哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）IPAGE摘要隨著社會的日益發(fā)展和科技進步，居民們越來越注重生活環(huán)境的質(zhì)量提高。五彩繽紛的花卉具有凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候的功能，可供人們欣賞養(yǎng)殖、愉悅身心。因此，花卉養(yǎng)殖帶來了很大的商機，但花卉對生長條件要求特殊?；ɑ艿恼ＩL，它需要合適的環(huán)境進行生根發(fā)芽，土壤水分含量、空氣溫度和大氣光照強度等因素都影響花卉的正常生長。所以，花卉的養(yǎng)殖已從無人看管自然生長的年代過渡到人工智能養(yǎng)殖的形式，通過監(jiān)測各種自然因素，為花卉養(yǎng)殖提供適宜的生長環(huán)境，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更大的社會效益和經(jīng)濟效益。本設(shè)計以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，利用集成度高的數(shù)字型傳感器實現(xiàn)對花卉種植環(huán)境中土壤濕度、環(huán)境溫濕度、光照強度等環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測。利用Qtceator開發(fā)環(huán)境，設(shè)計上位機顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果。上位機對傳感器檢測到的數(shù)據(jù)進行分析，與設(shè)定的初始值進行比較，根據(jù)判斷結(jié)果給出控制指令，控制設(shè)備進行工作。關(guān)鍵詞：花卉；光照；協(xié)調(diào)器；實時監(jiān)測

AbstractColorfulflowershavethefunctionofpurifyingtheairandregulatingtheclimate,sothatpeoplecanenjoybreedingandenjoyingthebodyandmind.Therefore,flowerfarminghasbroughtgreatbusinessopportunities,butflowersonthegrowthconditionsrequirespecial.Thenormalgrowthofflowers,itneedstherightenvironmenttotakeroot,soilmoisturecontent,airtemperatureandatmosphericlightintensityandotherfactorsaffectthenormalgrowthofflowers.Therefore,flowerfarminghastransitionedfromanageofunattendednaturalgrowthtoaformofartificialintelligencefarming,whichprovidesasuitablegrowthenvironmentforflowerfarmingbymonitoringvariousnaturalfactors,thusachievinggreatersocialandeconomicbenefits.WithInternetofThingstechnologyasthecore,thedesignuseshighlyintegrateddigitalsensorstomonitortheenvironmentalparameterssuchassoilmoisture,ambienttemperatureandhumidity,lightintensityandsooninflowerplantingenvironment.Thetemperatureandhumidity,lightinginformationandsoilmoistureoftheflowerplantingenvironmentweremonitoredbyDHT11temperatureandhumiditysensor,photoresistorandTELESKYsoilmoisturesensor.ThrouaghtheZigBeemodsduleandsesdnsortoformasesdnsornodde,andthecoordinssatorwireslessnetwssorktoformanodenetwaork.UsiangtheQtceaftordevelogpmentenvirohgnment,theuppercomputerisdeddsignedtodisplaythemonitoriddngdataresuglts.Theuppercomputeranalyzesthedatadetectedbythesensor,compareswiththesetinitialvalue,givescontrolinstructionsaccordingtothejudgmentresult,andcontrolstheoperationofthedevice..Keywords:FlowersLightingCoordinatorReal-timemonitoring

