下载文档原格式
基于Arduino的环境监测系统设计与实时数据展示技术研究一、引言随着物联网技术的不断发展，环境监测系统在各个领域得到了广泛的应用。
基于Arduino的环境监测系统以其简单易用、成本低廉、灵活性高等特点受到了越来越多开发者的青睐。
本文将介绍基于Arduino的环境监测系统设计原理，并探讨实时数据展示技术在其中的应用。
二、环境监测系统设计原理1. 硬件设计基于Arduino的环境监测系统通常包括传感器模块、Arduino主控板和显示模块。
传感器模块用于采集环境参数，比如温度、湿度、光照等；Arduino主控板负责数据处理和控制；显示模块用于展示监测数据。
通过这些硬件组件的配合，可以实现对环境参数的实时监测。
2. 软件设计在软件设计方面，需要编写Arduino程序来实现数据采集、处理和展示功能。
通过编程，可以实现传感器数据的读取、存储和展示，同时还可以设置阈值进行报警处理。
此外，还可以通过串口通信将数据传输到上位机进行进一步处理。
三、实时数据展示技术研究1. LCD显示LCD显示是最常见的数据展示方式之一，可以直观地显示监测数据。
通过Arduino连接LCD显示屏，可以实时显示温度、湿度等环境参数，并且可以根据需要进行界面设计，使用户更加方便地获取信息。
2. Web服务器利用Arduino搭建Web服务器，可以将监测数据通过网络实时展示在网页上。
用户可以通过浏览器随时查看环境参数，并且可以远程控制系统。
这种方式不仅方便用户查看数据，还能够实现远程监控和管理。
3. 数据可视化数据可视化是一种直观展示数据的方式，通过图表、曲线等形式将监测数据呈现出来。
利用库如Highcharts或Plotly，可以在Web页面上动态显示温度变化曲线、湿度柱状图等，使用户更容易理解和分析数据。
四、案例分析以智能农业为例，基于Arduino的环境监测系统被广泛应用于大棚温度湿度监测。
通过部署多个传感器节点采集大棚内部环境参数，并将数据上传至云端服务器，在手机App或Web页面上实时展示大棚内部温湿度情况，农民可以随时了解大棚状态并进行远程控制。
基于Arduino的环境监测系统设计与实现一、引言随着科技的不断发展，人们对环境监测的需求越来越迫切。
环境监测系统可以帮助我们实时了解周围环境的情况，从而采取相应的措施来保护环境和人类健康。
本文将介绍如何利用Arduino开发板设计并实现一个简单的环境监测系统。
二、系统设计1. 硬件设计在本系统中，我们将使用以下硬件组件： - Arduino Uno开发板- DHT11温湿度传感器 - MQ-2烟雾传感器 - 光敏电阻传感器 - 蜂鸣器 - OLED显示屏2. 软件设计我们将使用Arduino IDE进行编程，利用Arduino的Analog和Digital输入输出接口来读取传感器数据，并通过OLED显示屏显示环境数据。
同时，我们还会设置一定的阈值来触发蜂鸣器报警。
三、系统实现1. 传感器连接首先，将DHT11温湿度传感器连接到Arduino的数字引脚，并通过DHT库读取温湿度数据；然后将MQ-2烟雾传感器连接到模拟引脚，并通过模拟读取烟雾浓度数据；最后将光敏电阻传感器连接到模拟引脚，并通过模拟读取光照强度数据。
2. 数据处理与显示在Arduino代码中，我们可以将传感器获取的数据进行处理，并通过OLED显示屏展示出来。
比如，我们可以实时显示当前的温度、湿度、烟雾浓度和光照强度等信息。
3. 环境监测与报警通过设定一定的阈值，当环境数据超过预设值时，可以触发蜂鸣器进行报警提示。
比如，当烟雾浓度超过安全范围时，蜂鸣器会响起以提醒用户注意安全。
四、系统优化与扩展1. 系统优化为了提高系统的稳定性和准确性，可以对传感器进行校准和调试，优化代码逻辑以提高系统响应速度和准确性。
2. 系统扩展除了以上介绍的功能外，还可以根据实际需求扩展系统功能。
比如添加PM2.5传感器、CO2传感器等，实现更全面的环墨监测功能。
五、总结通过本文介绍，我们了解了如何基于Arduino开发板设计并实现一个简单的环。
基于Arduino的智能农业监控系统设计与实现农业是人类社会的基础产业之一，随着科技的不断发展，智能农业逐渐成为农业领域的热门话题。
基于Arduino的智能农业监控系统，结合了物联网、传感技术和数据分析等先进技术，可以帮助农民实现对农田环境的实时监测和精准管理，提高农业生产效率，降低生产成本，保障粮食安全。
本文将介绍基于Arduino的智能农业监控系统的设计原理、硬件组成、软件开发以及实际应用。
一、设计原理基于Arduino的智能农业监控系统主要通过传感器采集土壤湿度、温度、光照强度等环境参数，通过Arduino主控板将采集到的数据上传至云端服务器进行存储和分析，同时可以通过手机App或Web页面实时查看监测数据，并进行远程控制。
