目錄II頁(yè)共32頁(yè)摘要溫度和濕度對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但對(duì)于農(nóng)作物現(xiàn)代化管理的程度很低，國(guó)家大部分地區(qū)的耕種方式效率和產(chǎn)量仍然不高。提升農(nóng)作物科學(xué)化和信息化的管理，對(duì)國(guó)家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著不可忽略的積極作用和意義。因此本論文決定設(shè)計(jì)一個(gè)具有便利性、可適用性、同時(shí)也要具有一定的精確度的基于單片機(jī)的溫濕度智能澆灌系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)可以提供智能化、便捷化的功能；使用硬件技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)完善，以及應(yīng)用Android開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)完成手機(jī)APP的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫濕度測(cè)量、溫度濕度時(shí)間顯示、報(bào)警、灌溉；軟件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)出主程序；手機(jī)APP設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫濕度顯示、溫濕度閾值設(shè)置、更新時(shí)間、灌溉控制、報(bào)警顯示的功能。關(guān)鍵字:溫濕度；智能；手機(jī)APP1.緒論1.1研究意義和目的溫濕度在很大程度上決定著各種作物的成長(zhǎng)以及最終的產(chǎn)量。我國(guó)人口眾多，雖然國(guó)家領(lǐng)土面積很大，但是存在著大量的戈壁、高原、鹽堿地等不適合或者無(wú)法種植農(nóng)作物的土地REF_Ref20703\r\h[1]。因此不斷提升技術(shù)對(duì)有限土地科學(xué)化、合理化地管理利用土地變得日益重要。以色列甚至可以通過(guò)電腦監(jiān)測(cè)溫度和濕度并控制對(duì)每一株農(nóng)作物做到精確的灌溉和施肥REF_Ref21412\r\h[2]。1.2研究發(fā)展和現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)農(nóng)業(yè)和溫室自動(dòng)化控制非常的重視，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)了一系列計(jì)算機(jī)軟件、硬件控制的溫度、濕度檢測(cè)、施肥、澆灌的自動(dòng)控制系統(tǒng)REF_Ref21618\r\h[3]。英國(guó)、美國(guó)一直致力于高科技、智能化系統(tǒng)發(fā)展，遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制等尖端技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用在溫濕度檢測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)上REF_Ref21889\r\h[4]。我國(guó)現(xiàn)今還沒(méi)有像國(guó)外制定完整的溫室結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于大型多功能先進(jìn)的控制系統(tǒng)，還在起步階段；盡管花費(fèi)高昂的價(jià)錢對(duì)設(shè)備進(jìn)行投資，但仍因?yàn)槲覈?guó)地理環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)行參數(shù)相差巨大，因而運(yùn)行成本很高且容易發(fā)生故障。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，投入在這方面的資源并不多，不僅僅系統(tǒng)類型不足、信息化程度不夠，而且還存在著性能不可靠、使用壽命端短等問(wèn)題。同時(shí)我國(guó)農(nóng)業(yè)耕作方式不夠先進(jìn)且個(gè)體承包的面積也不大。因此設(shè)計(jì)一款適合多數(shù)耕作者的溫濕度智能澆灌系統(tǒng)便顯得非常重要。1.3本論文研究?jī)?nèi)容先前的溫濕度測(cè)試系統(tǒng)僅僅是對(duì)溫濕度進(jìn)行測(cè)量，設(shè)置溫濕度閾值，當(dāng)溫濕度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，就會(huì)發(fā)出警報(bào)REF_Ref21716\r\h[5]。這些系統(tǒng)功能單一，本系統(tǒng)加入了移動(dòng)端控制和顯示，通過(guò)WIFI模塊將硬件部分測(cè)量到的信息和移動(dòng)端設(shè)置及獲取的信息相互傳遞。本論文以單片機(jī)為基礎(chǔ)，各個(gè)功能模塊的使用以及移動(dòng)端的交互，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫濕度實(shí)時(shí)反饋和顯示以及在移動(dòng)端控制澆灌、設(shè)置閾值等功能。