目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究意義和目的 11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 11.3主要研究內(nèi)容 2第2章系統(tǒng)方案設(shè)計 32.1設(shè)計核心思想 32.2主要器件選型 42.2.1土壤濕度傳感器 42.2.2光照傳感器 42.2.3空氣溫濕度度傳感器 52.3無線網(wǎng)絡(luò)方案選擇 62.4無線網(wǎng)絡(luò)方案選擇 72.5上位機方案選擇 8本章小結(jié) 9第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計 103.1硬件總體設(shè)計 103.2最小系統(tǒng)電路介紹 103.3電源電路設(shè)計 113.4節(jié)點設(shè)計 113.4.1光照傳感器節(jié)點 123.4.2土壤濕度傳感器節(jié)點 123.5澆水電路設(shè)計 12本章小結(jié) 13第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計 144.1系統(tǒng)主程序設(shè)計 144.2開發(fā)環(huán)境介紹 154.3協(xié)調(diào)器組網(wǎng)設(shè)計 154.4節(jié)點程序設(shè)計 164.4.1節(jié)點初始化 164.4.2節(jié)點入網(wǎng) 174.5澆水控制程序設(shè)計 184.4上位機的軟件設(shè)計 19本章小結(jié) 20第5章系統(tǒng)測試 225.1測試環(huán)境 225.2網(wǎng)絡(luò)調(diào)試 235.3信息采集測試 245.4上位機界面測試 24本章小結(jié) 26結(jié)論 27致謝 錯誤!未定義書簽。參考文獻 錯誤!未定義書簽。附錄1譯文 錯誤!未定義書簽。附錄2英文參考資料 錯誤!未定義書簽。附錄3硬件原理圖 錯誤!未定義書簽。附錄4程序清單 錯誤!未定義書簽。第1章緒論1.1課題研究意義和目的伴隨這生活水平的越來越高和科技的水平進步非常大，市民們都非常的看重身邊的居住的環(huán)境是不是非常的好。色彩非常鮮艷的盆栽，顏色絢麗的花花草草都有吸收空氣中不好的物質(zhì)的能力、還可以適當(dāng)?shù)挠绊憵夂虻淖兓墓δ?，可以讓養(yǎng)花的人還有觀賞花卉的人感到非常愉快、供他們欣賞。所以，養(yǎng)花會有非常好的前景去賺錢，但養(yǎng)花的生長的各個條件會要求的非常的高。花卉有積極向上、頑強的生命力，它需要合適的環(huán)境進行生根發(fā)芽，土壤水分含量、空氣溫度和大氣光照強度等因素都影響花卉的正常生長。因此，養(yǎng)花已經(jīng)從不需要人工去照看的自發(fā)生長的年代變成了人工智能養(yǎng)花的現(xiàn)狀，通過檢查著每個影響著花的生長條件的因素，為花朵的生長提供了非常適合生長的環(huán)境，這樣就能對社會的收益和居民的收入經(jīng)濟效益有更好的推動。澆水看似非常簡單，實際卻是最嚴(yán)格，最難掌握的一項工作。多數(shù)人認(rèn)為盆栽不干的時候就不澆水，澆水的時候就一次給植物“喝飽”、“澆透”。植物養(yǎng)殖管理說起來十分輕松，實際養(yǎng)護卻非常難。大部分初次嘗試養(yǎng)護植物的人，植被的死亡都是被水淹死的。應(yīng)該如何識別植被土壤是干還是濕？植物是否應(yīng)該澆水？該澆多少水？針對植物養(yǎng)護，依然存在以上一系列有待解決的問題。因此一個植物養(yǎng)殖的智能監(jiān)控設(shè)備已成為當(dāng)前研究的熱點。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各領(lǐng)域的數(shù)字化技術(shù)已趨于成熟，數(shù)字化和智能化的發(fā)展是今后科技發(fā)展的主要趨勢。未來的植物生產(chǎn)研究中，對植物的生長的多項參數(shù)采集是必經(jīng)途徑，這個設(shè)計里的溫室花卉養(yǎng)殖智能灌溉系統(tǒng)，收集養(yǎng)花區(qū)的那里土壤的濕度、還有土壤和空間的溫度和花受到的光照強度等數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳送給主控制端，從而對養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的各個數(shù)據(jù)實時控制，營造最適合花卉生長的環(huán)境。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析國外對于花卉智能灌溉技術(shù)的研究相對比較早，美國、日本等發(fā)達國家最早采用信息自動化控制技術(shù)進行白動灌溉系統(tǒng)設(shè)計，取得了一些比較有價值的研究成果。從最初的機械化控制到后來的自動一體化控制，乃至現(xiàn)在的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能灌溉系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)了智能化、精確化以及操作簡便化。1984年，美國的Benami等人設(shè)計出一套智能灌溉系統(tǒng)，采用土壤濕度傳感器實時反饋土壤濕度值，控制器根據(jù)土壤濕度值和預(yù)先設(shè)置的閥值判斷是否進行灌溉，在一定的程度上設(shè)計是可以體現(xiàn)了智能化的灌溉，但是系統(tǒng)要一直不斷的來反饋收集到土壤的濕度，設(shè)計需很長的時間來響應(yīng)，并且不會特別準(zhǔn)確的調(diào)控好土壤的濕度的程度，就是使土壤的濕度值一直在一個的特定的范圍里，時間長了難免就會有了差值。