基于ARM嵌入式的智能生物大棚
系统设计
The Research of Intelligent Biological Greenhouse Basing on ARM
architecture
专业：计算机科学与技术
摘要
生物大棚环境测控，即根据植物生长发育的需要，调节生物大棚内环境条件的总称。进行环境测控是实现温室生产管理自动化，科学化的基本保证，通过对监控数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物在不适应生长发育的反季节中，可获得比室外生长更优的环境条件，达到作物高产的栽培目的。
我国从国外引进的一些环境监控设备，由于其测控的侧重点与我国气候条件不相匹配，且引进价格昂贵，运行费用高，一次难于在我国大规模推广和应用。目前，国内自行设计，自行建造的智能生物大棚，大部分测控水平较低，现代化管理水平不高，不能够满足作物全年高产栽培的要求。因此改变传统的测控方式，实现计算机测控，建立符合我国国情的智能生物大棚，对加快我国温室生产的现代化水平及提高温室的经济效益均具有重要意义。
因此在分析了生物大棚的环境参数，综合测控特性，以及测控过程的非线性、大滞后的复杂过程后，综合运用传感器技术，gprs技术等，自行研究和设计了一个实用的生物大棚环境测控系统，可以实现对生物大棚中CO2浓度，温度，湿度等的测控。
鉴于上述情况，本文提出的生物大棚环境测控系统采用了多传感器技术和控制系统相结合的测控方案。其中，多传感器的管理和融合系统更能完善、准确的反映环境特征，以获得最高的检测精度和可靠的控制决策，使系统处于最佳运行。控制系统通过检测的环境参数来改变环境参数，使作物生长在最适宜的环境条件下。整个系统效率高且容易扩展，通用性和适用性较强。
关键字：生物大棚环境测控技术；gprs；传感器
ABSTRACT
Environmental monitoring and control of biological shed that, according to the needs of plant growth and development, regulation of biological greenhouse environmental conditions in general. Environmental monitoring is to achieve greenhouse production and management automation, the basic guarantee of the scientific, through the analysis of monitoring data, combined with crop growth and development of, control of environmental conditions in which growth and development of crops suited to the off-season, the availability of growth than the outdoor better environmental conditions, to achieve high yield crops, cultivation purposes.
China imported from abroad, some of the environmental monitoring equipment, because of its focus and the monitoring of climatic conditions do not match, and the introduction of expensive, high running costs, a difficult large-scale promotion and application in China. At present, their own design, the construction of intelligent life greenhouses, most of the low level monitoring and control, modern management level is not high, can not meet the requirements of crop yield cultivation throughout the year.
Therefore, monitoring changes in the traditional way to achieve computer control, and establishing greenhouse intelligent life situation of our country, to accelerate the modernization of the level of greenhouse production and improve the economic benefits of the greenhouse are of great significance.
Therefore, the analysis of biological environmental parameters greenhouses, integrated monitoring and control features, and process measurement and control of nonlinear, large delay in the complex process, the integrated use of sensor technology, gprs technology, self-study and design of a practical environmental monitoring and control of biological greenhouse system, can achieve the CO2 concentration of biological greenhouse, temperature, humidity measurement and control.
Given the above, the proposed bio-greenhouse environment control system using multi-sensor technology and control systems combining monitoring and
control programs. Among them, multi-sensor fusion system management and more complete, accurate and reflect the environmental characteristics, in order to obtain the highest precision and reliable control of decision-making, make the system run at its best. Control parameters by detecting changes in the environment of environmental parameters, crop growth in the most appropriate environmental conditions. The whole system efficient and easy expansion, strong versatility and applicability.
Keywords:Biological Greenhouse Environmental Control Technology；gprs；sensor
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
第1章绪论 (7)
选题目的和意义 (7)
国内外相关研究综述 (7)
国外状况 (7)
国内状况 (8)
我国温室存在的主要问题 (9)
研究内容和研究方法 (10)
第2章系统开发相关技术 (11)
嵌入式 (11)
什么是嵌入式操作系统 (11)
嵌入式系统的技术特点 (12)
嵌入式系统的特征 (15)
Qt (17)
Qt简介 (17)
Qt功能与特性 (17)
gprs通讯模块 (17)
AT命令集简要说明 (17)
基于Zigbee无线数据采集 (19)
传感器的介绍 (19)
zigbee (21)
第3章需求分析 (23)
系统需求分析 (23)
第4章概要设计 (24)
系统硬件结构设计 (24)
传感器设计 (24)
湿度传感器设计 (24)
CO2传感器设计 (25)
温度传感器设计 (26)
GPRS模块 (27)
系统软件结构设计 (31)
单片机软件设计 (32)
计算机部分软件 (34)
硬件电路设计 (34)
信号检测 (34)
空气温湿度的检测 (34)
温室参数的LCD显示 (34)
GPRS通信模块 (34)
系统控制器 (35)
第5章系统实现及测试 (36)
数据采集系统设计 (36)
系统组成 (36)
系统工作原理 (36)
GPRS监控系统 (37)
系统结构 (37)
实现gprs功能的相关程序 (38)
测试系统的组成及原理 (39)
测试系统的设计 (40)