2.系統(tǒng)總體方案2.1智能澆灌系統(tǒng)功能測(cè)量當(dāng)前溫度和濕度，并將測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)端；移動(dòng)端可以顯示溫度和濕度，設(shè)定溫濕度閾值，了解是否報(bào)警，控制灌溉以及向單片機(jī)傳輸時(shí)間；單片機(jī)接收到當(dāng)前的時(shí)間和溫濕度閾值數(shù)據(jù)，可以將其顯示在液晶屏上。當(dāng)溫濕度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)并根據(jù)超出設(shè)定閾值的不同情況判斷是否灌溉。2.2設(shè)計(jì)方案2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案手機(jī)APP手機(jī)APP（時(shí)間、閾值、開(kāi)關(guān)）單片機(jī)單片機(jī)控制模塊數(shù)據(jù)交互部分LED屏幕溫濕度傳感器WiFi模塊電機(jī)、報(bào)警器圖2.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.系統(tǒng)總體方案圖2.2系統(tǒng)硬件連接電路圖如圖2.1所示，該系統(tǒng)是以單片機(jī)STC89C52RC作為基礎(chǔ)，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)包括STC89C52RC、溫濕度傳感器、1602液晶顯示模塊、ESP8266模塊、蜂鳴器、電機(jī)、DS1302時(shí)鐘模塊，還有移動(dòng)端的手機(jī)APP。ESP8266模塊作用是讓手機(jī)APP和硬件部分連接，完成兩者信息的傳遞。溫濕度傳感器是測(cè)量當(dāng)前的溫度和濕度；1602液晶顯示模塊是將時(shí)間、閾值、測(cè)量的溫濕度顯示出來(lái)；DS1302是對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算；蜂鳴器是當(dāng)溫濕度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)報(bào)警；電機(jī)是模擬灌溉。2.2.2移動(dòng)端設(shè)計(jì)方案手機(jī)APP存在兩個(gè)界面，第一個(gè)界面分為7個(gè)部分：當(dāng)前的溫濕度、是否報(bào)警、溫度的設(shè)定范圍、濕度的設(shè)定范圍、電機(jī)的控制、單片機(jī)與手機(jī)的連接、更新時(shí)間。第二個(gè)界面是當(dāng)點(diǎn)擊設(shè)定的溫濕度閾值Imagebutton時(shí)，出現(xiàn)的輸入界面。對(duì)于當(dāng)時(shí)所在時(shí)間測(cè)量的溫度和濕度的展示，通過(guò)WiFi模塊將溫度和濕度的數(shù)值傳遞給移動(dòng)端，接收后設(shè)置文本框便可。單片機(jī)與手機(jī)的連接、更新時(shí)間均為按鈕，點(diǎn)擊之后便會(huì)進(jìn)行兩者間的連接和當(dāng)前時(shí)間的發(fā)送。是否報(bào)警通過(guò)判斷是否超過(guò)設(shè)置閾值來(lái)設(shè)置文本框。電機(jī)的控制通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)；閾值的設(shè)定通過(guò)圖片按鈕和輸入文本框來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2.3移動(dòng)端框圖3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)3.1.1單片機(jī)STC90C52RC介紹本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇的是51單片機(jī)中的STC89C52RC，因?yàn)樾阅芸煽壳掖笠?guī)模生產(chǎn)，且被應(yīng)用在生活中的許多地方;同時(shí)相關(guān)教學(xué)資料以及相關(guān)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)在網(wǎng)絡(luò)上有許多，使用和設(shè)計(jì)非常便利REF_Ref22023\r\h[6]。該芯片如圖3.1所示，圖3.1STC89C52RC3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖3.12所示，此為單片機(jī)最小系統(tǒng)，總共是4部分：電源、單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。電源為單片機(jī)供電，40腳接5V正源，20腳接地REF_Ref24044\r\h[7]。復(fù)位電路是在單片機(jī)連接電源之后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)短暫的時(shí)間來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始化；上電初始化的步驟就被稱為復(fù)位。晶振電路是時(shí)序電路，通過(guò)晶振來(lái)提供頻率。如圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.21602A液晶顯示3.2.11602A液晶顯示簡(jiǎn)介圖3.3模塊尺寸該模塊總共有十六個(gè)引腳是一種圖形點(diǎn)陣顯示器，能夠同時(shí)顯示32個(gè)字符REF_Ref22222\r\h[8]。顯示原理是因?yàn)橐壕Р牧媳旧砭哂泻芎玫牧鲃?dòng)性和黏性，當(dāng)施加一個(gè)電壓的時(shí)候，液晶就會(huì)在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)和光軸重合，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光學(xué)的視覺(jué)現(xiàn)象REF_Ref22271\r\h[9]。當(dāng)停止施加電壓后，其具有一定的黏性，就會(huì)迅速恢復(fù)到原先的狀態(tài)。寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候，先需要確定地址然后需要將寫入的內(nèi)容和字庫(kù)中字進(jìn)行匹配，每個(gè)字都是由八位所決定，分為高四位和低四位。3.2.2模塊的連接如下圖3.41602A原理圖，可以了解到其各個(gè)引腳，接下來(lái)就介紹一下模塊的連接。1602的第7到14引腳連接39～32腳的P0.0～P0.7，這樣做是用來(lái)傳遞需要顯示的內(nèi)容數(shù)據(jù)。引腳1接地，引腳2接5V的正電源，目的是進(jìn)行供電。第三個(gè)引腳不接。第15引腳和第16引腳，分別去連接5V的正電源和接地。液晶顯示原理就是液晶分子在電場(chǎng)的作用下和光軸相互一致，產(chǎn)生視覺(jué)效果。引腳1、2是施加電場(chǎng)的，引腳15、16就是產(chǎn)生光軸的，只有這樣才可以顯示出我們需要的內(nèi)容。第3個(gè)引腳不連接，其作用主要是調(diào)節(jié)顯示器。第4、5、6引腳連接單片機(jī)的25、26、27引腳，這種連接是通過(guò)KEIL編程設(shè)定的；51單片機(jī)的40個(gè)I/O接口連接均能通過(guò)程序設(shè)定。圖3.41602A原理圖3.2.31602A液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)顯示模塊功能的實(shí)現(xiàn)，核心和關(guān)鍵就是寫指令和寫內(nèi)容。在模塊使用時(shí)，需要進(jìn)行初始化的操作，之后在按照時(shí)序圖去發(fā)送所需要顯示的內(nèi)容和地址。寫指令流程如下圖3.5寫指令流程圖，RS低電平、延遲、寫入數(shù)據(jù)、延遲、拉高使能端。這也是為什么初始時(shí)需要將使能端設(shè)為“0”的原因，只有將其拉高才能去執(zhí)行命令。寫入數(shù)據(jù)指令步驟也是一樣的，只是RS要設(shè)置為“1”，這是區(qū)分兩者的關(guān)鍵。整個(gè)過(guò)程入下圖3.6所示，首先是初始化的過(guò)程，延時(shí)、使能端設(shè)為“0”、設(shè)定為寫的狀態(tài)、顯示的模式、清屏、光標(biāo)的初始位置、以及如何移動(dòng)，都有相應(yīng)的指令，填寫即可。之后就是顯示內(nèi)容，顯示內(nèi)容需要3個(gè)參數(shù)，分別是行坐標(biāo)、列坐標(biāo)、需要顯示的數(shù)據(jù)；根據(jù)參數(shù)確定是第幾行確定位置。最后在確定的位置上寫入顯示的內(nèi)容。圖3.5寫指令流程圖圖3.61602顯示流程圖3.3DHT11數(shù)字溫度傳感器3.3.1DHT11簡(jiǎn)介DHT11數(shù)字溫濕傳感器，模塊采用單總線控制，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，模塊直接把采集到的模擬溫度與濕度信號(hào)通過(guò)內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出REF_Ref22395\r\h[10]。DHT11體積不龐大，購(gòu)買的價(jià)格便宜，適合人們使用和學(xué)習(xí)；總共有4個(gè)引腳。它的信號(hào)采集和輸出非常的穩(wěn)定和持續(xù)，精度也較高同時(shí)錯(cuò)誤率很低，正確率高。圖3.7DHT11數(shù)字溫濕傳感器3.3.2DHT11連接圖3.8 DHT11原理圖DHT11該模塊總共有四個(gè)引腳；這四個(gè)引腳第1個(gè)引腳接電源，第2引腳接單片機(jī)的第5個(gè)引腳P1.4，引腳3不用接，引腳4接地REF_Ref22447\r\h[11]。該模塊和單片機(jī)的連接是單總線連接，所有的數(shù)據(jù)的互相傳遞都是通過(guò)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.3.3DHT11模塊程序設(shè)計(jì)該模塊和單片機(jī)的連接是單向互聯(lián)的，所有信號(hào)發(fā)送都是這一根線。這個(gè)模塊正常工作供電的電壓是3到5.5伏，傳感器剛剛通電之后，會(huì)在一個(gè)不穩(wěn)定的狀態(tài)，持續(xù)的時(shí)間大概是一秒鐘左右；故而指令不會(huì)在這一秒鐘左右的時(shí)間里去發(fā)送。對(duì)于數(shù)據(jù)的發(fā)送，該模塊是一次性發(fā)送40個(gè)bit。溫度和濕度分為整數(shù)位和小數(shù)位進(jìn)行，8溫度整數(shù)+8溫度小數(shù)+8濕度整數(shù)+8溫度小數(shù)+8校驗(yàn)位REF_Ref22512\r\h[12]；效驗(yàn)過(guò)程如圖3.9。