系统还可以根据预设的阈值进行自动化控制，比如自动灌溉、通风等操作，从而实现智能化管理。
二、硬件组成基于Arduino的智能农业监控系统的硬件组成主要包括传感器模块、执行模块和通信模块。
传感器模块用于采集环境参数，比如土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器等；执行模块用于执行控制操作，比如水泵、风扇等；通信模块用于与云端服务器进行数据交互，常用的有WiFi模块、GSM模块等。
这些硬件模块通过Arduino主控板进行连接和控制。
三、软件开发在软件开发方面，基于Arduino的智能农业监控系统需要编写Arduino主控板的程序以及云端服务器的后台程序。
Arduino主控板程序主要负责传感器数据的采集和执行模块的控制，可以使用Arduino IDE进行编程开发；云端服务器后台程序则负责接收Arduino上传的数据并进行存储和分析，同时提供Web API供手机App或Web页面调用。
四、实际应用基于Arduino的智能农业监控系统在实际应用中具有广泛的应用前景。
首先，在大田种植中，可以实现对土壤湿度和温度的实时监测，根据不同作物的需水需肥特性进行精准灌溉和施肥，提高作物产量和质量；其次，在温室种植中，可以实现对温度和光照强度的精准控制，提供适宜的生长环境，延长生长周期；此外，在果园管理中，可以通过智能监控系统实现对果树生长情况的监测和管理，提高果园管理效率。
基于Arduino的智能农业监控系统设计与开发农业是人类社会的基础产业，随着科技的不断发展，智能农业逐渐成为农业领域的热门话题。
基于Arduino的智能农业监控系统结合了物联网、传感技术和数据分析等先进技术，可以实现对农田环境的实时监测和精准管理，提高农作物产量和质量，降低生产成本，助力农业现代化发展。
本文将介绍基于Arduino的智能农业监控系统的设计与开发过程。
一、智能农业监控系统概述智能农业监控系统是利用物联网技术、传感器技术和数据处理技术，对农田环境参数进行实时监测和数据采集，通过数据分析和算法模型，为农民提供精准的农田管理方案。
基于Arduino的智能农业监控系统具有成本低、易操作、灵活性高等特点，逐渐受到广泛关注。
二、智能农业监控系统设计1. 系统硬件设计基于Arduino的智能农业监控系统硬件设计主要包括传感器模块、执行模块和通信模块。
传感器模块用于采集土壤湿度、温度、光照等环境参数；执行模块用于控制灌溉系统、施肥系统等；通信模块用于与云平台进行数据交互。
2. 系统软件设计智能农业监控系统的软件设计包括传感器数据采集、数据处理与分析、远程监控等功能。
通过编写相应的Arduino程序，实现传感器数据的实时采集和上传，以及远程监控和控制功能。
三、智能农业监控系统开发1. 传感器数据采集与上传利用Arduino连接各类传感器模块，通过编程实现对土壤湿度、温度、光照等环境参数的实时采集，并通过通信模块将数据上传至云平台。
2. 数据处理与分析在云平台上建立数据库存储传感器上传的数据，并利用数据处理算法对数据进行分析，生成相应的报表和图表，为农民提供科学的决策依据。
3. 远程监控与控制通过手机App或Web页面，农民可以远程实时监测农田环境参数，并对灌溉、施肥等操作进行远程控制，实现智能化管理。
四、智能农业监控系统优势实时监测：可以随时随地监测农田环境参数，及时调整管理策略。
精准管理：通过数据分析和算法模型，为农民提供精准的管理方案。
智能农业监测系统开发（Arduino）智能农业监测系统是一种利用现代信息技术，结合传感器、数据采集、数据传输和数据分析等技术手段，实现对农田环境、作物生长情况等进行实时监测和管理的系统。
在农业生产中，智能农业监测系统可以帮助农民更好地了解农田情况，及时调整种植策略，提高作物产量和质量，减少资源浪费，实现智能化、精准化种植。
Arduino在智能农业监测系统中的应用Arduino是一种开源电子原型平台，由一个简单的硬件和软件组成，适用于快速搭建原型和开发项目。
在智能农业监测系统中，Arduino可以作为主控板，通过连接各种传感器和执行器，实现对农田环境参数的监测和控制。
传感器模块土壤湿度传感器：通过检测土壤湿度情况，帮助农民合理控制灌溉水量，避免过度或不足灌溉。
温湿度传感器：监测空气温湿度，帮助了解作物生长环境，及时调整通风、加热等设备。
光照传感器：检测光照强度，帮助合理安排作物的生长时间和光照条件。
气象站模块：集成多种传感器，如风速、风向、降雨量等，全面监测气象信息。
控制模块水泵控制：根据土壤湿度传感器的反馈数据，控制水泵的开关，实现自动灌溉。
温室通风控制：根据温湿度传感器数据，控制通风设备的开合，保持温室内适宜的生长环境。
LED灯控制：根据光照传感器数据，控制LED灯的亮度和工作时间，辅助作物生长。
系统架构设计智能农业监测系统基于Arduino平台设计，主要包括传感器模块、执行模块、数据采集模块和远程监控模块。