温度测量电路 (40)
湿度测量电路 (41)
CO2含量测量电路 (41)
第6章总结和展望 (42)
全文工作总结 (42)
展望 (43)
致谢 (45)
参考文献 (46)
第1章绪论
选题目的和意义
中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。
国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。
目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。所以急需一种高效实时的监控设备，能实现大棚的实时监控，迅速了解大棚内的环境状态。国内外相关研究综述
国外状况
世界发达国家如荷兰、美国、以色列等大力发展集约化的温室产业，温室内温度、光照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到
采收包装形成了一整套完整的规范化技术体系。
美国是最早发明计算机的国家，也是将计算机应用于温室控制和管理最早、最多的国家之一。美国有发达的设施栽培技术，综合环境控制技术水平非常高。环境控制计算机主要用来对温室环境(气象环境和栽培环境)进行监测和控制。以花卉温室为例，温室内监控项目包括室内气温、水温、土壤温度、锅炉温度、管道温度、相对空气湿度、保温幕状况、通窗状况、泵的工作状况、CO2浓度、Ec调节池和回流管数值、pH调节池和回流管数值；室外监控项目包括大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相对湿度等。温室专家系统的应用给种植者带来了一定的经济效益，提高了决策水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带来了很大方便。
以园艺业著称的荷兰从20世纪80年代以来就开始全面开发温室计算机自动控制系统，并不断地开发模拟控制软件。目前，荷兰自动化智能玻璃温室制造水平处于世界先进水平，，占世界1/4以上，有85％的温室用户使用计算机控制温室环境。荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机交互界面进行参数设置和必要的信息显示，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线以及测量的数据曲线，可以从数据库内调出设定的时间段内参数以便于必要的数据查询，并能直接对计算机串行口进行操作，完成上位机与下位机之间的通信。上位机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体，同时还能够很好地完成温室灌溉和气候的控制和管理。
此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展。遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中。控制要求能在远离温室的计算机控制室就能完成，即远程控制。另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远的地方通过形象、直观的图形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场操作一样，给人以身临其境之感。
国内状况
我国农业计算机的应用开始于20世纪70年代，80年代开始应用于温室控制与管理领域。20世纪90年代初期，中国农业科学院农业气象研究所和作物花卉研究所，研制开发了温室控制与管理系统，并开发了基于Windows 操作系统的控制软件；90年代中后期，江苏理工大学毛罕平等人研制开发了温室软硬件控制系统，能对营养液系统、温度、光照、CO2、施肥等进行综
合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。在此期间，中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学、中国科学院上海植物生理研究所等单位也都侧重不同领域，研究温室设施的计算机控制与管理技术。“九五”期间，国家科技攻关项目和国家自然科学基金均首次增设了工厂化农业(设施农业)研究项目，并且在项目中加大了计算机应用研究的力度，其中“九五”国家重大科技产业工程“工厂化高效农业示范工程”中，直接设置了“智能型连栋塑料温室结构及调控设施的优化设计及实施”的专题。
20世纪90年代末，河北职业技术师范学院的闫忠文研制了作物大棚温湿度测量系统，能对大棚内的温湿度进行实时测量与控制。中科院合肥智能机械研究所研制了“农业专家系统开发环境—DET系列软件”和智能温室自动控制系统，能够有效地提高作物产量、缩短生长期、减小人工操作的盲目性。北京农业大学研制成功“WJG-1”温室环境监控计算机管理系统，采用了分布式控制系统。河南省农科院自动化控制中心研制了“GCS-I型智能化温室自动控制系统”，采用上位机加PLC的集散式控制方法，软件采用智能化模糊算法。中国农业大学设计研制的“山东省济宁大型育苗温室计算机分布式控制系统”，实现了计算机分布式控制。
我国温室存在的主要问题
(1) 科技含量和总体发展水平较低。我国设施栽培起步晚、基础差，没有将其作为整体工程问题研究。从设施装备到栽培技术的生产管理不配套，生产不规范，难以形成大规模商品生产。
(2) 我国现有的温室控制系统仍以控制一个温室为主，没有基于温室群的控制系统。这样降低了生产管理的效率。
(3) 温室测控系统的通信仍然采用有线方式。我国温室测控系统的通信主要有485总线以及CAN总线等有线方式。这些有线通信方式不仅使得温室内的信号线和动力线错综复杂，而且导致系统的可靠性降低，安装维护工作量变大，同时也不利于农业机器人等移动设备的作业，难以达到温室生产的“工厂化农业”水平。
(4) 缺少基于农业专家知识的上位机管理系统。我国目前的温室控制系统中，一些上位机只限于存储采集的历史数据，没有根据农业专家知识的实时控制管理系统。
(5) 设施水平低，抵御自然灾害的能力差。我国目前部分温室的建筑材料主要是钢材和玻璃。但没有形成国家统一的标准和工厂系列的产品，且应用率仅占设施栽培面积的10％，而绝大部分由农民自行建造的塑料日光温室也只能起到一定的保温作用，根本不能实现对温度、湿度、光照等环境因子的调控。
(6)机械化水平低，调控能力差，作业主要依靠人力。生产管理主要靠经验和单因子定性调控。
研究内容和研究方法
本课题主要是研究一种智能的控制系统，通过传感器来采集到生物大棚中的温度，湿度，光照等环境参数，当环境参数超过生物的最适应值的时候，通过该控制系统通过gprs发短信等途径通知用户，再通过用户来控制相关环境参数，从而使生物生长在最适应的环境条件下，达到农作物能够增产的效果。
研究方法是通过温度传感器，湿度传感器等来进行对环境参数的采集，通过gprs来实现将采集到的数据传送给用户。
关键字：嵌入式；传感器；gprs；arm
第2章系统开发相关技术
嵌入式
什么是嵌入式操作系统
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能，对可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统是集软、硬件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式系统的硬件部分包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。这种系统有别于一般的计算机处理系统，它不像硬盘那样有大容量的存储介质，而大多使用E-PROM、EEPROM或闪存Flash Memory作为存储介质。软件部分包括操作系统软件要求实时和多任务操作和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统则控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
嵌入式计算机系统同通用型计算机系统相比，具有以下特点：
(１)嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式CPU与通用型的最大不同就是，嵌入式CPU大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、小体积、高集成度等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，因此，器件的移动能力大大增强，同时跟网络的耦合也越来越紧密。
(２)嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。
(３)因为嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也和具体产品同步进行，所以，嵌入式系统产品一旦进入市场，一般都具有较长的生命周期。
(４)为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机之中，而不是存贮于磁盘等载体中。
嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使在设计完成后，用户也不能对其中的程序进行修改，而是必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义。目前嵌入式系统已经渗透到我们生活中的每个角落，工业、服务业、消费电子……，而恰恰由于这种范围的扩大，使得“嵌入式系统”更加难于明确定义
虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的，但是这个概念并非新近才出现。从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。
作为一个系统，往往是在硬件和软件交替发展的双螺旋的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。
嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。这些装置已经初步具备了嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用８位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。
嵌入式系统的技术特点
嵌入式系统通常包括构成软件的基本运行环境的硬件和操作系统两部分。嵌入式系统的运行环境和应用场合决定了嵌入式系统具有区别于其它操作系统的一些特点。
(1)嵌入式处理器
嵌入式处理器可以分为三类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP（Digital Signal Processor）。嵌入式微处理器就是和通用计算机的微处理器对应的CPU。在应用中，一般是将微处理器装配在专门设计的电路板上，在母板上只保留和嵌入式相关的功能即可，这样可以满足嵌入式系统体积小和功耗低的要求。目前的嵌入式处理器主要包括：PowerPC、Motorola 68000、ARM系列等等。
嵌入式微控制器又称为单片机，它将CPU、存储器（少量的RAM、ROM 或两者都有）和其它外设封装在同一片集成电路里。常见的有8051。
嵌入式DSP专门用来对离散时间信号进行极快的处理计算，提高编译效率和执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析、图像处理的分析等领域，DSP 正在大量进入嵌入式市场。
(2)微内核结构
大多数操作系统至少被划分为内核层和应用层两个层次。内核只提供基本的功能，如建立和管理进程、提供文件系统、管理设备等，这些功能以系统调用方式提供给用户。一些桌面操作系统，如Windows、Linux等，将许多功能引入内核，操作系统的内核变得越来越大。内核变大使得占用的资源增多，剪裁起来很麻烦。
大多数嵌入式操作系统采用了微内核结构，内核只提供基本的功能，比如：任务的调度、任务之间的通信与同步、内存管理、时钟管理等。其它的应用组件，比如网络功能、文件系统、GUI系统等均工作在用户态，以系统进程或函数调用的方式工作。因而系统都是可裁减的，用户可以根据自己的需要选用相应的组件。
(3)任务调度
在嵌入式系统中，任务即线程。大多数的嵌入式操作系统支持多任务。多任务运行的实现实际是靠CPU在多个任务之间切换、调度。每个任务都有其优先级，不同的任务优先级可能相同也可能不同。任务的调度有三种方式：可抢占式调度、不可抢占式调度和时间片轮转调度。不可抢占式调度是指，一个任务一旦获得CPU就独占CPU运行，除非由于某种原因，它决定放弃CPU的使用权；可抢占式调度是基于任务优先级的，当前正在运行的任务可以随时让位给优先级更高的处于就绪态的其它任务；当两个或两个以上任务有同样的优先级，不同任务轮转地使用CPU，直到系统分配的CPU时间片用完，这就是时间片轮转调度。
目前，大多数嵌入式操作系统对不同优先级的任务采用基于优先级的抢占式调度法，对相同优先级的任务则采用时间片轮转调度法。
(4)硬实时和软实时
有些嵌入式系统对时间的要求较高，称之为实时系统。有两种类型的实时系统：硬实时系统和软实时系统。软实时系统并不要求限定某一任务必须在一定的时间内完成，只要求各任务运行得越快越好；硬实时系统对系统响应时间有严格要求，一旦系统响应时间不能满足，就可能会引起系统崩溃或致命的错误，一般在工业控制中应用较多。
(5)内存管理
针对有内存管理单元（MMU）的处理器设计的一些桌面操作系统，如Windows、Linux，使用了虚拟存储器的概念。虚拟内存地址被送到MMU。
在这里，虚拟地址被映射为物理地址，实际存储器被分割为相同大小的页面，采用分页的方式载入进程。一个程序在运行之前，没有必要全部装入内存，而是仅将那些当前要运行的部分页面装入内存运行。
大多数嵌入式系统针对没有MMU的处理器设计，不能使用处理器的虚拟内存管理技术,采用的是实存储器管理策略。因而对于内存的访问是直接的，它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址；而且，大多数嵌入式操作系统对内存空间没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前，系统必须为它分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储器的连续空间。
由此可见，嵌入式系统的开发人员不得不参与系统的内存管理。从编译内核开始，开发人员必须告诉系统这块开发板到底拥有多少内存；在开发应用程序时，必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。另外，由于采用实存储器管理策略，用户程序同内核以及其它用户程序在一个地址空间，程序开发时要保证不侵犯其它程序的地址空间，以使得程序不至于破坏系统的正常工作，或导致其它程序的运行异常；因而，嵌入式系统的开发人员对软件中的一些内存操作要格外小心。
(6)内核加载方式
嵌入式操作系统内核可以在Flash上直接运行，也可以加载到内存中运行。Flash的运行方式，是把内核的可执行映像烧写到Flash上，系统启动时从Flash的某个地址开始执行。这种方法实际上是很多嵌入式系统所采用的方法。内核加载方式是把内核的压缩文件存放在Flash上，系统启动时读取压缩文件在内存里解压，然后开始执行。这种方式相对复杂一些，但是运行速度可能更快，因为RAM的存取速率要比Flash高。
由于嵌入式系统的内存管理机制，嵌入式操作系统对用户程序采用静态链接的形式。在嵌入式系统中，应用程序和操作系统内核代码编译、链接生成一个二进制影像文件来运行。
相对于在Windows环境下的开发应用程序，嵌入式系统开发有着很多的不同。不同的硬件平台和操作系统带来了许多附加的开发复杂性。
嵌入式系统的特征
嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，如果独立于应用自行发展，则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。
和通用计算机不同，嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用对处理器的选择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需求，对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能；但同时还受用户订货量的制约。因此不同的处理器面向的用户是不一样的，可能是一般用户，行业用户或单一用户。
嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。嵌入式系统中的软件，一般都固化在只读存储器中，而不是以磁盘为载体，可以随意更换，所以嵌入式系统的应用软件生命周期也和嵌入式产品一样长。另外，各个行业所以嵌入式系统的应用软件生命周期也和嵌入式产品一样长。另外，各个行业的应用系统和产品，和通用计算机软件不同，很少发生突然性的跳跃，嵌入式系统中的软件也因此更强调可继承性和技术衔接性，发展比较稳定。
嵌入式处理器的发展也体现出稳定性，一个体系一般要存在8-10年的时间。一个体系结构及其相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系统，用户和半导体厂商都不会轻易地放弃一种处理器。
嵌入式系统通常包括构成软件的基本运行环境的硬件和操作系统两部分。嵌入式系统的运行环境和应用场合决定了嵌入式系统具有区别于其它操作系统的一些特点。
(1) 专用、软硬件可剪裁可配置
从嵌入式系统定义可以看出，嵌入式系统是面向应用的，和通用系统最大的区别在于嵌入式系统功能专一。根据这个特性，嵌入式系统的软、硬件可以根据需要进行精心设计、量体裁衣、去除冗余，以实现低成本、高性能。
也正因如此，嵌入式系统采用的微处理器和外围设备种类繁多，系统不具通用。
(2) 低功耗、高可靠性、高稳定性
嵌入式系统大多用在特定场合，要么是环境条件恶劣，要么要求其长时间连续运转，因此嵌入式系统应具有高可靠性、高稳定性、低功耗等性能。
(3) 软件代码短小精悍
由于成本和应用场合的特殊性，通常嵌入式系统的硬件资源（如内存等）都比较少，因此对嵌入式系统设计也提出了较高的要求。嵌入式系统的软件设计尤其要求高质量，要在有限资源上实现高可靠性、高性能的系统。虽然随着硬件技术的发展和成本的降低，在高端嵌入式产品上也开始采用嵌入式操作系统，但其和PC资源比起来还是少得可怜，所以嵌入式系统的软件代码依然要在保证性能的情况下，占用尽量少的资源，保证产品的高性价比，使其具有更强的竞争力。
(4)代码可固化
为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘中。
