PAGE0題目：智能農(nóng)業(yè)水位檢測(cè)儀產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)√類型：摘要本設(shè)計(jì)公開(kāi)了一種智慧農(nóng)業(yè)農(nóng)田水位檢測(cè)器，包括水位檢測(cè)傳感器、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD屏以及水泵，通過(guò)將水位檢測(cè)傳感器和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)置水泵的開(kāi)關(guān)，使得本系統(tǒng)可以應(yīng)用于較大的農(nóng)田中，加上本系統(tǒng)中僅設(shè)置一個(gè)arduinonano微處理器，能夠有效降低系統(tǒng)功耗。在水位偏高時(shí)，檢測(cè)器會(huì)報(bào)警提示管理員處理，管理員也可以通過(guò)LCD屏和手機(jī)APP的顯示裝置及時(shí)準(zhǔn)確地得知水位偏高位置，以便能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)農(nóng)田中多余的水分進(jìn)行排放。關(guān)鍵字：農(nóng)田水位檢測(cè)；通過(guò)手機(jī)獲取水位高度；排除雨水減低損失目錄1.緒論 11.1市場(chǎng)調(diào)查 11.1.1雨季來(lái)臨存在的問(wèn)題 11.1.2解決問(wèn)題的方法 1TOC\o"1-3"\h\u240262、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 1208752.1設(shè)計(jì)任務(wù)方案 1300242.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 118103、系統(tǒng)方案選擇 2118733.1主機(jī)控制模塊 2264633.2溫濕度檢測(cè)模塊 384053.3水渾濁度模塊 5132033.4通信模塊的選擇 6145073.5最終確定方案 8167294、硬件設(shè)計(jì) 8121884.1arduino開(kāi)發(fā)板控制部分 870045、軟件設(shè)計(jì) 1015865.1系統(tǒng)初始化 1016325.2藍(lán)牙控制部分 1089565.3溫濕度模塊部分 1161825.4水渾濁度模塊 12123796、總結(jié) 1313966參考文獻(xiàn) 1421937致謝 15緒論在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地和特色效益農(nóng)業(yè)大發(fā)展的背景下，我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，而近年來(lái)，天氣變化無(wú)常，陰晴不定。在降水量大的地區(qū)及年份和降水集中的季節(jié)，對(duì)于地處平地和自然排水不良的低洼地區(qū)的果園，需要人工排澇。因此,對(duì)農(nóng)業(yè)果園水位進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)是解決果園內(nèi)澇問(wèn)題的必由之路,是協(xié)調(diào)人與環(huán)境相和諧,構(gòu)建生態(tài)和諧社會(huì)的必然要求。1.1市場(chǎng)調(diào)研1.1.1雨季來(lái)臨存在的問(wèn)題：人工排澇效率低下，成本高。內(nèi)澇發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，雨水不能順利排出，造成土壤養(yǎng)分流失。1.1.2解決問(wèn)題的方法：水位檢測(cè)儀減少人員的工作強(qiáng)度，提高效率，降低成本。水位傳感器精準(zhǔn)判斷水位的大小，及時(shí)排出雨水，減少損失。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)方案根據(jù)市場(chǎng)考察，設(shè)計(jì)出了一款基于Arduino的農(nóng)業(yè)農(nóng)田水位檢測(cè)器，該系統(tǒng)的主要作用是:檢測(cè)農(nóng)田的水位值；超出預(yù)定水位值報(bào)警；通過(guò)手機(jī)及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)農(nóng)田中多余的水分進(jìn)行排放；2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)主要有一個(gè)主控模塊，Arduino主控模塊。一個(gè)水位檢測(cè)模塊檢測(cè)水位高度，一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)水泵排水和一個(gè)無(wú)線通信模塊利用物聯(lián)網(wǎng)控制電機(jī)通斷。感知層由水位檢測(cè)模塊組成，由它們采集到數(shù)據(jù)發(fā)送到Arduino模塊進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，底層通過(guò)Arduino的串口通信配置ESP8266WIFI模塊，并實(shí)現(xiàn)接收ESP8266WIFI模塊特定協(xié)議的指令對(duì)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)通斷及時(shí)控制水泵；傳輸層通過(guò)ESP8266WIFI模塊將此作品作為客戶端連接上一個(gè)有網(wǎng)的熱點(diǎn)，從而接入機(jī)智云平臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)出基于IEEE802.11通信的手機(jī)APP也連接上此服務(wù)器實(shí)現(xiàn)Internet通信，當(dāng)APP發(fā)出特定協(xié)議的指令給服務(wù)器，服務(wù)器便將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給ESP8266WIFI模塊，進(jìn)而通過(guò)串口傳遞給主控芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位遠(yuǎn)程監(jiān)控以及時(shí)控制水位。圖2.2系統(tǒng)框架圖系統(tǒng)方案選擇3.1主機(jī)控制模塊方案一：采用STC8951類型單片機(jī)，該類型單片機(jī)具有串行通訊口，可以作為UART,也能作為同步移位。