shù)據(jù)不是很精準(zhǔn)，這些問題還需要花