(5) 实时性
很多采用嵌入式系统的应用具有实时性要求，所以大多嵌入式系统采用实时性系统。但需要注意的是嵌入式系统不等于实时系统。
(6) 弱交互性
嵌入式系统不仅功能强大，而且要求使用灵活方便，一般不需要类似键盘、鼠标等。人机交互以简单方便为主。
(7) 嵌入式系统软件开发通常需要专门的开发工具和开发环境
(8) 要求开发、设计人员有较高的技能
嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统，从事嵌入式系统开发的人才也必须是复合型人才。
Qt
Qt简介
Qt是一个跨平台应用程序和UI开发框架。使用Qt您只需一次性开发应用程序，无须重新编写源代码，便可跨不同桌面和嵌入式操作系统部署这些应用程序。
Qt功能与特性
(1) 直观的C++类库：模块化Qt/C++类库提供一套丰富的应用程序生成块(block)，包含了构建高级跨平台应用程序所需的全部功能。具有直观，易学、易用，生成好理解、易维护的代码等特点。
(2)跨桌面和嵌入式操作系统的移植性：使用Qt，您只需一次性开发应用程序，就可跨不同桌面和嵌入式操作系统进行部署，而无须重新编写源代码，可以说Qt无处不在（Qt Everywhere）。
•使用单一的源代码库定位多个操作系统；
•通过重新利用代码可将代码跨设备进行部署；
•无须考虑平台，可重新分配开发资源；
•代码不受担忧平台更改影响的长远考虑；
•使开发人员专注于构建软件的核心价值，而不是维护API。
(3)具有跨平台 IDE 的集成开发工具：Qt Creator是专为满足Qt开发人员需求而量身定制的跨平台集成开发环境(IDE)。Qt Creator可在Windows、Linux/X11和Mac OS X桌面操作系统上运行，供开发人员针对多个桌面和移动设备平台创建应用程序。
(4)在嵌入式系统上的高运行时间性能，占用资源少。
gprs通讯模块
Gprs通讯模块是通过AT命令集来实现收发短信，打电话等功能，当生物大棚环境数据出现异常时就会通知用户，环境参数出现异常，让用户调整相关参数，使环境参数达到正常值。
AT命令集简要说明
GPRS模块和应用系统是通过串口连接的，控制系统可以发给GPRS
模块AT命令的字符串来控制其行为。GPRS模块具有一套标准的AT命令集。
1、一般AT命令
AT命令//描述
AT+CGMI//返回生产厂商标识。
AT+CGMM//返回产品型号标识。
AT+CGMR//返回软件版本标识。
ATI//发行的产品信息。
ATE=
AT+CGSN //返回产品序列号标识。
AT+CLVL？//读取受话器音量级别。
AT+CLVL=
AT+CHFA=
AT+CMIC=
2、网络服务相关命令
AT+CNUM=? //读取本机号码。
AT+COPN//读取网络运营商名称。
AT+CSQ //信号强度指示，返回接收信号强度指示值和信道误码率。
3、呼叫控制命令
ATDxxxxxxxx;//拨打电话号码xxxxxxxx，注意最后要加分号，中间无空格。
ATA//接听电话。
ATH //拒接电话或挂断电话。
AT+VTS=
4、短消息命令
AT+CMGC 发出一条短消息命令。
AT+CMGD=
AT+CMGF=
AT+CMGL=
AT+CMGR=
AT+CMGS=xxxxxxxx
‘CR’ Text ‘CTRL+Z’ //发送短消息。xxxxxxxx为对方手机号码，回车后接着输入短信内容，然后按CTRL+Z发送短信。CTRL+Z的ASCII 码是26。
AT+CNMI//显示新收到的短消息。
AT+CSCA?//读取短消息中心地址。
AT+CSMP//设置短消息文本模式参数
基于Zigbee无线数据采集
在本次系统设计中的数据采集主要是用CO2传感器，温度传感器，湿度传感器等这些传感器来收集生物大棚中的相关环境参数，然后处理后给用户。传感器的介绍
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。
电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器(话筒)就是一种传感器，它感受声音的强弱，并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化，并把它转换成相应的电信号。
传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转换，因此在某些领域如生物医学工程等中，也称为换能器。
传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。在自
毕业设计（论文）任务书 1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 系统掌握单片机应用系统的硬件设计与软件开发；特殊功能模块的使用；单片机与PC机的通讯。提高综合利用控制理论、微型计算机技术、传感器与检测技术、通讯技术、电气控制技术等知识解决实际问题的能力。 2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 系统设计技术指标： 任务： （1）温室智能控制技术国内外研究动态 （2）现场参数检测与调节控制 （3）环境因子参考模型的建立 （4）仿人控制与算法 （5）单片机与PC机通讯 内容：（1）设计温室环境因子归一化参考模型 （2）针对地区性差异、季节性差异、种植类差异，设计归一化的仿人控制模型（3）电气控制逻辑及电气控制线路设计 （4）现场参数检测与调节控制模拟实验 （5）单片机与PC机通讯模拟实验 工作要求： （1）现场检测参数16路，12位A/D精度，输出控制16路，开关控制。 （2）参数设置可单片机键盘输入，也可上位PC机给定。 （3）LCD液晶显示 （4）论文在2万字以上。翻译一篇与该课题相关的外文资料5000字以上。参考文献在10篇以上。同时绘制单片机应用系统的主板图和操作面板图，模拟 现场东、西侧窗，排风扇，气泵，遮荫帘等执行机构的调节控制。模拟与 PC机进行现场检测参数的传输和受令控制。
3．本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起迄日期工作内容2012年 2 月12日~ 3 月 2日 3 月5日~ 3月 23 日3 月26日~5 月 11日5月14日~ 5 月 25日5月28日~ 6 月 8日 6月1日~ 6月 10日6月11日~ 6 月 18日熟悉论文题目，了解任务书所要求的工作内容，查询资料，深入了解本课题在相关领域国内外研究动态。 进一步学习单片机、计算机测控技术、接口技术、通讯技术等相关专业知识。 根据论文内容要求和研究对象，进行单片机应用系统的硬件配置方案设计，绘制原理图，对部分电路通过实验板进行调试。 编写应用程序，基本功能程序必须上机通过。 绘制电气控制线路，通过模拟实验手段使用上述编写的应用程序进行驱动控制， 和上位机进行通讯连接。写论文 论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年月日学院意见： 主管院长： 年月日
基于ARM 嵌入式的智能生物大棚系统设计 The Research of Intelligent Biological Greenhouse Basing on ARM architecture 专业：计算机科学与技术 摘要: 生物大棚环境测控，即根据植物生长发育的需要，调节生物大棚内环境条件的总称。进行环境测控是实现温室生产管理自动化，科学化的基本保证，通过对监控数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物在不适应生长发育的反季节中，可获得比室外生长更优的环境条件，达到作物高产的栽培目的。我国从国外引进的一些环境监控设备，由于其测控的侧重点与我国气候条件不相匹配，且引进价格昂贵，运行费用高，一次难于在我国大规模推广和应用。目前，国内自行设计，自行建造的智能生物大棚，大部分测控水平较低，现代化管理水平不高，不能够满足作物全年高产栽培的要求。因此改变传统的测控方式，实现计算机测控，建立符合我国国情的智能生物大棚，对加快我国温室生产的现代化水平及提高温室的经济效益均具有重要意义。因此在分析了生物大棚的环境参数，综合测控特性，以及测控过程的非线性、大滞后的复杂过程后，综合运用传感器技术，gprs 技术等，自行研究和设计了一个实用的生物大棚环境测控系统，可以实现对生物大棚中CO2 浓度，温度，湿度等的测控。鉴于上述情况，本文提出的生物大棚环境测控系统采用了多传感器技术和控制系统相结合的测控方案。其中，多传感器的管理和融合系统更能完善、准确的反映环境特征，以获得最高的检测精度和可靠的控制决策，使系统处于最佳运行。控制系统通过检测的环境参数来改变环境参数，使作物生长在最适宜的环境条件下。整个系统效率高且容易扩展，通用性和适用性较强。 