它具有32個(gè)IO口，也具有多機(jī)通訊能力。51單片機(jī)串行口由發(fā)送控制、接收控制、波特率輸入管理和發(fā)送、接收緩沖區(qū)組成，它也是一個(gè)特殊的功能寄存器，是由SCON是串行口控制寄存器，用于存放串行口的控制和狀態(tài)信息。其地址為98H，具地址為98H具有位尋址功能。方案二：采用Arduino模塊，Arduino作為最近幾年在國(guó)外發(fā)展起來(lái)的一塊芯片，被很多的玩家開(kāi)發(fā)出來(lái)很多的庫(kù)文件，這款芯片開(kāi)發(fā)比較簡(jiǎn)單，容易上手，被很多使用者所喜愛(ài)。它分為很多中類型，最基礎(chǔ)的是ArduinoUNO，雖然Arduino有很多種類，但用法大多相同，比較容易上手。結(jié)合實(shí)際情況，51單片機(jī)作為一個(gè)比較老的芯片，處理數(shù)據(jù)的速度比較慢，開(kāi)發(fā)方法比較傳統(tǒng)，我們選擇Arduino模塊。3.2水位檢測(cè)模塊通過(guò)具有一系列的暴露的平行導(dǎo)線線跡測(cè)量水量大小從而判斷水位，達(dá)到對(duì)水位進(jìn)行采集的功能。圖3.2水位傳感器模塊3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用內(nèi)置雙路H橋的L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)水泵的控制，從而實(shí)現(xiàn)排水的功能。3.4通信模塊的選擇方案一：USR-C322模塊該模塊的主要特性是集成了WiFi技術(shù)、高性能、符合802.11b/g/n協(xié)議、低功耗，該模塊是為了實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)能夠接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)軟硬件的通信而專門設(shè)計(jì)的一款串口wifi通信模塊。該模塊在各方面都比較出色，適用于復(fù)雜的數(shù)據(jù)通信環(huán)境，但是價(jià)格較高，不適用于功能單一的小型的電子產(chǎn)品。方案二：采用ESP8266wifi模塊ESP8266wifi模塊有8個(gè)引腳，但真正需要連接的是四個(gè)引腳，它的工作電壓在3.3V，具有串口透?jìng)鞴δ?，而且ESP8266wifi模塊傳輸距離比藍(lán)牙模塊遠(yuǎn)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大。綜上所述，經(jīng)過(guò)分析與比較，采用方案二的ESP8266作為本設(shè)計(jì)的WiFi通信模塊更為合適。圖3.4ESP8266wifi模塊3.5最終確定方案 根據(jù)以上分析，最終確定如下方案：采用Arduinonano開(kāi)發(fā)板作為主控板，采用水位檢測(cè)水的高度，直流電機(jī)模塊控制水泵抽水，ESP8266wifi模塊進(jìn)行通信。3.6材料清單表3.1材料清單注：表3.1為第3章第1個(gè)表材料型號(hào)金額數(shù)量Arduino板Arduinonano36.6元3水位傳感器/4.4元1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N4.41元2電源適配器5V/2A16元1液晶屏lcd串口屏35元1杜邦線/1.91插座接口/3.510水泵/5元1水管/2.2元1模型/7元1總計(jì)：4、硬件設(shè)計(jì)4.1arduino開(kāi)發(fā)板控制部分該電路以Arduino為主控制器，一個(gè)水位傳感模塊，一個(gè)直流電機(jī)模塊和一個(gè)ESP8266wifi模塊。水位傳感器接在模擬腳A1，直流電機(jī)模塊接在數(shù)字腳9和10。蜂鳴器接在數(shù)字腳3。WiFi模塊TX接在主控制器的13腳，RX接12腳，CH_PD接３.３V。圖4.1硬件電路框架圖圖4.1Arduinonano原理圖圖4.2Arduinonano實(shí)物圖軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)主要分為三大類，系統(tǒng)初始化、WiFi控制部分，信號(hào)檢測(cè)部分5.1系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化主要是腳的定義、波特率的設(shè)置、軟串口的設(shè)置。5.2WiFi通信部分#include<Gizwits.h>#include<Wire.h>#include<SoftwareSerial.h>SoftwareSerialmySerial(A2,A3);//A2->RX,A3->TXGizwitsmyGizwits;#defineKEY16#defineKEY27#defineKEY1_SHORT_PRESS1#defineKEY1_LONG_PRESS2#defineKEY2_SHORT_PRESS4#defineKEY2_LONG_PRESS8#defineNO_KEY0#defineKEY_LONG_TIMER3unsignedlongLast_KeyTime=0;unsignedlonggokit_time_s(void){returnmillis()/1000;}chargokit_key1down(void){unsignedlongkeep_time=0;if(digitalRead(KEY1)==LOW){delay(100);if(digitalRead(KEY1)==LOW){keep_time=gokit_time_s();while(digitalRead(KEY1)==LOW){if((gokit_time_s()-keep_time)>KEY_LONG_TIMER){Last_KeyTime=gokit_time_s();returnKEY1_LONG_PRESS;}}//untilopenthekeyif((gokit_time_s()-Last_KeyTime)>KEY_LONG_TIMER){returnKEY1_SHORT_PRESS;}return0;}return0;}return0;}chargokit_key2down(void){unsignedlongkeep_time=0;if(digitalRead(KEY2)==LOW){delay(100);if(digitalRead(KEY2)==LOW){keep_time=gokit_time_s();while(digitalRead(KEY2)==LOW)//untilopenthekey{if((gokit_time_s()-keep_time)>KEY_LONG_TIMER){Last_KeyTime=gokit_time_s();returnKEY2_LONG_PRESS;}}if((gokit_time_s()