Rainbird公司成功開發(fā)了一套灌溉系統(tǒng)控制器，用戶通過無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對灌既的遠程控制，同時可以管理和提交系統(tǒng)運行報告，用來確定設(shè)計可以運行的非常的流暢和結(jié)果讓大家信服。1992年，Pehne等人根據(jù)采集的花卉生長環(huán)境參數(shù)來計算蒸騰量進而控制灌溉系統(tǒng)進行澆水灌溉。1993年，Koch提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行作物灌溉量不同階段的預(yù)測，可以提高灌溉效率，保持作物良好生長狀態(tài)，但并沒有作出進一步研究。我國的花卉養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展比較落后，并且在研制設(shè)備、掌握花卉生長習(xí)性、系統(tǒng)管理等方面的工作人員相對欠缺，因此需要從其他國家引進用于花卉養(yǎng)殖的智能灌溉設(shè)備。因為不是根據(jù)國內(nèi)大部分的需要的條件進行設(shè)計澆水類的產(chǎn)品，把該設(shè)備投入到了養(yǎng)花業(yè)的時候很多的設(shè)備都不能發(fā)揮它應(yīng)該發(fā)揮的功能。這不僅沒有為國內(nèi)養(yǎng)花業(yè)澆水帶來非常好的發(fā)展的前路，反倒是造成了錢花的越來越多，浪費的越來越多。所以，必須加大投資生產(chǎn)和培養(yǎng)化卉專家，從而在本質(zhì)上改進我國化卉灌溉設(shè)備落后的問題，進而就能根據(jù)養(yǎng)花人他自己特殊的澆水的需求來進行設(shè)計和實現(xiàn)澆水這方面的設(shè)施，為了花朵的生長提供了更好的環(huán)境和條件。1.3主要研究內(nèi)容本設(shè)計以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，對花卉種植環(huán)境中土壤濕度、環(huán)境溫濕度、光照強度等環(huán)境因子進行實時監(jiān)測，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)進行無線組網(wǎng)，將采集到的信息發(fā)送到上位機顯示。該系統(tǒng)操作簡便，實時性好,可靠性高。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計空間的溫度和濕度、土壤的濕度、光照射的強弱等都是影響花卉生長的關(guān)鍵因素，設(shè)計一個基于ZigBee的植物生長監(jiān)控系統(tǒng)是解決花卉無人監(jiān)管問題，采用無線網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)對花卉的實時監(jiān)控和智能養(yǎng)護控制，調(diào)節(jié)植物生長的小環(huán)境。2.1設(shè)計核心思想花卉生長監(jiān)控系統(tǒng)面向的用戶群體主要為花卉大棚管理人員，他們?nèi)狈ɑ苌L監(jiān)管經(jīng)驗，但追求高效的管理方式。系統(tǒng)設(shè)計之前，在查閱大量相關(guān)資料，了解目前技術(shù)需求和相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以后，確保方案各方面工作順利實施。在開始前期做好詳細的整體規(guī)劃，為各個階段制定相應(yīng)的計劃。系統(tǒng)設(shè)計原則如下：1.確保技術(shù)實施可行性、系統(tǒng)工作環(huán)境穩(wěn)定、可靠、可行。2.充分考慮用戶體驗，設(shè)計出美觀，簡單易操作的界面，可實現(xiàn)個性化的界面設(shè)置；同時必須確保界面的靈活性。3.利用新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、硬件技術(shù)等技術(shù)，進行多次的測試，不斷改進功能，完善系統(tǒng)各項功能。4.從安全性考慮，設(shè)計了一個用戶專屬登錄界面，同時制定可靠性高的無線通信協(xié)議。設(shè)計的硬件框圖如圖2-1所示。溫濕度檢測溫濕度檢測檢測ZigBee節(jié)點1協(xié)調(diào)器光照檢測上位機ZigBee節(jié)點2土壤濕度檢測ZigBee節(jié)點3繼電器檢測風(fēng)扇檢測繼電器檢測燈檢測繼電器檢測水泵檢測圖2-1設(shè)計的硬件框圖2.2主要器件選型2.2.1土壤濕度傳感器土壤濕度的檢查是這個設(shè)計中的基本要求，本設(shè)計經(jīng)過選擇后用了YL-69土壤濕度傳感器，這個濕度傳感器的土壤檢測的探頭的探測的面積很大，提高了他自身的導(dǎo)電能力，表面上鍍了鎳為了防止這個傳感器探頭那里生銹，讓他的使用時間變得更長了。濕度傳感器是由土壤探頭和濕度處理的部分一起構(gòu)成了濕度傳感器，土壤探頭與濕度處理模塊之間用了導(dǎo)線進行相連，土壤探頭獎檢測到的信息需要經(jīng)過濕度處理模塊的處理后才能得到具體的信息，土的濕度傳感器的實物圖如圖2-2所示。圖2-2土的濕度傳感器實物圖顏色為黃色的那個金屬的部位是傳感器的土壤檢查的探頭，用這個部分監(jiān)測是，將探頭插進土里，藍色的那個部分就是濕度處理模塊，這個部分的四個引腳就是電源的正極和電源的負(fù)極、濕度輸出多少數(shù)字的值和模擬的量。在對濕度傳感器特性進行測試時測量的是模擬量輸出電壓值，根據(jù)輸出情況對傳感器的特性進行分析。