关键字：生物大棚环境测控技术；gprs；传感器 1 ABSTRACT Environmental monitoring and control of biological shed that, according to the needs of plant growth and development, regulation of biological greenhouse environmental conditions in general. Environmental monitoring is to achieve greenhouse production and management automation, the basic guarantee of the scientific, through the analysis of monitoring data, combined with crop growth and development of, control of environmental conditions in which growth and development of crops suited to the off-season, the availability of growth than the outdoor better environmental conditions, to achieve high yield crops, cultivation purposes. China imported from abroad, some of the environmental monitoring equipment, because of its focus and the monitoring of climatic conditions do not match, and the introduction of expensive, high running costs, a difficult large-scale promotion and application in China. At present, their own design, the construction of intelligent life greenhouses, most of the low level monitoring and control, modern management level is not high, can not meet the requirements of crop yield cultivation throughout the year. Therefore, monitoring changes in the traditional way to achieve computer control, and establishing greenhouse intelligent life situation of our country, to accelerate the modernization of the level of greenhouse production and improve the economic benefits of the greenhouse are of great significance. Therefore, the analysis of biological environmental parameters greenhouses, integrated monitoring and control features, and process measurement and control of nonlinear, large delay in the complex process, the integrated use of sensor technology, gprs technology, self-study and design of a practical environmental monitoring and control of biological greenhouse system, can achieve the CO2 concentration of biological greenhouse, temperature, humidity measurement and control. Given the above, the proposed bio-greenhouse environment
基于ARM架构的嵌入式智能控制系统设计 随着科技的不断发展，嵌入式智能控制系统在各个领域中得到了广泛应用。而 基于ARM架构的嵌入式智能控制系统由于其高性能、低功耗等优势，成为了市场 上最受欢迎的选择之一。本文将探讨基于ARM架构的嵌入式智能控制系统设计的 相关内容。 一、ARM架构简介 ARM架构是一种精简指令集计算机（RISC）架构，其设计主要用于低功耗、 高效能的嵌入式系统。ARM架构的特点是指令集精简、指令执行速度快、功耗低、体积小、成本低等。由于这些特点，ARM架构成为了嵌入式系统设计中的首选。二、嵌入式智能控制系统的设计要求 嵌入式智能控制系统的设计要求通常包括以下几个方面：高性能、低功耗、稳 定可靠、易于开发和维护等。基于ARM架构的嵌入式智能控制系统能够满足这些 要求，因此在工业控制、智能家居、智能交通等领域得到了广泛应用。 三、嵌入式智能控制系统设计的关键技术 1. 处理器选择：在设计嵌入式智能控制系统时，选择合适的ARM处理器是至 关重要的。不同的应用场景需要不同的处理器性能，因此需要根据实际需求选择适合的ARM处理器。 2. 操作系统选择：嵌入式智能控制系统通常需要运行一个操作系统来管理硬件 资源和提供应用程序的运行环境。常见的嵌入式操作系统有Linux、Android等， 选择合适的操作系统对系统性能和功能的实现有重要影响。 3. 通信技术：嵌入式智能控制系统通常需要与其他设备进行通信，如传感器、 执行器等。常用的通信技术包括UART、SPI、I2C、以太网等，根据实际需求选择合适的通信技术。
4. 电源管理：嵌入式智能控制系统通常需要工作在低功耗状态下，因此需要合 理设计电源管理模块，以降低功耗并延长系统的工作时间。 5. 硬件接口设计：嵌入式智能控制系统通常需要与各种外部设备进行接口连接，如传感器、执行器等。合理设计硬件接口，确保系统能够稳定可靠地与外部设备进行通信。 四、嵌入式智能控制系统设计实例 以智能家居系统为例，介绍基于ARM架构的嵌入式智能控制系统的设计。 智能家居系统通常包括温度控制、照明控制、安防监控等功能。在设计智能家 居系统时，可以选择ARM Cortex-M系列处理器作为控制芯片，该系列处理器具有低功耗、高性能的特点。选择合适的操作系统，如嵌入式Linux或FreeRTOS，以 提供系统的稳定性和可靠性。 在通信方面，可以使用Wi-Fi或蓝牙等无线通信技术，实现系统与智能手机、 平板电脑等设备的连接。通过手机APP或者网页控制界面，用户可以对智能家居 系统进行远程控制。 此外，智能家居系统还需要与各种传感器进行接口连接，如温度传感器、湿度 传感器等。通过读取传感器数据，系统可以根据用户的需求自动调节室内温度、湿度等参数。 总结： 基于ARM架构的嵌入式智能控制系统设计在各个领域中具有广泛应用前景。 通过选择合适的处理器、操作系统和通信技术，设计出稳定可靠、高性能、低功耗的嵌入式智能控制系统。在实际应用中，可以根据不同的需求进行定制化设计，以满足用户的各种需求。随着科技的不断进步，基于ARM架构的嵌入式智能控制系 统将会得到更广泛的应用。
基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现 随着人们对农业生产的要求越来越高，智能温室大棚系统的设计与实现变得越来越重要。本文将介绍基于单片机的智能温室大棚系统的设计与实现。 一、系统的功能需求 智能温室大棚系统在设计之初需要明确系统的功能需求，主要包括以下几个方面： 1. 自动控制温度和湿度，保持适宜的生长环境； 2. 监测土壤湿度，为植物提供适量的水分； 3. 控制灌溉系统，实现自动灌溉； 4. 监测环境光照强度，及时调节遮阳设备； 5. 实现远程监控和控制，方便用户对温室大棚的管理。 二、系统的硬件设计 1. 单片机选择 本系统采用了Arduino单片机作为控制核心，因为Arduino具有体积小、易学易用、扩展性强等特点，非常适合用于嵌入式系统的设计。 2. 传感器 系统需要使用温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照传感器来实时监测环境参数。同时还需要使用电磁阀等执行器来实现自动控制。 3. 通信模块 为了实现远程监控和控制，系统中需要加入Wi-Fi模块或者GSM模块，使得用户可以通过手机或者电脑远程监控和控制温室大棚系统。 三、系统的软件设计 1. 控制算法设计 系统需要根据传感器采集到的数据进行相应的控制，比如根据温度和湿度数据控制通风系统，根据土壤湿度数据控制灌溉系统等。 2. 用户界面设计
系统需要设计一个用户界面，用户可以通过该界面实现远程监控和控制，以及查看环境参数的历史数据。 3. 远程通信协议设计 系统需要设计相应的远程通信协议，使得用户端设备可以与温室大棚系统进行数据通信和指令控制。 四、系统的实现 1. 硬件搭建 根据系统的硬件设计，搭建相应的硬件平台，并连接传感器、执行器和通信模块。 2. 软件开发 根据系统的软件设计，编写控制算法、用户界面和远程通信协议的相应程序，并上传到单片机中。 3. 调试测试 对系统进行调试测试，保证系统的各个功能正常运行。 4. 应用推广 将系统推广应用到实际的温室大棚中，实现农业生产的自动化和智能化。 五、系统的优势 1. 自动化程度高 系统实现了温度、湿度、光照等环境参数的自动监测和控制，大大减轻了人工管理的负担。 2. 实时监控 用户可以随时随地通过手机或者电脑远程监控温室大棚的环境参数和作物生长情况。 3. 节约能源 系统可以根据环境条件自动调节通风、遮阳等设备，节约了能源和人力成本。 六、总结 通过对基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现的介绍，我们可以看到，智能温室大棚系统的设计与实现对于农业生产具有重要的意义。通过科技的手段，我们可以实现农