如果要該模塊去采集數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)，需要單片機(jī)發(fā)出信號(hào)；模塊收到后才會(huì)轉(zhuǎn)變模式，進(jìn)行執(zhí)行。在不進(jìn)行任何操作的時(shí)候，總線是空閑的高位；當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)送信號(hào)時(shí)，就會(huì)將總線拉低，拉低的時(shí)間務(wù)必大于等于18us。這樣做的目的是傳感器能接收信號(hào)到并進(jìn)行響應(yīng)，之后單片機(jī)又會(huì)拉高，等待響應(yīng)信號(hào)。傳感器的響應(yīng)也是先是80us的低位，而后是在拉高80us。編寫程序時(shí)，可以控制的是主機(jī)向該模塊發(fā)送信號(hào)，并且當(dāng)響應(yīng)信號(hào)返回時(shí)進(jìn)行識(shí)別。后續(xù)就是對(duì)發(fā)送的溫度和濕度的值進(jìn)行接收。所有的數(shù)據(jù)都是用0和1表示的，兩者又是如何區(qū)分的呢？主要的區(qū)別就是在高電平時(shí)間?？丛?0us+28us延遲后，是否還為高電平。如果是就為1，反之則為0。數(shù)據(jù)接收的流程如圖3.10所示，整個(gè)步驟首先主機(jī)拉低18us,之后再次拉高延遲40us,等待響應(yīng)看從機(jī)是否有低電平；如果有就接著下面的流程，如果沒(méi)有就跳出；之后判斷低電平持續(xù)80us是否結(jié)束；如若結(jié)束則判斷從機(jī)是否發(fā)出80us的高電平，如發(fā)出則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。圖3.9數(shù)據(jù)接收有效性流程圖圖3.10數(shù)據(jù)接收流程圖3.4DS1302時(shí)鐘3.4.1時(shí)鐘模塊介紹該模塊是西方國(guó)家生產(chǎn)的用來(lái)計(jì)時(shí)的一款芯片，可以計(jì)年月日時(shí)分秒。并且其功率的消耗非常的低、計(jì)時(shí)的正確率也較高，本次設(shè)計(jì)選擇的帶電池的時(shí)鐘模塊。圖3.11時(shí)鐘模塊3.4.2時(shí)鐘模塊的連接該模塊是有兩個(gè)電源的，VCC1和VCC2兩者共同供電。目的是防止因?yàn)橐粋€(gè)電源供電取消而導(dǎo)致的已經(jīng)保存的日期和時(shí)間失效。需要提供一個(gè)時(shí)鐘源來(lái)保持計(jì)時(shí)，所以2、3引腳連接一個(gè)晶振。因?yàn)槭沁x擇了帶電池的模塊，所以連接略微有些不同；引腳1接電源5V正極，引腳2接地，引腳3、4、5接入單片機(jī)的P3.5、P3.6、P3.7引腳，在程序設(shè)計(jì)時(shí)自行設(shè)置。圖3.12原理圖3.4.3時(shí)鐘模塊的程序設(shè)計(jì)時(shí)鐘模塊是一個(gè)雙向傳輸?shù)哪K，需要從外界獲取時(shí)間信息；將獲取的信息存儲(chǔ)并計(jì)時(shí)而后傳輸給單片機(jī)并顯示時(shí)間。其中的核心操作就是讀操作和寫操作以及初始化。根據(jù)時(shí)序圖可知，傳輸之前需要把復(fù)位端拉高，因?yàn)閺?fù)位端低電平是有效的。數(shù)據(jù)傳輸接口傳送命令字時(shí)，無(wú)論是讀操作還是寫操作都是在上升沿時(shí)有效。在上升沿時(shí)便開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。等到8個(gè)時(shí)鐘過(guò)去之后，才是我們需要讀或者是寫操作所需要的數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)候兩者的區(qū)別就在于一個(gè)是下降沿讀取數(shù)據(jù)，一個(gè)是上升沿寫入數(shù)據(jù)。這兩個(gè)操作執(zhí)行完成之后，就將復(fù)位端拉低。讀操作和寫操作的流程圖如下圖3.13所示，首先初始化然后將復(fù)位端拉高，寫入地址再延時(shí)，最后再向該地址寫入數(shù)據(jù)，寫入完畢后寫操作結(jié)束；對(duì)于讀操作也是類似，復(fù)位端高電平寫入讀取地址，其后延時(shí)將所需數(shù)據(jù)全部讀出，讀操作完畢。圖3.13操作流程圖發(fā)送的命令總共有8位，5至1位是傳入或者傳出的寄存器地址。第7位一般會(huì)設(shè)置成1，因?yàn)橹挥羞@樣才可以對(duì)寫入。第0位，當(dāng)為1時(shí)，進(jìn)行讀操作；反之為0，進(jìn)行寫操作。數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)于寄存器中，對(duì)于寄存器而言，每一個(gè)寄存器都有其地址以及寫入的值；比如0x82，指的就是分鐘寄存器的地址。0x是16進(jìn)制，82指的就是二進(jìn)制命令字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)（就是做了一個(gè)轉(zhuǎn)化）。在獲取時(shí)間過(guò)程中，對(duì)最終時(shí)間的顯示時(shí)需要一些技巧。對(duì)于存儲(chǔ)時(shí)間的數(shù)組，移位4位再擴(kuò)大十倍，相當(dāng)于取高位；然后在&0x0f，這樣就可以取出低位數(shù)值。