智慧农业温湿度监控系统设计与实现.docx

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1、摘要国家对环境保护和监控越来越重视，不仅是室外环境，还包括了室内环境，环境的保护和监控可以有助于对农业生产的友好控制。在农业环境中很容易受到湿度、温度、灰尘等多种自然因素的影响，传统的靠人员和经验管理没有达到对这些关键性数据进行精细化管理和采集。在这种管理方式下，紧凭人的经验是不够的，因此智慧农业温湿度监控系统应运而生。智慧农业温湿度监控系统由主控单片机、O1ED屏幕、Tjcpmioioauof空气质量传感器、MAX44009光照度传感器、DHT11温湿度传感器和ESP8266WIFI通信模块组成，再搭配电源处理等电路，完成了对农业环境的监控。农业环境监控系统会实时监测环境内的空气质量参数、湿

2、度参数、温度参数，实时与WEB服务端进行通信，并作出相应报警操作。关键词：环境保护；温湿度；传感器；WEB服务AbstractThestatepaysmoreandmoreattentiontoenvironmenta1protectionandmonitoring,noton1ytheoutdoorenvironment,buta1sotheindoorenvironment.Environmenta1prOtectionandmonitoringcancontributetothefriend1ycontro1ofagricu1tura1production.Intheagricu1tur

3、a1environment,itiseasytobeaffectedbyhumidity,temperature,dustandothernatura1factors.Thetraditiona1personne1andexperiencemanagementhasnotbeenab1etomanageandco11ectthesekeydatainarefinedway.Inthiswayofmanagement,itisnotenoughtore1yonhumanexperience,sotheinte11igentagricu1tura1temperatureandhumiditymon

4、itoringsystemarisesatthehistoricmoment.Theinte11igentagricu1tura1temperatureandhumiditymonitoringsystemiscomposedofthemasterSCM,O1EDscreen,TJCPM101OAUOFairqua1itysensor,MAX440091ightintensitysensor,DHT11temperatureandhumiditysensorandESP8266WIFIcommunicationmodu1e.Themonitoringofagricu1tura1environm

5、entiscomp1etedwithpowerprocessingandothercircuits.Theagricu1tura1environmentmonitoringsystemwi11monitortheairqua1ityparameters,humidityparametersandtemperatureparametersintheenvironmentinrea1time,communicatewiththeWEBservicesideinrea1time,andmakecorrespondinga1armoperation.Keywords：Environmenta1prot

6、ectionTemperatureandhumiditySensorWebservice摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景11.2 国内外现状11.3 目的和意义21.4 课题的主要内容3第2章系统的方案设计42.1 系统整体方案设计42.2 可行性分析52.2.1 技术可行性52.2.2 经济可行性52.2.3 操作可行性62.3 系统主要元件简介62.3.1 单片机简介62.3.2 传感器简介7本章小结9第3章系统的硬件设计103.1 系统总体硬件设计103.2 主控芯片的选择103.2.1STM32的主要特性103.3 传感器检测模块设计113.3.1 温湿度传感器设

7、计123.3.2 温湿度模块的电路设计123.3.3 光照度传感器设计133.3.4 PM2.5传感器设计133.4 WIF1电路设计143.5 显示模块设计143.6 系统电源电路153.7 结16第4章系统的软件设计174.1 软件功能介绍174.1.1 Python技术174.1.2 VUe技术174.1.38 /S开发模式174.2 系统软件模块设计184.2.1 温湿度模块设计194.2.2 WIFI模块设计204.2.3 PM2.5模块设计204.3 软件通讯设计221.1.1 IAPI接口设计221.1.2 系统交互设计221.1.3 数据库设计231.1.4 数据库表设计244

8、.4系统软件设计254.4.1 用户注册登录254.4.2 个人信息管理254.4.3 控制台管理264.4.4 监测信息管理264.4.5 用户管理27本章小结27第5章系统测试285.1 系统软件配置285.2 系统硬件配置285.3 系统测试计划295.3.1 黑盒测试295.3.2 白盒测试295.4 系统测试用例295.4.1 系统软件测试用例295.4.2 温湿度测试用例305.4.3 光照度测试用例305.4.4 空气质量测试用例315.4.50 1ED显示测试用例315.4.51 鸣器报警测试用例325.4.52 键检测测试用例325.4.53 件实物图展示33本章小结34结论

9、35致谢36参考文献37附录1译文38附录2英文参考资料40附录3电路原理图43附录4程序代码44第1章绪论1.1 课题背景在国际社会中，物联网的技术得到了不同的国家和人们的关注,比如传统的农业大棚温湿度监控方式一般都是通过人工来进行检测,这就需要人工在一天内轮流值班,并且要不断的观看、进行记录、以及测量等实时记录着的温度数据的采集,这样效率会非常低，而且也不方便于人员的充分利用,会大量耗费人力和物力,也会非常的麻烦,并且人工的维护也欠缺。伴随着物联网时期的到来,农业方面的物联网技术更加广泛应用,温室大棚在物联网方面的应用越来越普及,其功能体现在先进的技术和先进的设备,自动并且实时的监测温度和