基于ARM11处理器的蔬菜大棚温湿监控系统设计与实现 【摘要】基于ARM11处理器的蔬菜大棚温湿监控系统是大棚技术的一种创造，该系统通过无限传感器数据系统对蔬菜大棚的温湿数据进行实时地采集，在极大程度实现了蔬菜温湿度的自动调节，本文通过对ARM11处理器的选型以及功能介绍对在蔬菜大棚中的具体实际应用进行了分析，对此技术在蔬菜大棚领域的实现进行了探讨，希望对蔬菜大棚技术的进一步提升提供一些帮助。 【关键词】ARM11处理器蔬菜大棚温湿控制系统应用实现 蔬菜大棚是蔬菜突破时令性限制的主要因素，现今的大棚已并非传统模式下的大棚，而是在高科技手段的基础上建造的现代化大棚，大棚的温湿监控系统已开始采用基于ARM11处理器，这种处理器的实现对蔬菜大棚的温湿控制以及发展起着至关重要的作用。 一、实现ARM11处理器温湿监控系统的必要性 对于蔬菜大棚而言，温湿条件下对于温度、湿度、二氧化碳的浓度以及土壤的含湿量等影响因素的控制一直是蔬 菜大棚难以掌控的关键问题，因此研究智能化的监控系统就成了促进大棚良好发展的决定性因素之一。目前，我国蔬菜
大棚的温湿监控系统较为普遍的采用两种控制系统，即：终端模式、单片机系统。这两种系统虽然比较常用，但是其系统功能比较简单，人机界面处理不友好，专业操纵较强，因此非专业者难以对其进行控制。针对此缺点，基于ARM11 处理器的温湿监控系统就对其进行了良好地补充，这种系统属于嵌入式系统，通过无线传感器来采集大棚中的温湿数据，通过此设计可以有效解决温室大棚的温湿度监控问题。该系统实现了对蔬菜大棚内的温湿度自动控制，并且开发周期较短，系统内核完善，具有友好的图像界面，从而为大棚的操控人员提供了诸多便利，进而提升了蔬菜大棚的生产效益。 二、温湿监控系统的组成 基于ARM11的蔬菜大棚的温湿监控系统的设计目标就 是为蔬菜大棚中的蔬菜创造一个可控且稳定的生长环境。然而温度与湿度是此环境中的关键因素，直接决定着蔬菜的长势，因此，可以利用ARM11处理器对其进行实时的监控， 并通过预先设定的温湿程度与监控的实际温湿度进行对比，之后系统会生成控制蔬菜大棚温湿度的控制参数，并且通过控制蔬菜大棚中的温湿调节设备实现对蔬菜大棚中的温湿 度自动化控制。基于ARM11处理器的温湿监控系统具体由 三个部分组成：ARM处理器、温湿度的监测部分、温湿度控制系统。在此其中，温湿度参数监控系统的主要工作原理是通过在蔬菜大棚中布置的分布式温湿度传感器，对大棚中的
基于ARM的温室种植智能辅助系统 作者：常晟等 来源：《电子技术与软件工程》2015年第24期 摘要本系统基于ARM11平台开发，构建嵌入式开发环境，裁剪移植WINCE操作系统。根据温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分湿度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，自动现场控制或远程控制温室风机、喷淋滴灌、加温补光等设备，为温室作物提供最佳生长环境。同时采用模糊算法，实现对大棚植物的喷洒、滴灌的水量实时和准确控制。 【关键词】温室传感器模糊控制 我国温室种植在近30年中取得了迅猛发展，建造面积（包括大棚）已达120万hm2，居世界首位。随着市场经济的发展促使农村产业结构的不断调整，大棚温室种植面积不断扩大，种植技术也不断提高。但目前我国的温室主要是普通农户自建的简易拱棚，约占60%以上。这种简易大棚主要是手工操作，效率低下，从而制约着种植效益的提高。影响我国智能化温室普及率的因素很多，温室及相关产业的智能化水平低为其中的主要原因。温室种植系统是一个复杂系统，采集与控制温室内的各类参数对温室种植有重大影响。因此一套高效的温室种植智能辅助系统对人民生活水平乃至整个国家的经济发展都有重要作用。本系统基于ARM11为平台，引用了模糊控制算法，实现对大棚内温湿度、二氧化碳浓度及光照强度等数据的采集与处理，通过远程控制能够实时了解和控制温室大棚内环境。 1 控制系统概述 本系统基于ARM11平台开发，构建嵌入式开发环境，裁剪移植WINCE操作系统。根据温室大棚内部的空气温湿度、土壤水分湿度、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像，通过模型分析，自动现场控制或远程控制温室风机、喷淋滴灌、加温补光等设备，为温室作物提供最佳生长环境。同时引用了带有学习功能的模糊控制算法，对温室大棚内植物的喷淋灌溉量进行科学的计算，避免水资源的浪费。 2 ARM11平台通信系统 室内物联网监控系统包括多个模块，并且多个任务同时进行，相互之间共同协作，包括模块之间的通信，任务调度等，同时，在实际应用中需要考虑产品成本要低，并且后期的维护、升级要便于操作等因素。基于ARM11嵌入式系统拥有上述全部功能与优点，是以多任务管理为主要功能的系统平台。 云端：集数据分析和远程控制于一体，实时的接收来自终端信息采集模块的信息，结合内置的算法进行数据分析，得出最优方案，再根据用户设定的状态，选择自动控制还是手动控
基于嵌入式ARM-Linux平台的猪舍智能监测系统设 计的开题报告 一、选题背景和意义 猪舍智能监测系统是一种利用现代智能化技术来对猪舍环境进行 监测和控制，同时可以提高养猪效率，提高养殖场的竞争力。在传统的 养猪方式中，猪舍环境难以控制，且密集饲养很容易导致疾病传播，严 重的后果就是猪的生产效益减低，由此产生的损失非常大。而互联网的 普及，智能手机、平板电脑、智能家居等产品都成为人们生活的重要组 成部分。利用物联网技术，通过嵌入式ARM-Linux平台来开发猪舍智能 监测系统，可以对猪舍的各种环境参数进行实时监测，提高猪舍的生产 效益。 猪舍智能监测系统建立在嵌入式ARM-Linux平台上，具有以下特点：1、实时性：通过传感器来进行环境监测，可以精准地获取环境数据，并且可以及时地进行监控。2、准确性：传感器可以实时监测环境的温度、湿度、CO²、氨气等重要指标，数据可以通过网络传输到智能终端上进行分析。3、信息化：监测数据可以通过接口处理，进行数据存储，数据分析，数据显示、传输、共享等一系列处理，从而达到高效信息化管理。 本设计的实现应用了物联网(IoT)、传感器、云计算、大数据等技术，是未来智能化养殖的一个重要方向，其功能不仅满足了企业对于精 细化管理的需求，也有助于保障猪的健康成长，为社会做出了贡献。 二、主要研究内容与步骤 （一）系统需求分析： 1、对猪舍监测系统的需求进行分析，确定所需监测的参数及采集方式；
2、研究物联网技术，确定猪舍监测系统的网络结构，选择合适的传输协议； 3、研究云计算和大数据技术，确定前端数据处理和后端数据处理方式。 （二）系统设计： 1、根据系统需求，设计系统整体架构； 2、设计传感器模块，实现数据采集和处理功能； 3、设计嵌入式平台模块，实现数据传输和存储功能； 4、设计移动端app，实现数据的可视化处理。 （三）系统实现： 1、编写传感器模块驱动程序，实现实时数据采集上送； 2、编写嵌入式平台模块驱动程序，实现数据传输和存储； 3、编写移动端app，实现数据的可视化处理。 （四）系统测试与优化： 1、对系统进行功能测试； 2、对系统进行性能测试； 3、对系统进行有效性测试； 4、分析测试结果，优化系统。 三、预期达到的研究目标 本课题预期完成基于嵌入式ARM-Linux平台的猪舍智能监测系统设计。通过前端传感器采集数据，进行数据处理和传输，实现后端云计算和大数据技术处理。移动端app实现数据的可视化处理和共享，能够实时、准确地监测猪舍环境，满足养殖场对精细化管理的需求，保障猪只的健康成长。同时，本设计还将研究物联网、云计算、大数据等业界热
基于ARM的农业大棚管理系统 作者：胡志洁沈瑞冰张秀芳 来源：《物联网技术》2017年第09期 摘要：当前较多的农业大棚仍采用传统的人工操作和控制方法，出现较多弊端。管理粗放、技术设施落实不到位、智能化水平低导致单位生产效率低、投入产出比不高、农业产品质量安全水平起伏较大。本设计提出了基于LPC4357的农业大棚管理系统，使用温度、湿度、光敏传感器检测农业大棚的温湿度和光照值，通过ZigBee将数据传送给主控，并将最终数据显示在LCD屏上。当大棚环境中的温度高于设定值时，自动开启大棚通风系统，进行通风换气降温；当土壤湿度低于设定值时，启动大棚内的灌溉系统进行灌溉，当湿度达到设定值时则自动停止，实现智慧农业。 关键词：LPC4357；ZigBee；农业大棚；传感器 中图分类号：TP212；S626.4 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）09-0-02 0 引言 根据我国的国情，农业较工业而言占据较大比重。但我国农业工业化水平较低，传统农业大棚较多。传统的农业大棚存在以下弊端： （1）传统农业大棚基本都采用人工管理，管理程序多且复杂，同时人工管理投入大，容易产生错误，易造成大棚温度过高、过低、过潮、过干等； （2）由人工管理的农业大棚无法实时监测大棚的状态，对大棚进行实时管理； （3）传统大棚燃料消耗较大，导致成本较高，降低了收益。 传统农业大棚生产效率低、成本高、产量低等特点已无法满足工业信息化时代的要求。随着我国人口逐渐增多，人民生活条件也逐渐改善，传统大棚已不能满足现代人的需求，开发智能管理大棚势在必行！ 1 系统方案介绍 系统基于LPC4357，使用温度、湿度、光敏传感器检测农业大棚的温湿度和光照值，通过ZigBee将数据传送给主控，并将最终数据在LCD上显示出来。 本设计系统框图如图1所示。本设计由数据采集模块、ZigBee无线传输模块、主控模块和自动调节模块等组成。数据采集模块将采集到的温湿度和光照信息通过ZigBee协议栈传送给与LPC4357连接的ZigBee节点；ZigBee节点再通过串口将数据发送至LPC4357主控模块；如
