[12]，用于監(jiān)測、控制溫室內(nèi)氣候和灌溉。采用基于RF通信的低成本無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采集溫度、濕度和土壤濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)送給基于RaspberryPi的處理單元。選用基于模糊邏輯控制器的系統(tǒng)，將收集到的數(shù)據(jù)進行融合，為內(nèi)部氣候和灌溉管理人員提供智能和最佳的決策。用戶可以使用Node-RED服務(wù)器下的人機界面對溫室大棚進行遠程監(jiān)控。再者，該系統(tǒng)的環(huán)境數(shù)據(jù)在MySQL數(shù)據(jù)庫中，以便用于控制、監(jiān)控或以往數(shù)據(jù)存儲。1.2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)智能植物培育室的發(fā)展在國內(nèi)外均受到廣泛關(guān)注和研究，基于ZigBee的智能植物培育室在國內(nèi)外都取得了不錯的進展，但應(yīng)用和發(fā)展仍面臨著挑戰(zhàn)。在國內(nèi)，智能植物培育室的應(yīng)用和發(fā)展仍處于初步階段，雖目前已經(jīng)有一些企業(yè)和研究機構(gòu)開始了解注意到智能植物培育室的研究和應(yīng)用，但整體應(yīng)用水平較低。國內(nèi)在智能植物培育室技術(shù)方面與國外先進水平還存在著差距，需要強化相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)。在國外，智能植物培育室已經(jīng)成為現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)的重要組成部分。一些先進的國家已經(jīng)發(fā)展了較為完善的智能植物培育室體系，從環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集到智能調(diào)控等方面都完備了較為成熟的技術(shù)和設(shè)備。這些國家注重技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，持續(xù)推出創(chuàng)新型的智能植物培育室系統(tǒng)和設(shè)備，為產(chǎn)出率提供了更高的效益。1.3課題研究內(nèi)容本系統(tǒng)設(shè)計基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)旨在利用領(lǐng)先的無線通信技術(shù)和智能控制系統(tǒng)。設(shè)計UI界面來控制系統(tǒng)；通過ZigBee終端向GEC6818開發(fā)板發(fā)送檢測到光照的數(shù)據(jù)，光照數(shù)據(jù)將顯示到開發(fā)板上；GEC6818開發(fā)板則通過ZigBee模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，對植物培育室發(fā)出不同的控制信號控制植物培育室設(shè)備的工作；進一步對時間、天氣情況及環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，得到最佳解決方案，從而實現(xiàn)開燈、關(guān)燈、開遮陽網(wǎng)、關(guān)遮陽網(wǎng)的智能調(diào)控；舵機可以模擬開關(guān)遮陽網(wǎng)的效果。1.4論文結(jié)構(gòu)組織基于ZigBee的智能植物培育室的設(shè)計是采用GEC6818開發(fā)板、ZigBee終端、ZigBee協(xié)調(diào)器和手機APP端四個設(shè)備組成，是基于ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，旨在提高有助于提高植物的生長效率和品質(zhì)、降低能耗和人工成本。通過融合UI設(shè)計、ZigBee無線通信技術(shù)和智能化控制，具有許多功能和優(yōu)勢：完好的監(jiān)控效果、功耗小、投入成本低、控制精準，該系統(tǒng)設(shè)計致力于實現(xiàn)穩(wěn)定、適宜的植物生長環(huán)境，推動植物培育室向智能控制化、高效便捷化和綠色環(huán)?；较虬l(fā)展。第一章是緒論，主要介紹了基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)的課題設(shè)計的意義及目的、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、課題研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)組織四部分。第二章是系統(tǒng)總體設(shè)計，主要介紹了基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)的制定總體設(shè)計目標、組織系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)選型三部分。第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計，主要介紹了基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)的使用各硬件模塊的詳細設(shè)計。第四章為系統(tǒng)軟件設(shè)計，主要介紹了基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)的整體設(shè)計、各個傳感器的運行流程。第五章為整體功能測試，主要展示了基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)的各個功能進行的全面測試結(jié)果。第六章為總結(jié)與展望，主要詳述了基于ZigBee的智能植物培育室設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和未來發(fā)展趨勢。2系統(tǒng)總體設(shè)計傳統(tǒng)的智能植物培育方式，存在功能單一、智能化程度低、光照不足、通風(fēng)不良等問題，面臨著諸如環(huán)境影響、效率低下和資源浪費等不可抗力，在健康、安全和環(huán)境等方面可能存在一些問題，以下是可能產(chǎn)生的制約因素：健康因素：傳統(tǒng)的智能植物培育室在室內(nèi)密閉環(huán)境下會使用一些不健康的化學(xué)肥料和農(nóng)藥，可能會造成智能植物培育室室內(nèi)的空氣質(zhì)量下降，會對管理人員的健康和植物的生長都產(chǎn)生影響；控制系統(tǒng)缺乏智能化，無法精確監(jiān)測和調(diào)節(jié)智能植物培育室內(nèi)的植物生長環(huán)境，導(dǎo)致植物生長健康狀況難以保障。安全因素：傳統(tǒng)的智能植物培育室中存在設(shè)備部件長期暴露在外的情況，因而會存在安全隱患；控制系統(tǒng)缺乏智能監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常情況難以及時解決。環(huán)境因素：傳統(tǒng)的智能植物培育室會存在能源浪費和環(huán)境污染等問題，如過度使用化學(xué)肥料和農(nóng)藥、能源消耗嚴重、以及排放廢氣等。2.1制定總體設(shè)計目標本系統(tǒng)設(shè)計是基于ZigBee的智能植物培育室的設(shè)計與實現(xiàn)。