2.2.2光照傳感器光照強度對花卉生長發(fā)育和形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成有重要作用，例如，在花卉組織培養(yǎng)中，青蒿素的含量隨光照強度的加強而明顯提高，但是，對于不同的植物，光照強度對其藥用成分的形成和積累的影響是不同的，有的促進某種成分積累，有的抑制某些成分積累。光照強度主要會影響花朵的光合作用的快慢，照射陽光弱的條件下，植物的呼吸作用的速度大于光合作用的速度。當(dāng)陽光照射的力度增加，植物的光合作用的速度也會隨著增加而增加，當(dāng)光合作用吸收到的CO2與呼吸作用放出來的CO2的量一樣的時候，花就會開始積攢物質(zhì)，這個時候的陽光照射的大小也會稱作為光的補償點，隨著陽光照射強度的一直往上加，植物的光合作用的速度會一點一點的慢慢增大，光合作用的速度加到最大點的時候的光照強度就變成為植物的光飽和點。所以采用光照傳感器來進行花卉光照強度檢測。光照傳感器實物圖如圖2-3所示。圖2-3光照傳感器實物圖光照傳感器的感應(yīng)光的元器件主要就是光敏電阻。光敏電阻又被叫為光敏電阻器或光導(dǎo)管，可以檢查這個地區(qū)的周圍的環(huán)境的亮度和陽光照射的強度。光敏電阻可以跟5V的電池設(shè)備直接進行連接，也可以與3.3V的電源相連。光敏電阻沒有正負(fù)極，當(dāng)無光照時，光敏電阻的阻值很大，一般在兆歐級，相反在有光照時，電阻值減小，可達幾千歐。在暗電阻大，亮電阻小的情況下光敏電阻的靈敏度最高。2.2.3空氣溫濕度度傳感器采用DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器。它的主要檢查的原理就是對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的空氣中的有多少水分進行吸收所發(fā)生的物理或著化學(xué)的變化，間接的得到了這個區(qū)域內(nèi)空氣中的水分進而得到濕度。此在信號的傳送距離方面，最高可達到20米。DHT11的體積小、使用方法簡單、成本低、傳輸距離相對較遠。溫度傳感器的原理利用在不同的溫度下，使用的材料的導(dǎo)電性不一樣的原理來設(shè)計的，例如生活中，在冬天手機一次充電的使用時間明顯比夏天的要短。這是因為在冬天由于溫度很低，影響了電子原件和芯片之間的信息傳遞。也就是電流的傳遞，為了保證信息能夠傳遞，必須增加電流，所以溫度就會升高。在冬天很冷的時候還會出現(xiàn)手機不能開機的情況，都是因為溫度改變了材料的導(dǎo)電性使得不能開機。數(shù)字式溫濕度傳感器，采集的直接就是數(shù)字量，可以由單片機直接處理。如DHT11，采用單總線通信方式，由單片機可以直接讀出采集的溫濕度和濕度值。簡單易用且成本低。溫濕度傳感器實物圖如圖2-4所示。圖2-4光照傳感器實物圖2.3無線網(wǎng)絡(luò)方案選擇由于植物覆蓋面積一般較大，或者植物較為分散布置，采用無線通信方式進行組網(wǎng)采集信息。在目前各大領(lǐng)域中，無線通信方式早已替代了有線通信方式，市面上使用最多的幾個路程比較近的通信的方法有藍牙技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)和Zigbee技術(shù)等。經(jīng)過對這幾個技術(shù)的對比和分析，Zigbee技術(shù)有花錢少、功率消耗的少、傳送的速度比較低，網(wǎng)絡(luò)可以有非常多的節(jié)點數(shù)量，跟這個設(shè)計的要求有非常高的符合度，所以這個設(shè)計就選擇Zigbee技術(shù)當(dāng)作為本設(shè)計的通信方法。這幾個不用線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的對比如表2-1所示。表2-1無線技術(shù)對照表藍牙WifiZigBee功耗較大大最小節(jié)點數(shù)目83065535傳輸范圍10m100m100m傳輸速率1Mbps11Mbps250Kbps它是RF收發(fā)器的很豐富的好用的強的性能與行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)的加強了的增強型8051單片機，單片機內(nèi)集合了8KB的RAM以及非常多的外接設(shè)備，具有特別強大的功能、花的錢非常的少、使用戶能靠得住以及消耗的功率相較來說低等其他很多的優(yōu)點，并且還有很好的向外拓展的能力，所以CC2530是很好用，效果非常出色的ZigBee通信專業(yè)級別的芯片，在軍隊武器監(jiān)測方面、家庭使用的器件的方面、工廠工業(yè)的控制當(dāng)中都有特別廣闊的應(yīng)用。ZigBee模塊實物圖如圖2-5所示。圖2-5ZigBee模塊實物圖2.4無線網(wǎng)絡(luò)方案選擇控制模塊的實質(zhì)就是利用ZigBee的部件輸出的低電的信號來對外接的電磁閥的連接與斷開的控制，從而達到了對調(diào)控設(shè)備的工作或者不工作進行控制的目的，實現(xiàn)對用于給花澆水的水泵進行自主操作。繼電器模塊實物圖如圖2-6所示。圖2-6繼電器實物圖本系統(tǒng)選擇的就是是松樂公司出產(chǎn)的固態(tài)的繼電器，這個繼電器有一個一直處在打開的觸點，一個經(jīng)常處在關(guān)閉的觸點。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下:1.正常溫度范圍：-40℃~+85℃。2.5上位機方案選擇方案一：采用Android開發(fā)界面。很多手機廠商、軟件廠向、運肯商以及個人開發(fā)者越來越關(guān)注Android開發(fā)，Android基于linux的基礎(chǔ)上開發(fā)的，包括OS，用戶界面和應(yīng)用程序等，給升發(fā)人員開放了一定的權(quán)限，允許他們獲取代碼并改變軟件屬性。