基于嵌入式开发技术的温室大棚控制系统设计 摘要：民以食为天，全面建成小康社会世纪目标几近实现，社会矛盾也变化为 人们日益增长的美好生活需求和不平衡不充分的发展之间的矛盾。对于生长在大 西北的人们来说，温室大棚成为了保证冬季绿色蔬菜供给的重要生活保证设施。 但由于现有的温室大棚自动化程度低、设施简陋，很大程度上造成了人力物力和 土地资源的浪费。本文针对这一问题提出了一种基于嵌入式开发技术的温室大棚 控制系统设计方法，有效解决了温度控制自动化、湿度控制自动化和光照强度控 制自动化问题，既提高了生产效率也提升了生产安全。 关键词：嵌入式开发技术；温室大棚；自动控制系统 中图分类号：TP29 文献标识码：A 古语有云“民以食为天”。在全面建成小康社会世纪目标几近实现，社会矛盾 也变化为人们日益增长的美好生活需求和不平衡不充分的发展之间的矛盾的今天，人们早已不为吃饱发愁而是为怎么吃更好、更健康在考虑。随着全国公路、铁路、航运和飞机四位一体交通网络不断完善，全国资源自由调配已不再是空中楼阁那 么遥不可及，在此次疫情期间我国的物资供应就经受住了艰难的考验。但对于蔬 菜和时令水果要实现全国任意调配确实成本太高、代价太大，若非必要确不可行。因此，局部地区实现自我物资供应和保障在社会不断发展进步的今天显得尤为重要。温室大棚就是一个在漫长冬期保障北方地区人民蔬菜瓜果供应的重要设施[1-3]。但由于现有的温室大棚自动化程度低、设施简陋，很大程度上造成了人力物 力和土地资源的浪费。本文针对这一问题提出了一种基于嵌入式开发技术的温室 大棚控制系统设计方法。 1.温室大棚主要控制参数分析 万物生长靠太阳。对于植物而言，影响其生长的主要因素有：光照、温度、水、肥料[4-5]。 光照是作物进行光合作用供给养分的重要因素，直接影响产品的产量和质量。传统的调整光照的方法是人工收放覆盖在大棚顶部的遮阳卷帘，受限于大棚的建 筑结构以往的这项工作在一定程度上有很大的坠落安全隐患。 温度（这里主要指气温），作物在适宜的温度不仅生命活动旺盛，而且生长 发育迅速。温度过高或过低都会影响作物的正常生长，严重的还将会导致作物枯死。传统的温室大棚温度调节方法是，通过人工观察放置在大棚内固定位置的温 度计，温度高了收起部分遮阳卷帘进行通风；温度低了放下遮阳卷帘启动加热装 置（如：热风炉、暖气等）。 水是生命之源，是作物生长的基本保证。但不同的作物对水量的需求不同， 就是同一作物在不同生长阶段对水量的需求也不相同。温室大棚主要是通过加装 喷雾装置调节湿度间接调整水量。但当喷雾装置无法保证水量供给时，依据人工 种植经验手动浇水。 肥料指的是作物生长所需的矿物元素或能被土中微生物分解间接供给作物所 需矿物元素的物质。肥料施加的及不及时是决定作物在各个生长阶段健康生长的 关键。温室大棚种植过程中肥料的施加主要取决于人工种植经验由人工调整。 综上分析可知，在影响作物生长的因素当中有些因素如肥料施加是很难实现 自动控制的，就算实现也需要大量设置土壤矿物含量检测仪，造价投入太大失去 温室大棚种植这一普通性的本质。所以，本文只针对光照、温度和水的供给设计 自动控制系统。
基于STM32和Android系统的智能农业大棚设计 陈韵秋;李峥 【摘要】针对目前传统农业大棚对于棚内环境监控的实时性、远程性等方面的缺陷,设计一款以STM32F103ZET6为主控的控制系统,利用无线互联网的传输及上位机的配合来实现简易智能物联网农业大棚.该系统采用C语言进行编程,使得整个程序阅读起来方便易懂,通过应用基于ARM Cortex M3内核的微控制器STM32及相关传感器对棚内各环境信息进行实时监测,监测数据可在下位机上安装的TFT液晶屏以及手机客户端显示;还可以接受上位机所传输的控制指令、控制风扇和补光灯等设备的工作情况.测试结果表明,该系统能够克服传统农业大棚对环境数据实时检测与远程调控的不足,实现对棚内农作物生长的各环境信息的远程监控,为棚内作物生长提供最适宜的环境. 【期刊名称】《淮北师范大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2019(040)001 【总页数】6页(P43-48) 【关键词】STM32;智能农业;传感器;Android手机APP 【作者】陈韵秋;李峥 【作者单位】淮北师范大学物理与电子信息学院,安徽淮北 235000;淮北师范大学物理与电子信息学院,安徽淮北 235000 【正文语种】中文 【中图分类】TP274.2
0 引言 随着社会的发展、现代科技的不断进步，我国经济飞速发展、农民生活水平显著提升［1］.与此同时，人们对农产品质量及数量的要求也越来越高，对农产品生长环境的要求也日趋严格，而这些要求，传统的那种对棚内各项数据信息进行人工现场采集、各项设施进行手工操作的农业生产模式难以满足［2］.我国农业生产模式需要变革创新，因此方便快捷且经济效益高的智能大棚系统在近年来的农业生产生活中日趋重要［3］.近年来世界上很多发达国家的集约化的温室产业有较高的水平［4］，而我国的棚内环境监控方面存在实时性差、不能远程控制等问题，与发达国家之间略有差距.针对这一问题，本文设计的智能大棚系统将高新的移动互联网 技术以及ZigBee无线传感网络技术引入其中［5-6］.通过上位机对棚内环境进行智能远程监控，克服现有农业大棚系统短距离控制的缺陷，而这也能够为我国智能农业的可持续发展提供一定的参考和经验. 1 系统整体概述 本文关于智能农业的设计是以嵌入式系统为基础的，能够实现对棚内补光灯、遮光板和风扇的控制，以及棚内温湿度、土壤湿度、CO2浓度以及火灾情况的实时监测.同时可通过手机客户端APP来显示上述棚内相关数据信息，并进行相应调控操作.在本次设计中，分别对棚内温湿度、光照强度、土壤湿度、烟雾及CO2浓度等环境数据设置阈值，一旦超过所设的阈值便自动做出相应的报警或浇水等操作［7］. 上述大棚中所有的相关数据信息主要是通过多个STC12单片机来对相应的光照传 感器、温度传感器、土壤湿度传感器、二氧化碳浓度传感器以及烟雾传感器等进行数据采集得到的，并将采集到的数据通过ZigBee无线传感网络传输到STM32上，以此实现对各数据信息的远距离传输.而后ESP8266模块将各数据信息从STM32
基于嵌入式系统的农业温室大棚监控系统方案设计 引言 托普物联网研究发现智能大棚是基于嵌入式系统和无线传感器网络的自动控制系统，整个系统由无线监控节点、传感器、变频器和全GUI的人机控制终端等组成。各种传感器、语音呼叫和控制状态数据由安置在各个大棚里的监控节点来采集，再通过无线局域网传输到控制中心，计算机根据预先设定的数据，通过数据比较结合PID算法来精确控制各个控制终端。用户可以随时调整这些自动控制，以便让大棚始终处于一个最佳生长环境。 1 系统设计方案 系统设计主要分为两个部分，即终端虚拟控制平台系统和大棚基站系统的设计，与传统的仪器相比，基于计算机的虚拟仪器的优势就是它可以方便地进行组网通信，实现连栋大棚的规模化管理，提高系统的灵活性。首先，系统通过大棚基站内的无线传感器节点对棚内的各个环境参数进行采集（如温度、湿度、光强、CO2浓度等），然后经过数据处理，再发送给终端虚拟控制中心，终端再通过数据比较和自适应PID控制算法发出控制指令，大棚基站接到控制指令后，对棚内的外围电气设备进行相应的控制，从而改变棚内的环境参数。如果在设定的时间内没有接到终端的控制指令，大棚基站则会通过与内部设定的环境参数的比较，对相应的电气设备进行控制操作，这种方法的好处是可以避免在终端维修或网络繁忙时出现数据遗失所造成的大棚基站失控。此外，终端和基站、基站和基站之间还可以进行语音呼叫，使终端用户可以随时和各棚内的工作人员进行联系，了解大棚基站的运作状况。其系统结构框图如图1所示。 图一、系统结构框图 2 系统硬件设计
系统监控主要由大棚基站和PC终端机两部分组成，PC机终端是整个系统的数据管理和控制决策中心，根据棚内的具体参数，由终端系统专家发出最合理的参数设置和控制指令。大棚基站通过无线传感器网络节点进行数据采集，并与PC机终端所设定的参数进行比较，从而对外围电气设备进行控制，以改变棚内的环境，使棚内达到一个最佳的生长环境，并把棚内的环境参数、电气设备的状态反馈给PC机终端。 2．1 基站控制系统 大棚基站控制系统以32位嵌入式微处理器为核心，由无线数据采集子系统、外围控制电路子系统、语音子系统等组成，无线数据采集子系统由多个无线传感器网终节点构成，可实时多点地准确采集大棚内的环境参数，并传给对应的基站。当终端控制台把基站设定为自动控制方式时，基站便可对接收到的数据进行处理，并与系统设定的参数进行比较，然后发出控制指令来对外围控制电路子系统进行控制（包括换气扇、灌溉网络、采光子系统等）。当终端控制台设定基站为手动控制时，终端可以通过对基站地址的设定选择指定的基站进行手动控制操作，其原理框图如图2所示。 图二、大棚基站结构原理框图 2．2 无线数据采集系统的设计 网络节点采用32位EasyARM1138为主控制器，无线数据传输采用nRF24L01无线传输模块，nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2．4～2．5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功