可在GEC6818開發(fā)板和APP手機端的UI界面查看監(jiān)測數(shù)據(jù)以及進行智能調(diào)控，UI界面會實時顯示植物培育室的溫濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)，根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)，可以通過點擊GEC6818開發(fā)板和APP手機端智能遠程控制植物培育室內(nèi)的燈光和遮陽網(wǎng)。當(dāng)監(jiān)測到植物培育室的光照過高時，燈光會自動關(guān)閉，當(dāng)監(jiān)測到光照過低時，燈光會自動開啟，實現(xiàn)植物培育室的智能燈光控制，達到智能植物培育室管理的要求。如下圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖所示。完成此設(shè)計過程需要如下的設(shè)計目標：遠程監(jiān)測和控制：實現(xiàn)遠程對智能植物培育室進行監(jiān)測和控制，管理人員可以通過開發(fā)板、手機等設(shè)備時時刻刻觀察培育室內(nèi)植物生長環(huán)境并進行相應(yīng)的調(diào)控。環(huán)境參數(shù)監(jiān)測：通過相應(yīng)的傳感器實時監(jiān)測培育室內(nèi)植物生長生存的環(huán)境參數(shù)，包括光照強度、溫度、濕度，并將數(shù)據(jù)傳輸給開發(fā)板和APP手機端進行處理和分析。智能控制：根據(jù)智能培育室內(nèi)監(jiān)測到的環(huán)境數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)光照環(huán)境，保證培育室內(nèi)植物適宜的生長環(huán)境。節(jié)能與高效：智能植物培育室應(yīng)兼?zhèn)涔?jié)能和高效的特性，通過能源管理和控制算法，減低能源損耗，提高植物生長效率和產(chǎn)出率。操作友好性：管理人員便于操作和使用的界面和交互方式，使管理人員能夠輕松地操作和監(jiān)控智能植物培育室。圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖2.2組織系統(tǒng)架構(gòu)2.2.1系統(tǒng)功能架構(gòu)圖主控系統(tǒng)：智能植物培育室整個系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和管理，包括對各個傳感器數(shù)據(jù)的采集和處理，對控制指令的接收和發(fā)送。如下圖2.2系統(tǒng)功能架構(gòu)圖所示。傳感器模塊：包括DHT11傳感器、光敏電阻，用于實時監(jiān)測培育室內(nèi)植物生長的環(huán)境數(shù)據(jù)信息?？刂颇K：控制智能植物培育室內(nèi)植物生長環(huán)境中所需的溫度、濕度、光照參數(shù)，根據(jù)所需的數(shù)據(jù)信息，保持植物適宜的生長條件，同時還能夠根據(jù)管理人員的需求進行手動調(diào)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)通信模塊：利用ZigBee無線通信技術(shù)實現(xiàn)培育室內(nèi)通信，將各個傳感器數(shù)據(jù)和控制命令傳輸給主控系統(tǒng)（GEC6818或APP手機端），并接收主控系統(tǒng)的指令，實現(xiàn)遠程控制的操作。管理界面：管理人員根據(jù)界面信息，能夠便捷地操作和監(jiān)控智能植物培育室，實現(xiàn)GEC6818開發(fā)板和手機APP的交互。圖2.2系統(tǒng)功能架構(gòu)圖2.2.2系統(tǒng)總體架構(gòu)圖本系統(tǒng)旨在基于ZigBee的智能植物培育室的設(shè)計與實現(xiàn)，提供一套高效、節(jié)能、可控的植物培育方案。本系統(tǒng)采用GEC6818開發(fā)板、ZigBee設(shè)備和手機APP三部分作為系統(tǒng)主控，采用DHT11傳感器、光敏電阻作為數(shù)據(jù)采集模塊，通過各個ZigBee節(jié)點的數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理發(fā)送至GEC6818中心端，管理人員可通過中心端的顯示屏實時控制遮陽網(wǎng)以及LED燈，遮陽網(wǎng)的運作通過舵機模擬?？赏ㄟ^App實現(xiàn)LED燈以及遮陽網(wǎng)的控制，App與GEC6818中心端通過ESP8266實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。如下圖2.3系統(tǒng)總體架構(gòu)圖所示。圖2.3系統(tǒng)總體架構(gòu)圖2.3技術(shù)選型2.3.1硬件開發(fā)采用了1塊GEC6818開發(fā)板、3塊ZigBee模塊、2個DHT11傳感器模塊、2個光敏電阻模塊、2個舵機模塊、2個LED燈模塊。GEC6818開發(fā)板主要優(yōu)勢：擁有高處理器和架構(gòu)、支持多種接口標準、適合多種應(yīng)用場景、能夠長期穩(wěn)定運行。ZigBee模塊主要優(yōu)勢：能夠?qū)崿F(xiàn)各個傳感器數(shù)據(jù)的采集和控制執(zhí)行器，執(zhí)行器能夠控制燈光開關(guān)、遮陽網(wǎng)的功能，具有自組網(wǎng)能力。ESP8266WiFi串口通訊模塊的主要優(yōu)勢：具有強大的WiFi功能、支持多種開發(fā)環(huán)境和語言。DHT11傳感器的主要優(yōu)勢：可以直接接入數(shù)字引腳、降低設(shè)備成本。光敏電阻的主要優(yōu)勢：設(shè)備響應(yīng)速率快、能夠直接輸出數(shù)字信號。舵機的主要優(yōu)勢：能夠?qū)崿F(xiàn)精準控制、響應(yīng)速率快。LED燈的主要優(yōu)勢：輕型小巧、降低設(shè)備成本。如下表2.1硬件設(shè)備作用表所示。表2.1硬件設(shè)備作用表設(shè)備名稱作用GEC6818開發(fā)板獲取環(huán)境數(shù)據(jù)信息、智能控制操作ZigBee模塊采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息、執(zhí)行上位機指令、人機交互ESP8266WiFi串口通訊模塊連接WiFi網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)設(shè)備的遠程控制DHT11傳感器準確采集溫濕度數(shù)據(jù)光敏電阻準確采集光照數(shù)據(jù)舵機模擬開關(guān)遮陽網(wǎng)的效果LED燈實現(xiàn)燈光變化的效果2.3.2軟件開發(fā)此系統(tǒng)設(shè)計軟件采用了Ubuntu進行軟件開發(fā)和測試環(huán)境、嵌入式軟件VisualStudioCode、單片機軟件IARAndroidstudio軟件制作手機APP界面、ArduinoIDE、畫圖軟件VISIO。VisualStudioCode的主要優(yōu)勢：實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行器、通信等功能。Ubuntu主要優(yōu)勢：具有安全可控的開發(fā)環(huán)境、降低對主機系統(tǒng)造成風(fēng)險。嵌入式軟件VisualStudioCode主要優(yōu)勢：具有多種調(diào)試器和調(diào)試功能、輕量級的開發(fā)軟件。IAR主要優(yōu)勢：擁有高度優(yōu)化的編譯器、便于自動化測試和驗證工具。Androidstudio軟件主要優(yōu)勢：集成了多種功能、提供豐富的代碼補全功能。ArduinoIDE主要優(yōu)勢：提供豐富的庫支持、具有串口監(jiān)視器等調(diào)試工具。