其有以下的特點。(1)開放性Android平臺是免費、開源的，主整包括底層OS、用戶UI以及應(yīng)用軟件，并且給開發(fā)召開放了一定的權(quán)限、Google公司和許多機構(gòu)合作，比如運營商、設(shè)備制造商、開發(fā)商等。通過制定標(biāo)準(zhǔn)伙Android變成一個開放式的生態(tài)系統(tǒng)。(2)應(yīng)用程序平等所有的Android應(yīng)用軟件都擁有樣的開發(fā)平臺。該平臺由許多應(yīng)用軟件組成。所有的應(yīng)用軟件都被運行在Java虛擬機(JavaVirtualMachine,JVML.JVM提供了很多用來完成應(yīng)用軟件和硬件資源間信息傳輸?shù)腁PI。(3)應(yīng)用程序之間無降礙溝通Android上的應(yīng)用程序采用特有的交流方法共享信息，通過使用這些方法，程序開發(fā)者能夠均網(wǎng)絡(luò)中的信息和Android本地的信息聯(lián)系在一起，給用戶帶來不一樣的體驗。這些方法完善了安點系統(tǒng)的軟件功能，使得軟件之間交流無礙。應(yīng)用程序不僅能夠通過使用API調(diào)用系統(tǒng)和關(guān)功能，而讓別的應(yīng)用程序可以進到自己的功能。(4)快捷方便的應(yīng)用程序開發(fā)Android操作系統(tǒng)有強人的Google支撐。Android系統(tǒng)中會帶有Google提供的各項服務(wù)，如Google地圖服務(wù)、Google讀書服務(wù)和Google固音服務(wù)等。程序開發(fā)人員可以通過Android類庫與升發(fā)工具完成應(yīng)用軟件的開發(fā)。(5)舒適的開發(fā)環(huán)境Android的主流開發(fā)環(huán)境思Eclipse+ADT-AndroidSDK，通過集成方式使它們形成開發(fā)壞境，與傳統(tǒng)手機的操作系統(tǒng)相比，在此環(huán)境下運行的程序速度較快，調(diào)試效率高。由上面的特點能夠知道，安卓系統(tǒng)將憑借其平臺的開放性、應(yīng)用程序閑的無降礙交流、免費等優(yōu)點。終端平臺紛爭中占據(jù)有利建位。為用廣和軟件開發(fā)占都提供了嶄新的體驗。但是此方案需要開發(fā)網(wǎng)關(guān)節(jié)點，難度較大。方案二：可以運行到其他硬件平臺上。Qt上主要實現(xiàn)用戶的登錄和設(shè)置環(huán)境參數(shù)的閾值、實時查看環(huán)境參數(shù)以及控制設(shè)備等。Qt開發(fā)環(huán)境如圖2-7所示。圖2-7QT軟件環(huán)境圖支持Windows、Linux、SunOS、Irix、QNX等等操作系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)通信方面，Qt提供了非常好的支持。針對TCP等網(wǎng)絡(luò)的傳輸，Qt提供QTcpSocket類和QTcpServer類。針對UDP傳輸，通過創(chuàng)建Socket對象，就可以通過打開輸入輸出流來進行通信。最大的特點就是源代碼對外開放，而且這個平臺具有非常好的彈性，其中的QtEmbedded最小可以縮到800KB左右，因此它將會更加的適合在嵌入式環(huán)境下工作。Qt中提供了QSqlDatabase類可以完成，exec()可以來執(zhí)行SQLlite語句，完成數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)插入，查找，刪除等一系列基本操作。數(shù)據(jù)庫主要存儲以下的信息：用戶名和密碼，各種環(huán)境參數(shù)（土壤濕度，光照強度等），各種環(huán)境參數(shù)的閾值（土壤濕度，光照強度等）?？刂七x項（水泵工作狀態(tài)控制和步進電機工作狀態(tài)控制）。本章小結(jié)本章首先著重分析了系統(tǒng)設(shè)計的基本思路，其次詳細介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的基本理論。經(jīng)過對感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層技術(shù)介紹后，明確了器件的具體類型。最后確定了本設(shè)計中的最終方案。該方案可行性高、布局簡單，且性價比高。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計在系統(tǒng)的設(shè)計中，硬件系統(tǒng)設(shè)計主要是針對底層硬件核心電路設(shè)計、各個檢測模塊以及控制電路設(shè)計。本章內(nèi)容主要圍繞監(jiān)測系統(tǒng)中各大主要部分的硬件設(shè)計進行闡述并對其實現(xiàn)的功能作大概介紹。3.1硬件總體設(shè)計本次設(shè)計需要通過ZigBee模塊與各個傳感器組成相應(yīng)的節(jié)點，并利用協(xié)調(diào)器進行無線組網(wǎng)通過。ZigBee模塊一般都是用CC2530芯片作為核心處理器，CC2530芯片主要可分成3個模塊：1.CPU模塊：使用8051指令集的8051CPU核心，擴展了18個中斷源，這種模塊包括3個的存儲器訪問總線，一個調(diào)試接口和擴展的18路中斷單元。2.電源和時鐘模塊：CC2530有四種電源模式，不同情況下系統(tǒng)切換到相應(yīng)的電源模式，有利于減少電源消耗，CC2530內(nèi)的時鐘的振蕩源可以用多種頻率的振蕩器。