基于嵌入式系统的智能农业大棚设计与实现 近年来，随着科技的不断发展，人们对智能化的需求越来越强烈，传统的农业也不例外。智能农业大棚作为新型农业生产方式，受到越来越多人的关注。本文将介绍一种基于嵌入式系统的智能 农业大棚设计与实现方案。 一、智能农业大棚的设计需求 智能农业大棚的设计需求是多方面的，包括气候环境控制、水 肥管理、作物生长监控等方面。下面分别进行介绍。 气候环境控制：为了获取较好的作物生长效果，大棚内的气温、湿度、光照等环境因素需要得到控制。而且不同作物对环境的要 求也不同，因此控制系统需要支持参数可调，适应不同作物的生 长条件。 水肥管理：对于大棚内的作物，水肥管理也是非常重要的。系 统需要能够控制浇水、施肥的量和频率，以达到最佳生长效果。 同时，也需要做好水肥的循环利用和再生利用，以达到资源的节 约效果。 作物生长监控：作物在不同生长阶段有不同的需求，系统需要 能够对作物的生长情况进行实时监控，并根据不同生长阶段的需 求进行相应的控制。此外，还需要测量作物的生长速度、高度、 重量等数据，从而对生长过程进行全面分析和优化。
二、嵌入式系统的智能农业大棚设计 嵌入式系统作为一种新型的计算机系统，具有体积小、功耗低、性能高等优点，因此被广泛应用于物联网等领域。在智能农业大 棚的设计中，嵌入式系统也可以发挥重要作用。 嵌入式系统的智能农业大棚设计方案如下： 硬件设计：根据上述设计需求，选用传感器来检测大棚内的气 候环境和作物生长情况，包括温湿度传感器、光照传感器、土壤 湿度传感器、PH值传感器、生长速度传感器等。同时，需要选用 相应的控制器和执行器，如风扇、加湿器、喷水器等，来实现对 大棚内环境的控制和作物的管理。 软件设计：通过嵌入式软件的开发，将传感器检测到的数据实 时上传到云平台，并根据同步的天气预报信息和作物生长需要进 行实时控制和管理。同时，开发一套可视化的应用程序，支持用 户实时监测大棚内的环境和作物生长，以及对系统进行设置和调控。 三、智能农业大棚的实现效果 经过一段时间的测试，基于嵌入式系统的智能农业大棚设计与 实现方案取得了较好的实现效果。具体包括：
基于ARM9智能农业监测系统设计 系部名称：自动控制工程系 专业班级：自动化二班 学生姓名：汤致国 学号：201206140226 指导教师：徐秀丽
基于ARM9智能农业监测系统设计 摘要 在科技高速发展的今天，传统的农业生产方式已经渐渐跟不上快速发展的经济需求。因此人们利用先进现代化科技创造了温室大棚、作物杂交、无土栽培、太空育种等众多现代化农业种植技术。但这些先进的农业生产方式大多数都是投入成本高，操作技术复杂，对操作人员的素质要求很高，从而难以使普通的农民用户运用上这些先进农业生产技术。 本课题意在设计一款适合普通农民大众使用智能农业监测系统，本智能农业监测系统主要应用于温室大棚农业生产。本系统主要基于嵌入式系统设计，采用ARM920T架构的S3C2440A芯片作为主控芯片，用DHT11(温湿度监测)、MH-410D5(二氧化碳传感器)、MQ-2(烟雾监测传感器)、TSL2561(光照强度传感器)等传感器作为系统的环境监测模块，用RS485串口作为系统远程通信接口，用P35触摸屏作为系统人机交互窗口。本系统的最终实现效果为能够对温室内温湿度、光照强度、CO₂浓度实时监测，且能将监测数据在P35屏上以直观的形式显示出来，当其中的某项指标达到预设值时系统能立马做出信息反馈，调动其他设备及时对温室环境做出调控。 关键词：温室大棚、智能监测、嵌入式、传感器 一．概述 智能农业监测系统是温室大棚内一套对内部作物生长环境能够实时监测，并且实时控制的系统。它是现代化温室大棚农业技术的核心，正是由于温室大棚拥有强大的监测系统，它才能创造出最适宜作物生长的环境，提高作物产量，使农业经济效益得到显著提高。 意义：近年我国在温室环境监测领域上做了很多研究，并且在温室栽培等技术上获得了显著成果。但由于我国在该领域的研究起步时间太晚，缺乏配套的技术与设备，使得我国在环境监测领域能力低，现代化农业生产能力有限。可以具备全年生产能力的大型现代化温室大棚很少。如果依靠国外进口的温室设备，投资又非常巨大，并且温室操作复杂，对工作人员的素质要求也很高，因此我国在温室环境监测领域还有很多地方需要提高。本智能农业监测系统正好迎合了我国现在的广大普通农民用户的需求，它成本低、操作简单、智能化程度高的特点使它具有良好的应用前景和广阔的市场前景。适合在普通农民用户中进行推广，为我国普通农民大众带来良好的经济效益。 背景：从20世纪70年代开始，人们利用模拟式组合仪表，采集现场信息，并且进行指示、记录和控制。到了80年代末，出现了分布式环境监测系统。现在最前沿的温室监测系统为以计算机数据采集控制系统为基础的多因子综合控制系统[1]。21世纪是一个网络时代，很多技术都在向网络的方向发展，农业监测系统也不例外，在实现自动化的基础上实现温室大棚的网络自动化管理，无线互联网控制，在强大的“云服务”控制下创造出完全自动化、无人化的农业生产
摘要 近年来随着科学技术的发展，尤其是计算机应用技术的发展，计算机控制技术和自动化技术也延伸到各生产领域。我们国家正在走现代化农业道路，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。温室农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行监测和控制，这对于农作物的生长发育有非常大的促进作用，可以避免因为外部气候的剧烈变化对农作物造成的伤害，使农作物能够在一个最适合它的温度、湿度和光照的环境中生长发育，从而可以提高产量，增加经济效益。本设计，由ATmega16单片机作为控制的核心器件的单片机模块，外加温度采集模块、湿度采集模块、光照采集模块、加热模块、降温模块、补光模块、报警模块以及显示模块组成。采用DS18B20、DHT11和光敏电阻进行信息采集，将其采集到的数字信号传入ATmega16单片机，并在Nokia5110屏上显示其实时值。单片机通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或加热电路驱动电路，当棚内温度在设定范围内时，单片机不对风扇、棚顶电动窗或加热电路发出动作，实现了对大棚里植物生长温度及土壤和空气湿度的检测、监控，并能对超过正常温度、光强范围的状况进行实时处理，使大棚环境得到了良好的控制。 关键词：温度检测；湿度检测；控制系统；报警系统
Abstract With the development of science and technology, especially the development of computer application technology, computer control technology and automation technology also extends to all areas of production. The design, by the microcontroller ATmega16 microcontroller as the core module control device, plus temperature acquisition module, humidity acquisition module, light acquisition module, heating module, cooling module, fill light module, alarm module and display module. Using a temperature sensor DS18B20 and humidity sensor DHT11, photoresistor information collection, which was collected from the incoming digital signal ATmega16 microcontroller and display screen is actually a time when the Nokia5110. SCM by comparing the input temperature and set temperature to control the fan or electric drive circuit, when the greenhouse temperature within a set range, the microcontroller does not fans, electric windows or heating furnace roof issuing action to achieve a temperature of greenhouses for plant growth and soil and air humidity detection, monitoring, and can perform real-time processing of more than the normal temperature, light intensity range, thus enabling the greenhouse environment has been well controlled. Key words: temperature testing; humidity testing; control system; alarm syste