畫圖軟件VISIO主要優(yōu)勢：提供豐富的繪制模板。如下表2.2軟件開發(fā)作用表所示。表2.2軟件開發(fā)作用表軟件名稱作用Ubuntu開發(fā)系統(tǒng)、編譯C語言程序VisualStudioCode編寫和調(diào)試程序代碼IAR編寫和調(diào)試嵌入式程序、實現(xiàn)ZigBee模塊的通信和數(shù)據(jù)交換、仿真和調(diào)試器進行設(shè)備監(jiān)測Androidstudio編寫和調(diào)試手機端界面代碼、模擬器和真機調(diào)試ArduinoIDE編寫ESP8266WiFi通訊模塊代碼VISIO繪制系統(tǒng)流程架構(gòu)圖2.3.3通信協(xié)議ZigBee無線通信協(xié)議在智能植物培育室中進行了廣泛的應(yīng)用，ZigBee具有低功耗、自組網(wǎng)等特性。并且要確保選用的硬件設(shè)備要支持ZigBee通信協(xié)議。基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)能夠通過ZigBee無線通信技術(shù)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)信息采集、遠程設(shè)備控制、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲和優(yōu)化能耗的功能，提升智能植物培育室系統(tǒng)的智能化、高效性和便捷性。同時，ZigBee無線通信技術(shù)還可以為智能植物培育室系統(tǒng)的實時監(jiān)測、遠程管理和智能控制提供功能技術(shù)支持。如下圖2.4ZigBee通信協(xié)議功能圖所示。圖2.4ZigBee通信協(xié)議功能圖傳感器數(shù)據(jù)采集：基于ZigBee的智能植物培育室具有溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器，用于進行監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)信息。通過ZigBee無線通信技術(shù)，實時采集各個傳感器的數(shù)據(jù)，發(fā)送給主控制器，實現(xiàn)培育室內(nèi)植物生長環(huán)境的實時監(jiān)測。遠程控制功能：基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)具有遠程控制功能，管理人員時時刻刻進行GEC6818開發(fā)板和APP手機端遠程設(shè)備，通過ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送控制指令給植物培育室中的執(zhí)行設(shè)備，如燈光、遮陽網(wǎng)，實現(xiàn)對植物生長環(huán)境的遠程調(diào)控。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲：ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了穩(wěn)定可靠的自組織網(wǎng)絡(luò)。在基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)中，采用了Mesh網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)，首先確定各節(jié)點位置，將系統(tǒng)的各設(shè)備節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中，自動進行路由發(fā)現(xiàn)和組網(wǎng)，建立動態(tài)路由。通過多跳傳輸實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制指令傳輸，測試網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性并優(yōu)化布局，確保網(wǎng)絡(luò)通信。如下圖2.5Mesh網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)圖所示。圖2.5Mesh網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)圖2.3.4管理界面通過GEC6818開發(fā)板和手機APP界面，通過ZigBee通信模塊連接，實現(xiàn)對智能植物培育室的不同管理需求?；赯igBee的智能植物培育室的管理界面通過實時監(jiān)測與控制設(shè)備、遠程管理設(shè)備、管理交互與配置的功能，幫助管理人員全面熟知和管理智能植物培育室。管理界面的作用是提升智能植物培育室系統(tǒng)的智能化和控制化管理功能，為管理人員提供更適宜管理體驗。如下圖2.6管理界面功能圖所示。圖2.6管理界面功能圖實時監(jiān)測與控制設(shè)備：管理界面可以提供實時監(jiān)測智能植物培育室內(nèi)各個設(shè)備的環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、光照強度）。管理人員可以通過GEC6818開發(fā)板和手機APP界面上的數(shù)據(jù)顯示時時刻刻查看當(dāng)前數(shù)據(jù)狀態(tài)，并及時采取控制操作，如調(diào)節(jié)燈光、遮陽網(wǎng)的效果，保障培育室內(nèi)植物生長環(huán)境達到最佳狀態(tài)。遠程管理設(shè)備：支持設(shè)備遠程管理功能，管理人員可以通過GEC6818開發(fā)板、手機APP遠程設(shè)備時時刻刻對智能植物培育室進行監(jiān)控和管理，無需到培育室現(xiàn)場操作。管理人員可以使用手動控制或自動控制的遠程管理方式來監(jiān)控培育室內(nèi)的植物生長環(huán)境，及時調(diào)整環(huán)境參數(shù)，提高產(chǎn)出率。管理交互與配置：提供管理人員交互界面，管理人員可以通過GEC6818開發(fā)板或手機APP端界面清晰查看各個設(shè)備的環(huán)境參數(shù)，還可以個性化制作智能植物培育室的管理方式，滿足管理人員不同的需求。PAGEPAGE83系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1GEC6818開發(fā)板介紹此基于ZigBee的智能植物培育室的設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)，采用了S5P6818芯片，可應(yīng)用于嵌入式系將和手機APP進行開發(fā)。使用GEC6818開發(fā)板作為系統(tǒng)主控進行植物培育室內(nèi)的監(jiān)測和調(diào)試。在智能植物培育室的設(shè)計過程中，可通過GEC6818開發(fā)板進行功能測試，如下圖3.1GEC6818開發(fā)板所示。圖3.1GEC6818開發(fā)板3.1.1主控芯片主控芯片采用了S5P6818芯片，選用新型的Cortex-A53架構(gòu)的S5P6818芯片進行設(shè)計，運行主頻頻率可達1.4GHz。它集成了豐富的處理器、圖形處理、內(nèi)存和存儲、外設(shè)接口、視頻編解碼和操作系統(tǒng)，可適用于各種嵌入式應(yīng)用場景。如下圖3.2Cortex-A53處理器所示。圖3.2Cortex-A53處理器主要特性包括：處理器（ARMCortex-A53架構(gòu)）、圖形處理（集成ARMMali-400MPGPU）、內(nèi)存和存儲（支持DDR3和LPDDR3內(nèi)存）、外設(shè)接口（USB2.0/3.0、HDMI、UART、SPI、GPIO等）、視頻編解碼（H.265、H.264、VP9）和操作系統(tǒng)支持（Android、Ubuntu、Linux等）。