3.無線模塊：CC2530接收到的RF信號被放大，并且將收到的同相信號正交信號過轉(zhuǎn)為中頻信號，然后放大所得到的中頻信號，自動增益控制通過ADC數(shù)字化，存儲到存儲器中。信號發(fā)射過程是將信號在DAC進行處理，最后發(fā)送至天線。從圖我們可以看出，傳感器各個節(jié)點的作用是負(fù)責(zé)收集和傳送檢測到各個地方的空氣環(huán)境的指數(shù)，但是ZigBee協(xié)調(diào)器的作用主要就是建立新的網(wǎng)絡(luò)、制作節(jié)點、處理有關(guān)的數(shù)據(jù)、與控制中心彼此互換消息等。3.2最小系統(tǒng)電路介紹圖3-1CC2530最小系統(tǒng)電路圖3.3電源電路設(shè)計圖3-2電源電路原理圖3.4節(jié)點設(shè)計3.4.1光照傳感器節(jié)點圖3-3光照強度傳感器電路原理圖3.4.2土壤濕度傳感器節(jié)點檢測土壤溫度濕度的傳感器于CC2530相連接，周期的采集土壤容積含水量，通過CC2530發(fā)送至主控制器，主控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閥值判斷土壤是否缺水，如果缺水則進行相應(yīng)操作。土壤濕度傳感器的1管腳接3.3V電源、2管腳接GND、3管腳接CC2530芯片P16引腳、4管腳懸空。土壤濕度傳感器電路原理圖如圖3-4所示。圖3-4土壤濕度傳感器電路原理圖3.5澆水電路設(shè)計圖3-5澆水控制電路引腳圖本章小結(jié)本章主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)花卉種植監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，首先對無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊的硬件設(shè)計做了詳細的介紹，該模塊采用了TI公司生產(chǎn)的CC2530芯片，并且設(shè)計了電路圖。其次并給出相應(yīng)設(shè)計框圖。系統(tǒng)硬件平臺基本搭建完成，為軟件設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)計了整個一套系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)，對這個系統(tǒng)中的濕度信息的收集和處理、數(shù)據(jù)的傳送、信息接收方式以及信息接收后的控制的問題進行軟件程序的設(shè)計。設(shè)計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)的非常智能化的花朵監(jiān)控的系統(tǒng)當(dāng)中的控制部分的程序，通過程序控制完成花朵的智能化養(yǎng)植的問題。4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計軟件設(shè)計主要就是有兩個部分的工作，一個就是下位機各個節(jié)點和協(xié)調(diào)器的所有的程序編寫，其次就是上位機上可以看見的頁面的設(shè)計與做出來這個頁面。主程序的程序流程圖如圖4-1所示。開始開始系統(tǒng)初始化讀取數(shù)據(jù)是否開自動模式？N發(fā)送數(shù)據(jù)至上位機是否結(jié)束？結(jié)束YNYY開啟相應(yīng)設(shè)備是否達標(biāo)？N圖4-1主程序程序流程圖4.2開發(fā)環(huán)境介紹本系統(tǒng)選擇IAREmbeddedWorkbench嵌入式的應(yīng)用工作的開發(fā)平臺當(dāng)做下位機程序編寫的集成的開發(fā)應(yīng)用工作平臺，該款軟件包括有C/C++交叉編譯的器件，并且自己就帶程序調(diào)試的器件，是目前市面上一個相對來說很專業(yè)的嵌入式軟件應(yīng)用開發(fā)平臺的工具。這個工具寫出來的可以運行的程序可以讓大家信得住，并且有對程序來進行編譯、調(diào)試等其他的用處，擁有非常完整的，能平穩(wěn)運行的，使用戶操作非常的簡單方便等特點，IAR軟件開發(fā)應(yīng)用平臺界面如下圖4-2所示。圖4-2IAR開發(fā)應(yīng)用平臺界面圖4.3協(xié)調(diào)器組網(wǎng)設(shè)計ZigBee不用線連接的通信方式由協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點兩個部分構(gòu)成，其中協(xié)調(diào)器有且只能是有一個，不能多，協(xié)調(diào)器也是整個ZigBee系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)核心部分，主要負(fù)責(zé)的是給加入ZigBee網(wǎng)中的子節(jié)點都分配相應(yīng)的地址和負(fù)責(zé)每個終端子節(jié)點之間的協(xié)調(diào)與否的關(guān)系。當(dāng)系統(tǒng)開始供電以及協(xié)議的初始化的時候就是開始掃描這個通道并建立網(wǎng)當(dāng)中掃描通道的用途就是搜索節(jié)點通信中存在的網(wǎng)絡(luò)信息。IAR軟件開發(fā)界面如下圖4-3所示。圖4-3協(xié)調(diào)器程序流程圖4.4節(jié)點程序設(shè)計4.4.1節(jié)點初始化終端節(jié)點實現(xiàn)了不用線連接發(fā)送的前提是進行初始化，比如時鐘的初始化，RF的初始化，串口初始化等。