在此設(shè)計(jì)中，開(kāi)始獲取的值為手機(jī)APP通過(guò)ESP8266傳輸過(guò)來(lái)的時(shí)間。3.5ESP8266WiFi模塊3.5.1WiFi模塊介紹整個(gè)系統(tǒng)中起到舉足輕重的作用的就是該模塊了，它就像是運(yùn)輸貨物的飛機(jī)、輪船、車輛等運(yùn)輸工具一般，不可以缺失的。硬件和軟件部分的連接是需要一個(gè)中介的，而該模塊就是起到這個(gè)用途。它也像其他大多數(shù)芯片一樣，可以大量的生產(chǎn)因此購(gòu)買價(jià)格很便宜，而且執(zhí)行相應(yīng)功能時(shí)比較穩(wěn)定，出錯(cuò)率很低，芯片設(shè)置了TCP/IP協(xié)議。該模塊可以完成許多的功能，因此有著大量的指令集?？偣泊嬖谌N工作模式，分別是Station、AP、Station+AP（混合模式），可以當(dāng)成一個(gè)設(shè)備（client）連接區(qū)域網(wǎng)內(nèi)的路由，也可以設(shè)置成是一個(gè)路由（sever），也可以既作為局域網(wǎng)里面的client同時(shí)又是其他client的severREF_Ref22917\r\h[13]。。圖3.14WiFi模塊3.5.2WiFi模塊連接REF_Ref22976\r\h[14]關(guān)于模塊和單片機(jī)的連接，GND接地線，VCC和CH_PD共同接3.3V的電源正極；然后將單片機(jī)和該模塊的RXD輸出端口以及TXD發(fā)送端口交叉相接。連接完畢模塊就可以正常使用并完成相應(yīng)的指令。圖3.15WiFi模塊原理圖3.5.3WiFi模塊程序設(shè)計(jì)下面就是進(jìn)行初始化的工作，我選擇的是AP模式。該模式的配置過(guò)程大致分為五個(gè)流程：1.設(shè)置AP模式：AT+CWMODE=2；2.重置：AT+RST（配置完AT+CWMODE要重啟以下模塊使配置生效）3.REF_Ref20177\r\h[15]AP參數(shù)設(shè)置：AT+CWSAP（WiFi名稱，密碼，通道號(hào)，加密方式，允許接入Station的個(gè)數(shù)[0,8]，還有一個(gè)默認(rèn)為0）；4.設(shè)置多連接：AT+CIPMUX=1；5.建立服務(wù)器：AT+CIPSERVER=1，8080；（8080是端口號(hào)）。經(jīng)過(guò)這5流程之后就可以進(jìn)行連接的步驟了，之后的流程就是數(shù)據(jù)的傳遞。如下圖3.16所示，發(fā)送數(shù)據(jù)使用的是“AT+CIPSEND”指令;接收數(shù)據(jù)是查詢“+IPD”,接收其后發(fā)送的數(shù)據(jù)。使用“AT+CIPSEND”指令時(shí)，需要注意是單路連接還是多路連接；單路連接時(shí)只需要加數(shù)字參數(shù)的長(zhǎng)度即可，多路連接時(shí)還需要加傳輸連接的ID號(hào)。REF_Ref23051\r\h[16]接收到此指令之后，就會(huì)先換行返回一個(gè)”<”，之后才開(kāi)始接收串口的數(shù)據(jù)，其接收長(zhǎng)度按照之前發(fā)送的長(zhǎng)度;接收完畢之后，如果成功了就會(huì)返回“SENDOK”，否則就返回“ERROR”。當(dāng)串口收到“+IPD”時(shí)，該模塊就需準(zhǔn)備接收移動(dòng)端發(fā)送而來(lái)的數(shù)據(jù)。該模塊就是一個(gè)中間的媒介，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)間的中轉(zhuǎn)。在傳遞過(guò)程中，只要是通過(guò)檢查返回的響應(yīng)來(lái)判斷操作成功與否。如果連接成功就會(huì)返回“CONNECT”,我們就可以通過(guò)strstr函數(shù)來(lái)判斷，再進(jìn)行其后的操作。如下圖3.17所示的硬件和手機(jī)APP的信息傳遞，硬件和手機(jī)就想像大陸和海島，無(wú)法通過(guò)陸地運(yùn)輸貨物（數(shù)據(jù)），只通過(guò)海運(yùn)。串口就是港口，貨物（數(shù)據(jù)）也一定是在串口的，該模塊只是一種數(shù)據(jù)傳遞的媒介。通過(guò)檢查返回的指令來(lái)進(jìn)行接下來(lái)的步驟，用戶連接成功返回“CONNECT”；斷開(kāi)返回“CLOSERD”；數(shù)據(jù)發(fā)送成功返回“SENDOK”；就收數(shù)據(jù)是“+IPD”。如果收到“CONNECT”就連接成功，那就將會(huì)發(fā)檢測(cè)到的溫度以及濕度的值。如果是“+IPD”就接收數(shù)據(jù)，比如：溫濕度上下限，時(shí)間、電機(jī)指令等。圖3.16ESP8266發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖圖3.17ESP8266數(shù)據(jù)傳輸3.6電動(dòng)機(jī)L298N3.6.1L298N模塊介紹如圖3.20所示，電動(dòng)機(jī)模塊的目的是為了驅(qū)動(dòng)電機(jī)以此來(lái)模擬水泵的灌溉，一般這個(gè)模塊有兩種樣式，我們選用的是第一種。圖3.18L298模塊3.6.2L298N模塊連接看圖3.20的左側(cè)，有+、—兩個(gè)接口，分別接電源和接地；作用是給該模塊提供電源。A1、A2接單片機(jī)的P1.0和P1.1；作用是接收單片機(jī)提供信號(hào)。