S5P6818芯片可以應(yīng)用在智能家居控制器、智能安防系統(tǒng)等。如下圖3.3S5P6818芯片介紹所示。圖3.3S5P6818芯片介紹3.1.2LCD電容觸摸屏選用7英寸LCD電容式觸摸屏，實現(xiàn)人機互交的方式。LCD電容顯示屏通過電容感應(yīng)原理實現(xiàn)觸摸功能。主要特性包括：高精度觸控、多點觸控（手勢識別、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作）、高分辨率、高靈敏度和快速響應(yīng)（實時跟蹤并響應(yīng)）。選用的LCD電容觸摸屏能夠滿足許多應(yīng)用場景下對于觸控屏幕的需求，管理人員可實時通過顯示屏監(jiān)測各傳感器的傳輸數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測智能植物培育室的目的。如下圖3.4LCD電容觸摸屏所示。圖3.4LCD電容觸摸屏3.2ZigBee模塊介紹采用ZigBee模塊作為本系統(tǒng)的主要技術(shù)，因為ZigBee技術(shù)擁有許多的優(yōu)勢，幫助本系統(tǒng)的完成度達到更高的目標。Zigbee模塊一般通過串口與嵌入式系統(tǒng)連接，作為無線通信的接口。在智能植物培育室中，Zigbee模塊可以連接到各種傳感器、執(zhí)行器和控制設(shè)備，實現(xiàn)對智能植物培育室生長環(huán)境的監(jiān)測和調(diào)控。ZigBee技術(shù)的優(yōu)勢：低功耗（可用于需要長期運行的智能系統(tǒng)，節(jié)約智能植物培育室的能源損耗）、高可靠性（本系統(tǒng)基于ZigBee智能植物培育室采用了Mesh網(wǎng)絡(luò)，Mesh網(wǎng)絡(luò)屬于網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)，具有自組網(wǎng)功能。在智能植物培育室中，需要精確傳感器數(shù)據(jù)和各個設(shè)備之間的穩(wěn)靠通信，Zigbee模塊可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和可靠）、高安全性（具有數(shù)據(jù)加密、身份認證和訪問控制等功能，在智能植物培育室中，保護各個設(shè)備的安全）、靈活性強（具有靈活且多樣的連接方式，可以通過串口與嵌入式系統(tǒng)進行連接）、易于拓展。Zigbee模塊在智能植物培育室中用于各個傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳輸、遠程監(jiān)控、控制植物生長環(huán)境、與GEC6818開發(fā)板和手機APP進行數(shù)據(jù)交互。如下圖3.5ZigBee模塊所示。圖3.5ZigBee模塊3.2.1E18-MS1-PCB模塊E18-MS1-PCB模塊是基于CC2530射頻芯片的ZigBee模塊，支持藍牙5.0協(xié)議，擁有豐富的接口（UART、I2C、SPI），便于與其他設(shè)備進行通信，此模塊形狀小巧、引腳布局簡單，具有低功耗和穩(wěn)定的特點，可進行多方位的開發(fā)。如下圖3.6E18-MS1-PCB模塊所示。圖3.6E18-MS1-PCB模塊3.2.2電路圖通過分析E18-MS1-PCB模塊的電路圖，幫助了解各個元件之間的連接方式、電路結(jié)構(gòu)和信號傳輸路徑，通過電路圖上的信號路徑和連接，能夠快速定位并解決故障。如下圖3.7E18-MS1-PCB模塊電路圖所示。圖3.7E18-MS1-PCB模塊電路圖3.3ESP8266WiFi通訊模塊介紹此小節(jié)將從ESP8266WiFi串口通訊模塊、引腳圖兩方面進行詳細、嚴謹?shù)姆治觥?.3.1ESP8266WiFi通訊模塊ESP8266WiFi通訊模塊是集成了WiFi模塊和處理器的芯片，通過WiFi連接到局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，便于控制外部設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器等。具有低功耗模式，在需要時進入休眠狀態(tài)能夠節(jié)省能量。ESP8266WiFi通訊模塊的優(yōu)勢：穩(wěn)靠的無線連接（確保智能植物培育室與其他設(shè)備或互聯(lián)網(wǎng)之間通信順暢）、強大的處理能力（高效處理數(shù)據(jù)，滿足智能植物培育室對實時性和響應(yīng)速度）、豐富的接口和功能（具有豐富的GPIO接口和支持各種通信協(xié)議）。基于Zigbee的智能植物培育室中，采用ESP8266的STA模式（連接到現(xiàn)有的WiFi網(wǎng)絡(luò)），通過連接無線網(wǎng)絡(luò)，管理人員可遠程監(jiān)測培育室內(nèi)植物的生長環(huán)境數(shù)據(jù)，并調(diào)整光照、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)。ESP8266可采集傳感器數(shù)據(jù)上傳至GEC6818和手機APP端，而實現(xiàn)智能化管理。如下圖3.8ESP8266WiFi通訊模塊所示。圖3.8ESP8266WiFi通訊模塊3.3.2引腳圖將基于Zigbee的智能植物培育室中的ESP8266WiFi模塊作為局域網(wǎng)的WiFi熱點，成功搭建起ZigBee模塊和手機APP端之間的通信橋梁，實現(xiàn)了無線局域網(wǎng)的遠程控制功能。如下圖3.9ESP8266WiFi通訊模塊引腳圖所示。圖3.9ESP8266WiFi通訊模塊引腳圖3.4DHT11傳感器模塊介紹此小節(jié)將從E18-MS1-PCB模塊、電路圖兩方面進行詳細、嚴謹?shù)姆治觥?.4.1DHT11傳感器模塊采用了傳感器芯片DHT11，芯片內(nèi)集成了溫濕度傳感器、信號處理電路，通過DHT11傳感器芯片內(nèi)部的感溫元件、濕度元件來測量植物培育室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度。當(dāng)DHT11傳感器模塊接收到主控制系統(tǒng)發(fā)出的請求時，DHT11傳感器芯片開始測量智能植物培育室內(nèi)溫度和濕度的環(huán)境，并以數(shù)字信號的形式輸出數(shù)據(jù)，傳輸方式采用單總線數(shù)據(jù)傳輸，可以簡單準確地讀取溫度、濕度數(shù)值。DHT11傳感器是一種數(shù)字式溫濕度傳感器，適用于各種監(jiān)測環(huán)境，包括智能植物培育室。連接方式：DHT11傳感器通過數(shù)字信號接口與嵌入式系統(tǒng)連接，便于采集環(huán)境數(shù)據(jù)信息。在智能植物培育室中，DHT11傳感器可以通過Zigbee模塊連接到智能控制中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和調(diào)控，能夠及時捕獲環(huán)境變化并顯示到GEC6818開發(fā)板和手機APP端。在智能植物培育室中，DHT11傳感器可以用于監(jiān)測智能植物培育室內(nèi)的溫度、濕度數(shù)據(jù)，幫助管理人員進行調(diào)節(jié)燈光和遮陽網(wǎng)設(shè)備，提供培育室內(nèi)植物生長所需的最佳環(huán)境。如下圖3.10DHT11傳感器模塊所示。圖3.10DHT11傳感器模塊3.4.2電路圖引腳連接：VCC引腳連接到電源，GND引腳連接到地線。在ZigBee模塊的電路板上找到對應(yīng)的電源和地線接口，提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。