當(dāng)設(shè)備一上電，采用默認(rèn)的設(shè)置，允許自動應(yīng)答機制（ACK），開啟隨機數(shù)產(chǎn)生功能，并開啟RF接收中斷，如果初始化成功，則返回SUCCESS。在確定保證了CC2530外設(shè)沒有其他的問題的情況下，就要定義一個basicRfCfgt結(jié)構(gòu)體，并給這個其中的成分進行賦值。結(jié)構(gòu)體的程序如下：typedefstruct{uintl6panid;//節(jié)點的PanIDuint8channel;//RF通道(必須在11-26之間)uint8ackRequest//確認(rèn)請求#ifdefSECURITY_CCM//是否加密，預(yù)定義里取消加密uint8*securityKey;uint8*securityNonce;#endif}basicRfCfg_t;4.4.2節(jié)點入網(wǎng)創(chuàng)建好了之間的連接，節(jié)點需要向協(xié)調(diào)器發(fā)送要說的請求，協(xié)調(diào)器收到了節(jié)點發(fā)過來的的請求連接的請求之后會根據(jù)當(dāng)時的情況來決定是不是可以讓節(jié)點連接進來，然后對會答復(fù)請求要連接的節(jié)點做出回應(yīng)，節(jié)點與協(xié)調(diào)器之間連接好了之后，就可以來進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。這個時候LED小燈就會亮了起來，這就表示成功的加入到了網(wǎng)絡(luò)里面，并在等兩秒鐘之后就開始向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)請求，將傳感器收集到的信息數(shù)值發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點。程序代碼如下所示：找到了適當(dāng)?shù)木W(wǎng)后，協(xié)調(diào)器為這個第一次出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)選擇一個PAN標(biāo)識符（PAN?ID，取值≦0x3FFF）,這個標(biāo)識符在所使用的信道里必須是唯一一個，沒有和它重復(fù)的。節(jié)點程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4節(jié)點程序流程圖本系統(tǒng)終端傳感器節(jié)點包含土壤濕度節(jié)點、溫濕度節(jié)點和光照強度節(jié)點。在設(shè)計程序時，如果采用AO口采樣。首先需要設(shè)置好I/O方向當(dāng)做信息的輸入，然后對在CC2530模塊內(nèi)部的ADC設(shè)置時，將作為標(biāo)志位的ADCIF里的信息都清零，緊接著設(shè)置AD轉(zhuǎn)換控制字。CC2530芯片會自己把ADCIF位拉高，等到轉(zhuǎn)換結(jié)束了之后，再將ADCIF位置拉低，ADCH中保存放置傳感器的就是用來參考的收集的值。4.5澆水控制程序設(shè)計設(shè)計的工作過程是終端節(jié)點初始化，節(jié)點開始收集能量消耗的值，并可以把數(shù)值實時的顯示在上位機的頁面上，當(dāng)節(jié)點中的中央處理器通信模塊CC2530接收到了從協(xié)調(diào)器發(fā)過來的控制命令，接收到了關(guān)電的指令、接收采集到的數(shù)值保存起來的指令及讓繼電器工作的指令，通過控制繼電器讓繼電器通電斷電的相應(yīng)的工作，能耗設(shè)備節(jié)點將收集到的信息數(shù)值每隔一分鐘就將信息數(shù)值自動的發(fā)到協(xié)調(diào)器，通過協(xié)調(diào)器傳送到上位機來對數(shù)據(jù)進行解析、存儲?？刂乒喔饶K程序流程圖如圖4-5所示。開始開始初始化土壤濕度低？啟動水泵工作返回YN圖4-5控制灌溉程序流程圖4.4上位機軟件設(shè)計在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能花卉種植監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)功能中，上位機軟件的設(shè)計所使用的開發(fā)環(huán)境為QT應(yīng)用平臺，這個軟件可以更好的設(shè)計出具有簡潔的使用者和機器互換的頁面并且它具有的功能非常的具有實用性、有非常全的監(jiān)控軟件應(yīng)用平臺。為了方便對系統(tǒng)的監(jiān)看管理和對系統(tǒng)進行維修，也為了保證系統(tǒng)運行的整體安全，本系統(tǒng)還進行設(shè)計了登陸的界面，用戶需要在登錄界面輸入正確的用戶名和對應(yīng)的密碼才可以進入這個系統(tǒng)，保障了對系統(tǒng)檢測到的數(shù)值的安全的管理。主頁面的設(shè)計是上位機在實現(xiàn)監(jiān)測環(huán)境的功能的重點，大致軟件設(shè)計的流程可以分為：打開軟件了進到歡迎用戶的頁面，設(shè)置好兩秒之后進到系統(tǒng)的安全管理的界面，要使用者輸入正確的用戶名和正確的密碼才能進入到監(jiān)控系統(tǒng)的可操作主頁面。進入到系統(tǒng)后，可以打開串口和每個節(jié)點之間進行連接，通過界面可以實時的觀看到環(huán)境各項數(shù)據(jù)的的變化情況，并且通過圖形和表格的形式顯示出來他的變化方向，之后對檢測到的信息進行管理和保存。整個軟件系統(tǒng)的設(shè)計主要對四個不同的功能進行了詳細的設(shè)計，設(shè)計了四個部分。