圖3.20的右邊有電機(jī)A、B，可以控制兩個(gè)電機(jī)。我們使用電機(jī)來(lái)模擬灌溉，因此將電機(jī)連接電機(jī)A兩端就可以進(jìn)行控制了。下圖3.21是驅(qū)動(dòng)模塊原理圖，IN就是輸入信號(hào)端，CUTx端就是用來(lái)連接電機(jī)A、B。圖3.19驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖4.手機(jī)APP設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫濕度智能澆灌設(shè)計(jì)4.手機(jī)APP設(shè)計(jì)4.1集成開(kāi)發(fā)環(huán)境REF_Ref20458\r\h[17]對(duì)于手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)使用的AndroidStudio，它是目前最為主流的APP開(kāi)發(fā)軟件。4.2界面整個(gè)手機(jī)APP部分系統(tǒng)界面有兩個(gè)如下圖4.1，第一個(gè)界面分為七個(gè)模塊，當(dāng)前溫度和濕度、報(bào)警、溫度范圍、濕度范圍、電機(jī)狀態(tài)、連接、更新時(shí)間。第二個(gè)界面是點(diǎn)擊溫度和濕度的ImageButton按鈕來(lái)輸入溫度和濕度的上下限。圖4.1界面4.3界面設(shè)計(jì)整體的界面布局，主要是線性布局、文本框、按鈕、圖像按鈕、開(kāi)關(guān)控制、輸入框。這個(gè)兩個(gè)界面通過(guò)在layout中來(lái)進(jìn)行布局，對(duì)于溫度和濕度的部分，通過(guò)一個(gè)大的線性布局，在加3個(gè)小的線性布局，以及三個(gè)TextView；分別顯示當(dāng)前溫度、數(shù)值、℃。對(duì)于濕度而言也是同樣的操作。報(bào)警部分使用了2個(gè)LinearLayout,2個(gè)TextView；用來(lái)顯示“是否報(bào)警”和“是或否”。溫度和濕度范圍使用了2個(gè)LinearLayout,2個(gè)TextView，還有一個(gè)ImageButton；點(diǎn)擊這個(gè)俺就就可以進(jìn)行范圍的輸入。電機(jī)狀態(tài)使用2個(gè)LinearLayout,2個(gè)TextView，還有一個(gè)Switch開(kāi)關(guān)。剩下的連接和更新時(shí)間都是按鈕。對(duì)于輸入閾值的界面，3個(gè)LinearLayout,2個(gè)TextView，還有2個(gè)EditText。布局好之后，還要去調(diào)節(jié)每個(gè)組件的參數(shù)?，F(xiàn)在將這些控件和組件整體布局好，在去填寫其屬性。常見(jiàn)的一些屬性，width、height、margin、background、orientation、textSize、text、weight、inputType等。主要是對(duì)于控制布局的長(zhǎng)、寬、高、比重、顏色、文字內(nèi)容和大小、輸入的類型等等。需要注意的是Bottom和ImageButton是不同的，前者可以設(shè)置文本內(nèi)容，而后者是不可以設(shè)置文本內(nèi)容的，后者可以通過(guò)src來(lái)設(shè)置圖片。4.4功能的實(shí)現(xiàn)把界面的布局完成之后，就可以進(jìn)行界面控件功能的實(shí)現(xiàn)了。整體的設(shè)計(jì)思路是信息在移動(dòng)端和單片機(jī)之間的傳遞；接收到的數(shù)據(jù)是當(dāng)前的溫度和濕度，然后設(shè)置文本顯示出來(lái)就可以了。發(fā)送主要是發(fā)送當(dāng)時(shí)的時(shí)間、溫度和濕度的上下限、電機(jī)的控制。首先需要定義變量，根據(jù)不同的控件定義；之后就是初始化；其次最核心的就是控件點(diǎn)擊監(jiān)聽(tīng)設(shè)置。因?yàn)橹挥羞@樣我們才可以去編寫后面的操作。監(jiān)聽(tīng)事件本系統(tǒng)使用實(shí)現(xiàn)接口的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)置了5個(gè)監(jiān)聽(tīng)器，分別是連接、更新時(shí)間、溫度閾值、濕度閾值、電機(jī)。4.4.1連接需要先連接模塊產(chǎn)生的WiFi，點(diǎn)擊連接按鈕后，才會(huì)進(jìn)行和單片機(jī)之間的連接。REF_Ref23280\r\h[18]這一過(guò)程是遵循TCP/IP協(xié)議，通過(guò)確定IP地址和端口號(hào)，建立Socket進(jìn)行。Socket會(huì)調(diào)用connect()方法，兩者的數(shù)據(jù)通過(guò)輸入流和輸出流進(jìn)行傳輸。觸發(fā)這個(gè)監(jiān)聽(tīng)事件之后，就會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的線程；設(shè)置socket、輸入輸出流，通過(guò)設(shè)置線程中斷標(biāo)志，來(lái)判斷是否發(fā)生中斷；如果沒(méi)有就會(huì)一直獲取單片機(jī)發(fā)來(lái)的信息。這個(gè)信息主要是溫度和濕度，模式信息通過(guò)判斷是否觸發(fā)線程監(jiān)聽(tīng)，如果觸發(fā)就通過(guò)runOnUiThread()切換到主線程，獲取模式信息更新UI。