數(shù)據(jù)線連接：利用DHT11傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳，該輸出引腳用于傳輸溫濕度數(shù)據(jù)信息。將該輸出引腳連接到ZigBee模塊的一個GPIO口，用于接收來自DHT11傳感器的數(shù)字信號。在開發(fā)程序中，將GPIO口配置為輸入模式，使DHT11傳感器能夠接收到數(shù)據(jù)信息。軟件配置：在ZigBee模塊的控制程序中，需要編寫適合的代碼用于讀取DHT11傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。這包括初始化GPIO口、讀取傳感器數(shù)據(jù)、分析溫濕度數(shù)值等步驟。如下圖3.11DHT11傳感器模塊電路圖所示。圖3.11DHT11傳感器模塊電路圖3.5光敏電阻模塊介紹利用光敏材料的光電特征，當(dāng)受到光照時，電阻值就會發(fā)生變化。光敏電阻靈敏度根據(jù)需要的型號進行設(shè)計和調(diào)整，便于適應(yīng)不同范圍的光照強度。光敏電阻模塊的響應(yīng)速度一般在毫秒級別，實時檢測環(huán)境中光線產(chǎn)生的變化。光敏電阻模塊通常使用低電壓進行供電，工作電壓一般為3.3V或5V，能夠滿足不同系統(tǒng)的需求。光敏電阻模塊的尺寸輕巧，便于嵌入到ZigBee模塊。連接方式：通過模擬信號輸出，連接到ZigBee模塊的模擬輸入端口。智能植物培育室中，光敏電阻模塊可以用于監(jiān)測光照強度，幫助管理人員調(diào)節(jié)燈光的亮度和開關(guān)遮陽網(wǎng)，以模擬不同植物生長階段需要的光照條件，促進培育室內(nèi)植物生長。如下圖3.12光敏電阻模塊所示。圖3.12光敏電阻模塊3.6舵機模塊介紹舵機模塊用于控制旋轉(zhuǎn)角度的電動機，舵機模塊內(nèi)部有位置傳感器和控制電路，能夠根據(jù)PWM信號控制舵機旋轉(zhuǎn)到指定的角度，旋轉(zhuǎn)的角度為0°至180°，最多能夠旋轉(zhuǎn)到180°。在基于Zigbee的智能植物培育室中，舵機用來模擬遮陽網(wǎng)開關(guān)的效果，當(dāng)培育室內(nèi)光照過低時，打開舵機，舵機開始正轉(zhuǎn)，表示遮陽網(wǎng)打開；當(dāng)培育室內(nèi)光照過高時，舵機開始反轉(zhuǎn)，表示遮陽網(wǎng)關(guān)閉。同時，管理人員可以通過GEC6818開發(fā)板和手機APP端進行遠程控制舵機的開關(guān)，能夠時時刻刻進行監(jiān)測和調(diào)整，通過舵機模塊能夠更好地管理培育室內(nèi)植物的生長條件。如下圖3.13舵機模塊所示。圖3.13舵機模塊3.7LED模塊介紹智能植物培育系統(tǒng)中的智能LED燈控制模塊，主要用于控制植物培育室中的LED光源的亮度。LED燈與ZigBee模塊連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對LED燈的遠程控制。管理人員能夠通過GEC6818開發(fā)板和手機APP端設(shè)備，隨時隨地監(jiān)測和調(diào)整燈光，當(dāng)光照過高時，可以手動或自動的關(guān)閉燈光；當(dāng)光照過低時，可以手動或自動的開啟燈光。通過智能LED燈模塊，可為植物提供最佳的生長光照環(huán)境，實現(xiàn)自動化控制管理。如下圖3.14LED模塊所示。圖3.14LED模塊4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1整體設(shè)計在燒入程序代碼后，首先初始化ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee終端，完成ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，采用Mesh組網(wǎng)方式進行構(gòu)建。查看ZigBee是否組網(wǎng)成功，當(dāng)ZigBee模塊組網(wǎng)完成后則進行DHT11傳感器和光敏電阻的初始化，反之ZigBee沒有組網(wǎng)成功則回到初始化。查看DHT11傳感器和光敏電阻是否能夠獲取數(shù)據(jù)，當(dāng)能夠獲取數(shù)據(jù)則實現(xiàn)實時采集溫濕度數(shù)據(jù)和光照數(shù)據(jù)信息，ZigBee終端則發(fā)送采集到的各傳感器數(shù)據(jù)信息給ZigBee協(xié)調(diào)器，反之則返回各個傳感器的初始化。查看ZigBee協(xié)調(diào)器是否接收到各個傳感器的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)信息，則可以上傳至GEC6818開發(fā)板和手機APP端，反之則返回ZigBee終端發(fā)送數(shù)據(jù)。通過此設(shè)計，可以實現(xiàn)對智能植物培育室的監(jiān)測。如下圖4.1軟件監(jiān)測功能設(shè)計流程圖所示。圖4.1軟件監(jiān)測功能設(shè)計流程圖在燒入程序代碼后，首先初始化GEC6818開發(fā)板和手機APP端，以及初始化ZigBee終端和ZigBee協(xié)調(diào)器模塊。查看ZigBee是否組網(wǎng)成功，當(dāng)ZigBee組網(wǎng)成功后則可以進行LED燈、舵機的初始化，反之則返回上位機和ZigBee模塊的初始化。當(dāng)初始化成功后則可以在GEC6818開發(fā)板和手機APP端進行發(fā)送指令，指令發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器。查看ZigBee協(xié)調(diào)器是否能夠接收到數(shù)據(jù)，當(dāng)ZigBee協(xié)調(diào)器接收到數(shù)據(jù)信息后再發(fā)送給ZigBee終端，反之則返回上位機發(fā)送指令。ZigBee協(xié)調(diào)器成功發(fā)送指令后，查看ZigBee終端是否接收到指令，當(dāng)ZigBee終端收到指令后LED燈和舵機可以進行功能效果展示，反之則返回ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)送指令。通過此設(shè)計，可以實現(xiàn)對智能植物培育室的控制功能：GEC6818開發(fā)板和手機APP端能夠進行手動開關(guān)LED燈、智能自動控制LED燈、手動開關(guān)舵機。如下圖4.2軟件控制功能設(shè)計流程圖所示。圖4.2軟件控制功能設(shè)計流程圖4.2ZigBee模塊設(shè)計智能植物培育室系統(tǒng)采用Mesh網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置了一個ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點和兩個ZigBee終端節(jié)點。基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)利用ESP8266模塊作為中間設(shè)備，實現(xiàn)ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee終端之間的連接和數(shù)據(jù)交換。采用ESP8266模塊的STA工作模式，此工作模式可以便于接入到WiFi網(wǎng)絡(luò)中：將ESP8266作為一個客戶端，ESP8266可以根據(jù)SSID和密碼，輕松連接到現(xiàn)有的一個WiFi網(wǎng)絡(luò)。