收集到的信息的管理部分有數(shù)據(jù)的顯示功能、數(shù)據(jù)的查詢功能和數(shù)據(jù)的保存功能，數(shù)據(jù)可以直接保存在數(shù)據(jù)庫里，方便了每過一段時間就可以對數(shù)值查看和分析，每個節(jié)點收集到的數(shù)值和數(shù)值是否在閾值外的情況也會顯示在頁面中。各項數(shù)值的設(shè)置模塊主要有報警范圍值的設(shè)置、通信方式的設(shè)置及收集數(shù)據(jù)的設(shè)置，該軟件可以根據(jù)不同的地域、天氣情況，可以改變系統(tǒng)提前設(shè)置的范圍值，確保了系統(tǒng)非常的實用、適合大眾使用的優(yōu)勢，并且還可以選擇不同的數(shù)據(jù)通信方式，也體現(xiàn)了這套系統(tǒng)的靈活性。部分開發(fā)代碼如下：voidsetupUi(QDialog*setting){if(setting->objectName().isEmpty())setting->setObjectName(QStringLiteral("setting"));setting->resize(356,208);wifiButton=newQRadioButton(setting);wifiButton->setObjectName(QStringLiteral("wifiButton"));wifiButton->setGeometry(QRect(60,33,121,41));QFontfont;font.setPointSize(17);wifiButton->setFont(font);wifiButton->setStyleSheet(QStringLiteral(""));wifiButton->setIconSize(QSize(25,25));wifiButton->setFont(font);uartButton=newQRadioButton(setting);uartButton->setObjectName(QStringLiteral("uartButton"));uartButton->setGeometry(QRect(60,90,121,31));uartButton=newQRadioButton(setting);uartButton->setFont(font);}使用的人可以通過信息的顯示的頁面更好的便捷的監(jiān)測每個節(jié)點的監(jiān)測的狀況，在這個信息的顯示的頁面看出來節(jié)點數(shù)據(jù)信息的數(shù)值和環(huán)境的整體的情況的信息。節(jié)點數(shù)據(jù)信息體現(xiàn)出了傳感器節(jié)點收集到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用程序來對數(shù)據(jù)進行了詳細的解析，從而把相對應(yīng)的檢查的情況即時的反應(yīng)給上位機，顯示給用戶。用戶可以通過節(jié)點信息的頁面，查到其中任意一個室內(nèi)具體的傳感器節(jié)點收集到的信息。環(huán)境整體的信息清楚的顯示給了使用者。在同一個時間段內(nèi)，對整個監(jiān)測的區(qū)域內(nèi)已經(jīng)收集到的每個節(jié)點的信息進行綜合的處理得出的結(jié)果，并將結(jié)果顯示在頁面上。根據(jù)這個操作頁面，用戶可以了解花卉種植環(huán)境中不同節(jié)點的信息、對傳感器節(jié)點采樣周期、波特率、串口等進行設(shè)置等。本章小結(jié)本章主要對物聯(lián)網(wǎng)花卉種植環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分進行了功能的實現(xiàn)，分為幾個部分對系統(tǒng)的軟件進行介紹。本章首先對主程序和開發(fā)環(huán)境進行了介紹，然后重點對基于網(wǎng)絡(luò)中ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點和傳感節(jié)點進行軟件設(shè)計。其次根據(jù)協(xié)議棧工作原理給出了程序流程圖。最后，對上位機的開發(fā)程序進行了介紹。

第5章系統(tǒng)測試此時軟件設(shè)計和硬件設(shè)計都己經(jīng)完成，為了將每個傳感器收集到的信息通過了不用線連接的傳送方式發(fā)到接收端來進行收到的信息的分析和處理，分析完了，處理結(jié)束后通過控制了智能澆水的功能完成了缺水的花朵的澆水的任務(wù)。5.1測試環(huán)境影響植物中含水量的因素有很多，如：花盆大小（花盆越大，含水量越低，植物的澆水量大），光照強度（光照越強，水分蒸發(fā)更加嚴(yán)重，植物光合作用更強，生理作用更強，需水量更大），季節(jié)差異（以夏季和春季為例，夏季溫度高植物盆栽中水分蒸發(fā)快，春季雨水多，空氣中含水量多，水分蒸發(fā)慢，因此夏季給植物的澆水量比春季大），溫度高低（溫度高低會影響水分的蒸發(fā)，間接也會影響植物盆栽中含水量），降雨量（降雨量越多，空氣中濕度越大，植物盆栽中含水量越高，植物澆水量越低），通風(fēng)情況（通風(fēng)情況良好的地方水分也易于蒸發(fā)，因此通風(fēng)情況也會影響盆栽中含水量）等各因素都會影響植物需水量。因此在進行實驗的過程中，為了最大限度減小實驗誤差，得到精確數(shù)據(jù)，必須保證以上可控變量保持一致。系統(tǒng)實物圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實物圖5.2網(wǎng)絡(luò)調(diào)試先把終端節(jié)點