連接成功后，線程在連接未斷開(kāi)前都沒(méi)有中斷；因此會(huì)一直去接受硬件模塊發(fā)送的信息，也會(huì)不斷的更新UI界面。上述過(guò)程主要是連接后信息的接收，數(shù)據(jù)發(fā)送會(huì)創(chuàng)建并使用一個(gè)新的線程，通過(guò)輸出流完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。如果線程中斷，就會(huì)關(guān)閉輸入流和輸出流。4.4.2溫濕度閾值點(diǎn)擊溫濕度閾值圖像按鈕，進(jìn)入showInputDialog（）顯示輸入框；首先會(huì)是標(biāo)題“請(qǐng)輸入范圍”，其后就會(huì)讀取輸入的數(shù)值，REF_Ref23446\r\h[19]通過(guò)函數(shù)et_up_limit.getText().toString().trim()，獲取之后需要轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型還有去除空格。讀取之后，先判斷有沒(méi)有輸入數(shù)字；如果沒(méi)有使用Toast.makeText提示；反之就進(jìn)行數(shù)據(jù)條件的判斷；如果在范圍之內(nèi)且上限大于下限那么將數(shù)據(jù)存入數(shù)組，發(fā)送給單片機(jī)，反之就會(huì)提醒“范圍出錯(cuò)”，流程如下圖4.2所示。圖4.2設(shè)置溫濕度閾值流程4.4.3更新時(shí)間點(diǎn)擊更新時(shí)間的按鈕，之后便會(huì)獲取本時(shí)區(qū)的格林威治時(shí)間，最后將獲取的年、月、日、小時(shí)、分鐘、秒存入數(shù)組中發(fā)送給單片機(jī)。4.4.4警報(bào)設(shè)置警報(bào)就相對(duì)簡(jiǎn)單，根據(jù)從單片機(jī)接收的模式，如果是除正常的“0”模式以外的模式就會(huì)顯示報(bào)警，流程如下圖4.3所示。圖4.3模式判斷流程圖4.4.5電機(jī)控制關(guān)于電機(jī)的控制，通過(guò)兩個(gè)途徑進(jìn)行。第一個(gè)途徑是單片機(jī)的判斷，第二個(gè)途徑是移動(dòng)端的控制。對(duì)于第一個(gè)途徑，本系統(tǒng)在移動(dòng)端進(jìn)行溫濕度閾值的設(shè)定，然后將其傳遞給硬件部分。硬件部分會(huì)將設(shè)定的閾值與測(cè)量到的溫濕度數(shù)值進(jìn)行比較，以此來(lái)判斷模式。當(dāng)前模式會(huì)與先前模式進(jìn)行比較，如果發(fā)生便會(huì)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的命令。如下圖4.4右邊流程所示。第二個(gè)途徑，通過(guò)移動(dòng)端認(rèn)為點(diǎn)擊按鈕來(lái)完成，點(diǎn)擊這個(gè)按鈕一定是在模式?jīng)]有改變的狀態(tài)下進(jìn)行的。點(diǎn)擊按鈕一定是要改變電機(jī)狀態(tài)，即由開(kāi)到關(guān)或由關(guān)到開(kāi)；將最終處于開(kāi)或者關(guān)的狀態(tài)發(fā)送給單片機(jī)，來(lái)完成電機(jī)的啟動(dòng)，如下圖4.4左邊流程。兩個(gè)途徑的操作分別是自動(dòng)的和人工的，判斷的依據(jù)就是模式是否發(fā)生了改變。第一種途徑電機(jī)狀態(tài)是隨著模式的改變而改變，第二種途徑電機(jī)狀態(tài)是隨著按鈕狀態(tài)的改變而改變。圖4.4電機(jī)控制流程圖5.系統(tǒng)調(diào)試5.系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試軟件5.1.1調(diào)試環(huán)境對(duì)于硬件部分的程序設(shè)計(jì)，使用的是這個(gè)keiluVision4這個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成的，其與先前的版本而言，界面進(jìn)行了優(yōu)化，更加的高效和便捷REF_Ref23525\r\h[20]。5.1.2燒錄軟件的使用選擇燒錄軟件是STC-ISP，將可執(zhí)行文件HEX寫入單片機(jī)，使用步驟如下REF_Ref23548\r\h[21]：1.打開(kāi)STC-ISP軟件，在單片機(jī)類型的選擇中選STC89C52RC，其中需要注意的是不要選錯(cuò)為STC89C52，一定選擇STC89C52RC；2.串口號(hào)選擇自己設(shè)定的（和自己設(shè)備管理器中的一致），波特率一般默認(rèn)值，不做更改；3.點(diǎn)擊打開(kāi)程序文件，選擇HEX文件；4.點(diǎn)擊下載/編程就可以了；程序就寫入到了單片機(jī)內(nèi)了。5.2系統(tǒng)初始未與移動(dòng)端連接如下圖5.1，這時(shí)的時(shí)間是正確的，在此之前有連接過(guò)移動(dòng)端，其發(fā)送了當(dāng)時(shí)正確的時(shí)間；DS1302會(huì)對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，再次打開(kāi)是就是當(dāng)前的時(shí)間。