-Last_KeyTime)>KEY_LONG_TIMER){returnKEY2_SHORT_PRESS;}return0;}return0;}return0;}chargokit_keydown(void){charret=0;ret|=gokit_key2down();ret|=gokit_key1down();returnret;}voidKEY_Handle(void){/*Pressforoverthan3secondisLongPress*/switch(gokit_keydown()){caseKEY1_SHORT_PRESS:mySerial.println(F("KEY1_SHORT_PRESS,ProductionTestMode"));myGizwits.setBindMode(WIFI_PRODUCTION_TEST);break;caseKEY1_LONG_PRESS:mySerial.println(F("KEY1_LONG_PRESS,WifiReset"));myGizwits.setBindMode(WIFI_RESET_MODE);break;caseKEY2_SHORT_PRESS:mySerial.println(F("KEY2_SHORT_PRESSSoftAPmode"));myGizwits.setBindMode(WIFI_SOFTAP_MODE);//SoftAPmodebreak;caseKEY2_LONG_PRESS:mySerial.println(F("KEY2_LONG_PRESS,AirLinkmode"));myGizwits.setBindMode(WIFI_AIRLINK_MODE);//AirLinkmodebreak;default:break;}}voidKEY_Handle(void){/*Pressforoverthan3secondisLongPress*/switch(gokit_keydown()){caseKEY1_SHORT_PRESS:mySerial.println(F("KEY1_SHORT_PRESS,ProductionTestMode"));myGizwits.setBindMode(WIFI_PRODUCTION_TEST);break;caseKEY1_LONG_PRESS:mySerial.println(F("KEY1_LONG_PRESS,WifiReset"));myGizwits.setBindMode(WIFI_RESET_MODE);break;caseKEY2_SHORT_PRESS:mySerial.println(F("KEY2_SHORT_PRESSSoftAPmode"));myGizwits.setBindMode(WIFI_SOFTAP_MODE);//SoftAPmodebreak;caseKEY2_LONG_PRESS:mySerial.println(F("KEY2_LONG_PRESS,AirLinkmode"));myGizwits.setBindMode(WIFI_AIRLINK_MODE);//AirLinkmodebreak;default:break;}}voidwifiStatusHandle(){if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_SOFTAP)){mySerial.println(F("WIFI_SOFTAP!"));}if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_AIRLINK)){mySerial.println(F("WIFI_AIRLINK!"));}if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_STATION)){mySerial.println(F("WIFI_STATION!"));}if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_CON_ROUTER)){mySerial.println(F("WIFI_CON_ROUTER!"));}if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_DISCON_ROUTER)){mySerial.println(F("WIFI_DISCON_ROUTER!"));}if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_CON_M2M)){mySerial.println(F("WIFI_CON_M2M!"));}if(myGizwits.wifiHasBeenSet(WIFI_DISCON_M2M)){mySerial.println(F("WIFI_DISCON_M2M!"));}}/***Arduinoloop*@paramnone*@returnnone*/voidloop(){KEY_Handle();//keyhandle,networkconfigurewifiStatusHandle();//WIFIStatusHandlemyGcess();}5.3水位檢測(cè)部分intshuiwei=13intsw=0;GizwitsmyGizwits;voidsetup(){pinMode(shuiwei,OUTPUT);myGizwits.begin();}voidloop(){//水位的讀取intsw=analogRead(shuiwei);//數(shù)據(jù)的上報(bào)與下發(fā)unsignedlongvarW_raed=sw;//AddSensorDataCollectionmyGizwits.write(VALUE_raed,varW_raed);KEY_Handle();//keyhandle,networkconfiguremyGcess();}5.3直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分voidsetup(){pinMode(9,OUTPUT);pinMode(10,OUTPUT);myGizwits.begin();}voidloop(){//關(guān)閉電機(jī)if(varR_control==0){digitalWrite(10,LOW);digitalWrite(9,LOW);}//開(kāi)啟電機(jī)if(varR_control==1){digitalWrite(10,HIGH);digitalWrite(9,LOW);}myGcess();}總結(jié)本設(shè)計(jì)采用Arduino為主控制器，感知部分有水位傳感器，用于檢測(cè)農(nóng)業(yè)農(nóng)田的水位高度。當(dāng)感知部分檢測(cè)到數(shù)據(jù)時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞給Arduino主控制器，控制器在將數(shù)據(jù)