通過ESP8266上運行的MQTT協(xié)議，將ESP8266連接到ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點和ZigBee終端節(jié)點設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)中，可以實現(xiàn)ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee終端進行通信。此過程是ZigBee終端節(jié)點采集植物培育室的數(shù)據(jù)信息，ZigBee協(xié)調(diào)器將此數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紼SP8266模塊，再使用MQTT協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到GEC6818開發(fā)板和手機APP端。基于ZigBee智能植物培育室系統(tǒng)的ZigBee模塊軟件設(shè)計，首先進行ZigBee初始化，ESP8266建立ZigBee協(xié)調(diào)器和ZigBee終端之間的網(wǎng)絡(luò)通信連接。手機開啟WiFi，查看是否連接到WiFi，當(dāng)ZigBee模塊隨即建立網(wǎng)絡(luò)連接，則表示W(wǎng)iFi連接成功，反之則返回ZigBee初始化。一旦WiFi連接成功，ZigBee終端節(jié)點便開始采集植物培育室的數(shù)據(jù)信息工作，并將收集到的數(shù)據(jù)信息立即發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器，以便進行處理和分析，ZigBee協(xié)調(diào)器將采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到GEC6818開發(fā)板和手機APP端。如下圖4.3ZigBee模塊設(shè)計流程圖所示。圖4.3ZigBee模塊設(shè)計流程圖4.3LED模塊設(shè)計基于ZigBee的智能植物培育室的LED模塊的軟件設(shè)計，首先進行LED燈的初始化，隨后發(fā)送LED燈的數(shù)據(jù)請求指令，發(fā)送完成后判斷進行手動控制還是進行自動控制。查看進行手動控制還是進行自動控制，當(dāng)進行手動控制時，可根據(jù)管理人員的需求實現(xiàn)開啟或關(guān)閉LED燈；當(dāng)進行自動控制時，可根據(jù)智能植物培育室的環(huán)境光照值判斷是否超過程序中設(shè)置的閾值，當(dāng)高于光照閾值1100時，則關(guān)閉LED燈，當(dāng)?shù)陀诠庹臻撝?100時，則開啟LED燈。設(shè)置完成LED模塊軟件設(shè)計后，管理人員可通過GEC6818開發(fā)板進行開啟手動控制或自動控制，手機APP端進行開啟手動控制。如下圖4.6LED模塊設(shè)計流程圖所示。圖4.4LED模塊設(shè)計流程圖4.4舵機模塊設(shè)計基于ZigBee的智能植物培育室的舵機模塊的軟件設(shè)計，首先進行舵機初始化，隨后開始接收來自GEC6818開發(fā)板和手機APP端的控制指令，接收控制指令完成，便進行舵機的數(shù)據(jù)解析，獲取控制舵機轉(zhuǎn)動的信息，如舵機的目標位置、轉(zhuǎn)動速度等。根據(jù)解析后的舵機指令信息，系統(tǒng)執(zhí)行控制舵機運動的算法，如舵機需要轉(zhuǎn)動的速度和角度。舵機指令解析完成后，舵機開始執(zhí)行運動，按照計算出的目標位置進行轉(zhuǎn)動。如下圖4.5舵機模塊設(shè)計流程圖所示。圖4.5舵機模塊設(shè)計流程圖此植物培育室舵機轉(zhuǎn)動的過程需要通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將指令反饋給GEC6818開發(fā)板和手機APP端，舵機控制模塊接收到GEC6818開發(fā)板和手機APP端的指令后，實現(xiàn)控制舵機轉(zhuǎn)動，舵機正轉(zhuǎn)時則表示開啟植物培育室內(nèi)遮陽網(wǎng)，舵機反轉(zhuǎn)時則表示關(guān)閉植物培育室內(nèi)遮陽網(wǎng)。4.5光敏電阻模塊設(shè)計基于ZigBee的智能植物培育室的光敏電阻模塊的軟件設(shè)計，首先進行光敏電阻的初始化，接著向光敏電阻發(fā)送請求的指令，發(fā)送后設(shè)備準備采集光照數(shù)據(jù)，請求數(shù)據(jù)發(fā)送完成后則可以接收光敏電阻的光照數(shù)據(jù)，若是接收成功，繼續(xù)下一步讀取光敏電阻的光照數(shù)據(jù)，若是接收失敗，則返回到第3步進行重新發(fā)送請求。將讀取的光照數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾EC6818開發(fā)板，開發(fā)板將實時更新顯示光照數(shù)據(jù)值，便于管理人員時時刻刻監(jiān)測智能植物培育室內(nèi)的光照數(shù)據(jù)值。如下圖4.6光敏電阻模塊設(shè)計流程圖所示。圖4.6光敏電阻模塊設(shè)計流程圖4.6DHT11傳感器模塊設(shè)計基于ZigBee智能植物培育室系統(tǒng)的DHT11傳感器模塊軟件設(shè)計，首先進行DHT11傳感器初始化，發(fā)送DHT11傳感器的啟動信號，ZigBee終端開始準備進行溫濕度的數(shù)據(jù)采集，等待DHT11傳感器的響應(yīng)信號，隨后向DHT11傳感器發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)請求的指令，發(fā)送完成后則開始接收DHT11傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)，查看是否接收成功，若是接收成功，繼續(xù)下一步讀取DHT11傳感器數(shù)據(jù)，若是接收失敗，則返回到第3步進行重新發(fā)送啟動信號。將讀取的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾EC6818開發(fā)板和手機APP端，將實時更新顯示溫濕度數(shù)據(jù)值，便于管理人員時時刻刻監(jiān)測智能植物培育室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)值。如下圖4.7DHT11傳感器模塊設(shè)計流程圖所示。圖4.7DHT11傳感器模塊設(shè)計流程圖4.7GEC6818開發(fā)板界面設(shè)計基于ZigBee的智能植物培育室的GEC6818開發(fā)板界面軟件設(shè)計，首先根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求和功能要求進行UI界面設(shè)計的需求分析，明確智能植物培育室內(nèi)需要實現(xiàn)的功能和交互效果。系統(tǒng)啟動時相應(yīng)組件進行初始化，如顯示屏、按鍵、通信模塊等。在初始化完成后，系統(tǒng)會顯示主界面，主界面是通過Ubuntu來設(shè)計UI界面，設(shè)計完成后展示功能按鈕和溫濕度、光照數(shù)據(jù)值顯示區(qū)域。管理人員通過GEC6818開發(fā)觸摸屏或按鍵與系統(tǒng)進行人機交互，如點擊按鈕操作。智能植物培育室的系統(tǒng)接收到管理人員操作后，會進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。根據(jù)管理人員操作和數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果，生成相應(yīng)的控制指令，顯示控制設(shè)備或執(zhí)行相應(yīng)功能。