圖5.1開(kāi)機(jī)顯示動(dòng)態(tài)圖片5.3系統(tǒng)與移動(dòng)端相連5.3.1開(kāi)機(jī)后連接如下圖5.2，需要連接ESP8266產(chǎn)生的WiFi，連接完成之后還需要在軟件內(nèi)去點(diǎn)擊連接，連接上之后才能正常使用。如果單片機(jī)和移動(dòng)端連接完成且能正常使用，按鈕的文本就會(huì)顯示為已連接。單片機(jī)將把采集到當(dāng)前溫濕的數(shù)值給移動(dòng)端。圖5.2連接5.3.2設(shè)定正常溫濕度閾值圖5.3設(shè)置閾值顯示5.3.3超過(guò)溫濕度閾值如下圖5.3，此時(shí)會(huì)報(bào)警同時(shí)也會(huì)啟動(dòng)電機(jī)自動(dòng)灌溉。圖5.3高溫低濕如下圖5.4，此時(shí)只會(huì)報(bào)警，是否進(jìn)行灌溉有移動(dòng)端認(rèn)為控制，可以通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制電機(jī)達(dá)到模擬澆灌的目的。圖5.3高溫高濕結(jié)論結(jié)論溫度和濕度對(duì)于種植的農(nóng)作物種類、生長(zhǎng)速度以及產(chǎn)量都至關(guān)重要，本論文設(shè)計(jì)的智能澆灌系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)現(xiàn)了測(cè)量當(dāng)前溫度和濕度，并將測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)端；移動(dòng)端可以顯示溫度和濕度，設(shè)定溫濕度閾值，了解是否報(bào)警，控制灌溉以及向單片機(jī)傳輸時(shí)間；單片機(jī)接收到當(dāng)前的時(shí)間和溫濕度閾值數(shù)據(jù)，可以將其顯示在液晶屏上。當(dāng)溫濕度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)并根據(jù)超出設(shè)定閾值的不同情況判斷是否灌溉。但系統(tǒng)仍然有著一些不足之處。按按鈕過(guò)快有時(shí)會(huì)出現(xiàn)混亂；移動(dòng)端在連接后，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡頓的現(xiàn)象；沒(méi)有設(shè)置關(guān)閉報(bào)警的模塊，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮只有當(dāng)恢復(fù)到正常模式時(shí)才會(huì)停止報(bào)警。LCD1602顯示字體的大小會(huì)有限制，因此不能顯示一些圖片或者是復(fù)雜的曲線。DHT11溫濕度傳感器部分的精度基本可以滿足本設(shè)計(jì)，但仍然需要提高的。DS1302時(shí)鐘模塊存在著時(shí)間不準(zhǔn)確的問(wèn)題，精度不夠；還有就是有時(shí)不夠穩(wěn)定會(huì)出現(xiàn)跳躍的情況，具體說(shuō)秒分為的計(jì)算有時(shí)會(huì)4秒4秒的跳，或者連續(xù)計(jì)算兩位；其他位還存在著變化，比如14突然變成64。后面查閱資料發(fā)現(xiàn)是可能是選用的晶振易受環(huán)境影響，才會(huì)現(xiàn)在這樣的情況。時(shí)鐘的精度首先取決于晶振的精度，如果其不準(zhǔn)確那么時(shí)鐘的精度必然會(huì)收到較大的影響。它的特性會(huì)隨著外界環(huán)境尤其是溫度的變化而變化，精確程度也會(huì)受到影響。參考文獻(xiàn)基于單片機(jī)的溫濕度智能澆灌設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)張海礁.基于PLC的室內(nèi)濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].江蘇：江蘇大學(xué)，2016.9-11.Anonymous.AmericanThermalInstrumentsIntroducesTemperatureMonitoringAppforSmartphones[J].WirelessNews,2011.李萌.多目標(biāo)溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].江蘇：江蘇大學(xué),2012.1-3.XuYan,GuoTao(KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement(NorthUniversityofChina),MinistryofEducation,DepartmentofElectronicScienceandtechnology,NorthUniversityofChina,Taiyuan,Shanxi030051,China).Basedonsingle-chipmicrocomputertemperatureandhumiditydataacquisitionsystemdesign[A].TheKoreanVacuumSociety、ChineseVacuumSociety、ChineseSocietyofTheoreticalandAppliedMechanics、TheKoreanSocietyofSemiconductor&DisplayTechnology、DivisionofPlasmaElectronicsofJapanSocietyofAppliedPhysics、DalianUniversityofTechnology.第三屆微電子及等離子體技術(shù)