10、湿度的变化,这样就可以大大提高了生产值,实现了高效率的生产方式，省时省力。本篇文章所设计的智慧农.业温度监控系统是利用了温湿度传感器来监测环境的温度和湿度的变化，通过数据进行查看，之后通过STM32用来作为判断温湿度是否正常的单片机,如果温湿度异常则要进行处理并且发出相应的警报,如今在大数据和互联网的支持下，制造业和设计研发，用户关系产生了巨大的变化。基于物联网的智慧农业环境监控系统结合物联网技术，对于该领域的研究而言，分析的重点是围绕农业数据收集信息运算和处理，并将Web终端、传感器和无线WIFI网络进行有效的结合，使农业内的运动人群可以通过Web终端对农业环境温度、湿度、空气质量等参数进行

11、实时监测，当农业的环境发生异常时，系统会以铃声方式报警，种植户可以根据实际情况决定是否继续进行改善环境。系统设计创新之处在于,结合低成本的传感器技术，可以实现对农业环境进行实时监测。1.2 国内外现状我国环境监测与国外的一些国家比起来相对较晚，但这并没有阻止我们保护环境的步伐，我们国家的物联网技术的应用还不算落后。我国早在一九九九年时，一些专家开始对物联网核心和传感器的采集技术进行了深入的探索，目前我国的研发水平已经处在世界的前列。培养出一大批人才，国内目前多家研究院和大学在开展对于物联网技术的研究。取得了非常大的进步。中国科学院计算技术研究所设计的“基于ZigBee无线通信协议的GAINJG

12、AINZ等系列传感节点；香港科技大学设计的“基于Te1os-B平台的无线传感器网络节点”等。这些产品都是我们的骄傲。但有些地方还是有不足，需要继续改进，这也是我们继续研究的方向。在国外的智慧农业监测比较成熟，像欧、美、日等发达国家的温湿度监控研究起步比国内要早很多，美国的政府从上世纪九十年代开始，每年都会发放大量资金用来研究农业科技的先进发展，并且不断的创新信息网络，农业方面的监测信息也被收集在系统中，形成了巨大的信息网络系统。在环境监控方面拥有较多的手段和技术经验。从传感器采集层来讲，美国哈佛大学开发的无线传感器网络系统，用于监测室内外环境状况分析，它能偶监测二氧化碳浓度、空气温湿度、风向、

13、风速等气象7大要素数据；物联网的发展还处于起步阶段，发达国家都在进行积极的研究。1.3 目的和意义物联网作为信息产业的第三次浪潮,在传统农业向现代农业的升级改造中将会发挥重要的作用,而基于物联网的智慧农业将会是一个新的农业形态。物联网技术作为农业现代化的技术支撑,在农业生产和科研中的应用将会加快现代农业的发展。农业环境监控作为现代农业的重要组成部分,是掌握农业环境信息和农作物生长状况的有效手段。在农业生产过程中,土壤温度、土壤湿度、环境温度、环境湿度、雨量、风速、CO浓度、水环境PH值等多种自然因素共同影响农作物的生长。农业大棚是智能农业的一个突出表现,而温湿度的测量系统是农业大棚环境，环境的

14、保护和监控可以有助于对农业生产的友好控制。在农业环境中很容易受到湿度、温度、灰尘等多种自然因素的影响，传统的靠人员和经验管理没有达到对这些关键性数据进行精细化管理和采集。在这种管理方式下，紧凭人的经验是不够的，因此智慧农业温湿度监测系统应运而生。智慧农业温湿度监控系统是基于单片机的温湿度监控与设计系统,它可以实时的对农业大棚内进行环境内参数进行长期、平稳、实时的监测。智慧农业监控系统通过温湿度传感器对温湿度进行检测,把采集到的数据数据信息传输到控制中心,通过STM32单片机进行数据的处理后通过O1ED显示屏幕显示出来,如果监测的温湿度超标，则可以实现实时报警的功能,即温度或湿度过低或过高时自动

15、进行报警来提示。智慧农业温湿度监系统由单片机、O1ED屏幕、空气质量传感器、光照度传感器、温湿度传感器和WIFI通信模块组成，再搭配电源处理等电路，完成了对农业环境的监控。农业环境监控系统会实时监测环境内的空气质量参数、湿度参数、温度参数，实时与WEB服务端进行通信，并作出相应报警操作。1.4 课题的主要内容系统分为软件和硬件组成，主要功能描述如下：上位机：服务端对数据进行存储，对采集的信息进行预处理，硬件会定时的发送数据，进行实时的对服务端发送指定数据内容，软件对报文数据进行解析，最终存入数据库。客户端采用Web浏览器形式进行数据展示，包含用户注册登录、用户管理、数据管理等功能。通过温度、PM2.5、湿度等传感器进行数据采集。采集到数值以后进行数值转换，将转换后的数值显示在1CD上。数据以无线传输的方式发送到服务器端。设置报警功能，当检测数据超过阈值时蜂鸣器报警，并在液晶屏上显示数据、数据库存储数据、服务端从数据库中调取数据、服务器端反向控制等功能。硬件：设计主要是为了农业环境的综合参数，分别是PM2.5、温度、湿度,配合报警电路、O1ED显示屏，实现基于物联网的智能农业温度和湿度监测系统与实现的功能。该系统会实时的监测农业内的各项指标，会实时的显示到