將生成的控制指令通過通信模塊發(fā)送給相應(yīng)外部設(shè)備。智能植物培育室的系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)或接收設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)與相應(yīng)外部設(shè)備之間能夠正常通信。如下圖4.8GEC6818開發(fā)板設(shè)計流程圖所示。圖4.8GEC6818開發(fā)板設(shè)計流程圖GEC6818開發(fā)板界面設(shè)計是實現(xiàn)智能植物培育室系統(tǒng)的重要部分之一，界面顯示的數(shù)據(jù)和按鈕都是實現(xiàn)人機交互的重點，一個高效、便捷、清晰的界面有助于實現(xiàn)良好的操作體驗。如下圖4.9GEC6818開發(fā)板界面設(shè)計圖所示。圖4.9GEC6818開發(fā)板界面設(shè)計圖基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)的GEC6818開發(fā)板的UI界面顯示了兩個場景的功能，設(shè)計圖中分為顯示模塊和控制模塊。顯示模塊分別顯示了的溫度值、濕度值和光照值?？刂颇K一共有6個按鈕進行控制，分別為手動控制和自動控制的按鈕。手動控制可以實現(xiàn)控制LED燈和舵機的開關(guān)；自動控制是根據(jù)光照閾值實現(xiàn)自動開關(guān)LED燈，當(dāng)高于光照閾值時，則自動關(guān)閉LED燈，當(dāng)?shù)陀诠庹臻撝?，則自動開啟LED燈，此設(shè)計體現(xiàn)了基于ZigBee的智能植物培育室內(nèi)的智能化。4.7手機APP界面設(shè)計基于ZigBee的智能植物培育室的手機APP界面軟件設(shè)計，首先進行手機APP界面設(shè)計的需求分析，明確需要實現(xiàn)的功能和交互效果。在AndroidStudio軟件中使用布局編輯器和XML布局文件進行設(shè)計界面，如添加控件、設(shè)置布局、調(diào)整樣式等。編寫調(diào)試智能植物培育室系統(tǒng)的程序代碼，需要處理界面與后臺之間的交互，如數(shù)據(jù)顯示、控制設(shè)備操作等。將界面按鈕與相關(guān)設(shè)備進行綁定，確保界面顯示的數(shù)據(jù)能夠動態(tài)更新和同步。實現(xiàn)管理人員與界面的交互功能，如數(shù)據(jù)顯示實現(xiàn)管理人員監(jiān)測、點擊按鈕觸發(fā)事件。最后在AndroidStudio軟件中進行界面的調(diào)試和測試，確保界面的各個功能正常運行。如下圖4.10手機APP設(shè)計流程圖所示。圖4.10手機APP設(shè)計流程圖基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)的手機APP界面設(shè)計顯示了兩個場景的功能。設(shè)計圖中分別為顯示模塊和控制模塊，顯示模塊分別顯示了植物培育室內(nèi)溫度值和濕度值?？刂颇K中一共有4個按鈕，分別為打開或關(guān)閉LED燈、打開或關(guān)閉舵機，管理人員能夠通過手機APP端進行控制LED燈和舵機的開關(guān)。如下圖4.11手機APP界面設(shè)計圖所示?；赯igBee的智能植物培育室系統(tǒng)的手機APP界面設(shè)計是實現(xiàn)智能植物培育室系統(tǒng)的重要部分之一，界面顯示的數(shù)據(jù)和按鈕都是實現(xiàn)人機交互的重點，一個高效、便捷、清晰的界面有助于達到成效，達到很好的操作體驗。圖4.11手機APP界面設(shè)計圖5系統(tǒng)測試結(jié)果5.1系統(tǒng)整體實物圖基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)的設(shè)計需求，本項目需要1塊GEC6818開發(fā)板、1部安卓手機、2個DHT11傳感器模塊、2個光敏電阻傳感器、1塊ZigBee協(xié)調(diào)器模塊、2塊ZigBee終端模塊、2個舵機模塊、2個LED燈模塊組成整體系統(tǒng)。智能植物培育室中用到的DHT11傳感器、光敏電阻傳感器設(shè)備，用于監(jiān)測培育室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。智能植物培育室中采用了ZigBee通信模塊，ZigBee協(xié)調(diào)器上安裝了ESP8266實現(xiàn)通過熱點連接各個設(shè)備，各個傳感器通過ZigBee通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸至控制中心（GEC6818開發(fā)板和手機APP），管理人員可以通過控制中心監(jiān)控培育室內(nèi)植物的生長情況，實現(xiàn)遠程控制燈光、遮陽網(wǎng)。智能植物培育室系統(tǒng)通過ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各個設(shè)備之間的互聯(lián)互通，實現(xiàn)了智能化的植物培育室的管理。如下圖5.1整體實物圖所示。圖5.1整體實物圖5.2系統(tǒng)硬件測試根據(jù)基于ZigBee的智能植物培育室的硬件測試結(jié)果分析得知，GEC6818開發(fā)板的性能穩(wěn)定、接收消息響應(yīng)迅速；DHT11傳感器、光敏電阻數(shù)據(jù)采集準確性高，能夠監(jiān)測環(huán)境參數(shù)；ZigBee無線通信模塊功能穩(wěn)定，各個設(shè)備之間網(wǎng)絡(luò)連接暢順，未出來連接不上的情況；LED燈模塊和舵機模塊運行良好，未出現(xiàn)不響應(yīng)；GEC6818開發(fā)板和手機APP遠程控制功能響應(yīng)迅速，管理人員可以監(jiān)測和調(diào)控培育室內(nèi)植物生長環(huán)境。綜合分析表明，基于ZigBee的智能植物培育室的各個硬件表現(xiàn)優(yōu)異，具備穩(wěn)定可靠的工作性能，智能植物培育室系統(tǒng)整體穩(wěn)定性良好，長時間運行未出現(xiàn)異常，能夠滿足植物培育需求并提供良好的監(jiān)測和調(diào)控操作體驗。如下表5.1硬件設(shè)備測試表所示。表5.1硬件設(shè)備測試表硬件設(shè)備測試結(jié)果GEC6818開發(fā)板通電正常，運行無誤DHT11傳感器通電正常，運行無誤光敏電阻顯示正常，運行無誤ZIGBEE模塊通電正常，運行無誤ESP8266WiFi串口通訊模塊通電正常，運行無誤舵機通電正常，運行無誤LED燈通電正常，運行無誤5.3系統(tǒng)軟件測試5.3.1GEC6818開發(fā)板測試基于ZigBee的智能植物培育室中GEC6818開發(fā)板測試結(jié)果：能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測和控制功能。如下圖5.2GEC6818開發(fā)板界面測試圖所示。光照監(jiān)測和控制控制監(jiān)測光照監(jiān)測和控制控制監(jiān)測圖5.2GEC6818開發(fā)板界面測試圖智能植物培育室中管理人員通過GEC6818開發(fā)板的顯示模塊和控制模塊進行工作，通過顯示模塊可以查看植物培育室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)值、光照數(shù)據(jù)值。智能植物培育室中GEC6818開發(fā)板控制LED模塊可以分為手動控制功能和自動控制功能，手動控制可以通過按下按鈕實現(xiàn)打開/關(guān)閉LED燈的測試效果：當(dāng)按下GEC6818開發(fā)板ZigBee終端1、ZigBee終端2的LED燈的按鈕，則打開ZigBee終端1、ZigBee終端2的LED燈并常亮，再次按下則關(guān)閉LED燈。如下圖5.3GEC6818開發(fā)板手動控制LED燈測試圖所示。圖5.3GEC6818開發(fā)板手動控制LED燈測試圖智能植物培育室中控制模塊具有自動控制功能，自動控制可以通過按下按鈕實現(xiàn)打開/關(guān)閉LED燈的測試效果：程序代碼中設(shè)定了光照閾值，通過分析環(huán)境中的光照來實現(xiàn)自動開關(guān)LED燈。自動控制LED燈的功能，當(dāng)環(huán)境中的光照過弱且低于光照閾值1100時，則打開LED燈。如下圖5.4GEC6818開發(fā)板自動打開LED燈測試圖所示。圖5.4GEC6818開發(fā)板自動打開LED燈測試圖自動控制LED燈的功能，當(dāng)環(huán)境中的光照過強且高于光照閾值1100時，關(guān)閉LED燈。如下圖5.5GEC6818開發(fā)板自動關(guān)閉LED燈測試圖所示。圖5.5GEC6818開發(fā)板自動關(guān)閉LED燈測試圖智能植物培育室中GEC6818開發(fā)板控制舵機模塊（舵機模塊用來模擬開關(guān)植物培育室中遮陽網(wǎng)），可以通過按下按鈕實現(xiàn)打開/關(guān)閉遮陽網(wǎng)的測試效果：當(dāng)按下GEC6818開發(fā)板ZigBee終端1、ZigBee終端2的遮陽網(wǎng)按鈕，則打開ZigBee終端1、ZigBee終端2的遮陽網(wǎng)（舵機開始轉(zhuǎn)動則表示打開遮陽網(wǎng)），再次按下則關(guān)閉遮陽網(wǎng)。如下圖5.6GEC6818開發(fā)板控制遮陽網(wǎng)測試圖所示。5.6GEC6818開發(fā)板控制遮陽網(wǎng)測試圖5.3.2手機APP測試基于ZigBee的智能植物培育室中手機APP界面測試結(jié)果：能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測和控制功能。智能植物培育室中管理人員通過手機APP端的顯示模塊和控制模塊進行工作，通過顯示模塊可以監(jiān)測植物培育室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)值，根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)值實現(xiàn)控制LED燈和舵機的開關(guān)。如下圖5.7手機APP界面測試圖所示。控制監(jiān)測控制監(jiān)測5.7手機APP界面測試圖智能植物培育室中手機APP實現(xiàn)控制LED燈，可以通過按下按鈕打開/關(guān)閉LED燈的測試結(jié)果：按下手機APP端的ZigBee終端1的LED燈和ZigBee終端2的LED燈的按鈕，則打開ZigBee終端1、ZigBee終端2的LED燈并常亮，再次按下則關(guān)閉LED燈。如下圖5.8手機APP控制LED燈測試圖所示。5.8手機APP控制LED燈測試圖智能植物培育室中手機APP控制舵機模塊（舵機模塊用來模擬開關(guān)植物培育室中遮陽網(wǎng)），可以通過按下按鈕實現(xiàn)打開/關(guān)閉遮陽網(wǎng)的測試效果：當(dāng)按下手機APP上的ZigBee終端1、ZigBee終端2的遮陽網(wǎng)按鈕，則打開ZigBee終端1、ZigBee終端2的遮陽網(wǎng)（舵機開始轉(zhuǎn)動則表示打開遮陽網(wǎng)），再次按下則關(guān)閉遮陽網(wǎng)。如下圖5.9手機APP控制遮陽網(wǎng)測試圖所示。5.9手機APP控制遮陽網(wǎng)測試圖5.3.3ZigBee模塊組網(wǎng)測試基于ZigBee的智能植物培育室中ZigBee模塊的組網(wǎng)測試，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊上安裝了ESP8266WiFi通訊模塊。當(dāng)整體設(shè)備上電后，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊上的ESP8266WiFi通訊模塊會閃爍幾次藍燈，這是正?，F(xiàn)象，表示模塊正在啟動或準備運行來連接網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)藍燈一直處于持續(xù)常亮的狀態(tài)，表示ZigBee模塊組網(wǎng)成功，成功連接到了WiFi網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)藍燈閃爍很快或不斷變化時，表示可能連接過程中發(fā)生了問題，連接失敗。如下圖5.10ZigBee模塊組網(wǎng)成功測試圖所示。5.10ZigBee模塊組網(wǎng)成功測試圖ZigBee組網(wǎng)連接成功后，ZigBee終端才會采集DHT11傳感器模塊和光敏電阻模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送到GEC6818開發(fā)板和手機APP端；LED燈模塊和舵機模塊才能出現(xiàn)LED燈常亮、舵機轉(zhuǎn)動的功能；GEC6818開發(fā)板和手機APP端的屏幕會出現(xiàn)溫濕度、光照數(shù)據(jù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)控制LED燈模塊和舵機模塊的功能。連接失敗，是不可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)值和控制功能的效果。5.3.4DHT11傳感器模塊測試基于ZigBee的智能植物培育室中，ZigBee終端上安裝了DHT11傳感器，通過DHT11傳感器實現(xiàn)ZigBee終端采集溫濕度數(shù)據(jù)，隨后便傳輸給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器通過串口發(fā)送到GEC6818開發(fā)板，通過ESP8266發(fā)送到手機APP端。當(dāng)GEC6818開發(fā)板和手機APP端收到溫濕度數(shù)據(jù)值，就證明測試成功。如下圖5.11DHT11傳感器模塊測試圖所示。5.11DHT11傳感器模塊測試圖5.3.5光敏電阻模塊測試基于ZigBee的智能植物培育室中，ZigBee終端上安裝了光敏電阻，通過光敏電阻實現(xiàn)在ZigBee終端采集光照數(shù)據(jù)信息，隨后便傳輸給ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器通過串口發(fā)送到GEC6818開發(fā)板，當(dāng)GEC6818開發(fā)板接收到光照數(shù)據(jù)值，就證明測試成功。通過光照數(shù)據(jù)值信息可以實現(xiàn)手動開啟或關(guān)閉LED燈，以及實現(xiàn)自動開啟或關(guān)閉LED燈，自動開關(guān)LED燈的功能是通過設(shè)定的光照閾值實現(xiàn)。如下圖5.12光敏電阻模塊測試圖所示。5.12光敏電阻模塊測試圖5.4系統(tǒng)測試結(jié)果總結(jié)本次系統(tǒng)測試進行了驗證基于ZigBee的智能植物培育室系統(tǒng)的功能完整性、性能穩(wěn)定性以及通信可靠性。通過對系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件以及ZigBee通信模塊進行測試，系統(tǒng)硬件各設(shè)備都通電正常，運行無誤，能夠良好的使用；系統(tǒng)軟件均正常運行，能夠?qū)崿F(xiàn)該系統(tǒng)所需的所有功能，能夠手動