传感器模块传感器模块负责采集土壤湿度、温湿度、光照等环境参数，并将数据传输给主控板进行处理。
执行模块执行模块根据主控板发送的指令，控制水泵、通风设备、LED灯等执行器的工作状态。
数据采集模块数据采集模块负责将传感器采集到的数据进行处理和存储，并通过串口或Wi-Fi等方式上传至云端服务器。
远程监控模块远程监控模块通过手机App或Web页面展示农田环境参数实时数据，并提供远程控制功能，让用户随时随地监测和管理农田。
基于Arduino的智能农业监控系统设计与优化农业是人类社会的基础产业之一，随着科技的不断发展，智能农业逐渐成为农业领域的热门话题。
基于Arduino的智能农业监控系统，通过传感器、执行器等硬件设备与Arduino单片机相结合，实现对农田环境参数的实时监测和控制，为农民提供科学、精准的农业生产管理方案。
本文将深入探讨基于Arduino的智能农业监控系统的设计与优化。
1. 智能农业监控系统概述智能农业监控系统是利用物联网、传感技术等现代信息技术手段，对农田环境参数进行实时监测和数据采集，并通过数据分析、处理和反馈，实现对农田生长环境的精准管理。
基于Arduino的智能农业监控系统具有成本低、易操作、灵活性高等特点，受到广泛关注。
2. Arduino在智能农业监控系统中的应用Arduino作为一种开源电子原型平台，具有丰富的模块和库函数支持，被广泛运用于智能农业领域。
在智能农业监控系统中，Arduino可以通过连接各类传感器（如土壤湿度传感器、温湿度传感器、光照传感器等）和执行器（如水泵、喷灌器等），实现对土壤湿度、温度、光照等环境参数的实时监测和控制。
3. 智能农业监控系统设计3.1 传感器选择与布局在设计智能农业监控系统时，首先需要选择适合的传感器，并合理布局在农田中。
不同作物对环境参数的需求不同，因此需要根据具体作物种类和生长阶段选择相应的传感器，并将其布置在不同位置，以实现全方位监测。
3.2 控制模块设计控制模块是智能农业监控系统的核心部分，主要负责数据采集、处理和控制执行器。
Arduino作为控制模块，通过编程实现对传感器数据的采集和分析，并根据预设的算法和阈值控制执行器进行相应操作，如灌溉、施肥等。
3.3 数据传输与云平台为了实现远程监控和数据管理，智能农业监控系统通常会将采集到的数据通过WiFi模块或LoRa模块上传至云平台。
借助云平台提供的数据存储、分析和可视化工具，农民可以随时随地通过手机或电脑查看农田环境参数，并及时调整管理策略。
基于Arduino的智能农业监测系统设计与优化农业是人类社会的基础产业，而随着科技的不断发展，智能农业作为一种新型的农业生产方式逐渐受到人们的关注。
基于Arduino的智能农业监测系统，通过传感器、执行器等硬件设备和程序控制实现对农田环境参数的实时监测和控制，为农民提供科学、精准的农业生产管理方案。
本文将从设计原理、硬件搭建、软件编程以及系统优化等方面进行详细介绍。
设计原理基于Arduino的智能农业监测系统主要包括传感器模块、执行器模块、数据采集模块、数据处理模块和用户界面模块。
传感器模块用于采集土壤湿度、温度、光照强度等环境参数；执行器模块用于控制灌溉系统、通风系统等设备；数据采集模块负责将传感器采集到的数据传输给Arduino控制板；数据处理模块对采集到的数据进行处理分析，并根据预设条件进行相应的控制；用户界面模块则提供给用户友好的操作界面，方便用户实时监测和远程控制。
硬件搭建在硬件搭建方面，首先需要准备Arduino控制板、各类传感器（如土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器等）、执行器（如水泵、风扇等）、继电器模块、LCD显示屏等硬件设备。
将这些硬件设备按照设计要求连接到Arduino控制板上，并通过相应的引脚进行连接。
在搭建过程中需要注意硬件连接的稳固性和正确性，确保各个模块之间能够正常通信和工作。
软件编程软件编程是整个智能农业监测系统的核心部分，通过编写程序实现数据采集、数据处理和控制执行器等功能。
在Arduino平台上可以使用Arduino IDE进行编程，结合各类传感器和执行器的库函数，编写相应的程序代码。
程序代码需要实现对传感器数据的读取和处理，根据预设条件进行相应的控制操作，并通过串口或者网络等方式与用户界面模块进行通信。
系统优化为了提高智能农业监测系统的性能和稳定性，需要对系统进行优化。
首先是对硬件设备进行优化，选择性能更好、功耗更低的传感器和执行器；其次是对软件程序进行优化，简化程序逻辑、提高代码效率；同时还可以考虑引入机器学习算法对数据进行分析和预测，进一步提高系统的智能化水平。
电气与信息工程河南科技Henan Science and Technology总第874期第3期2024年2月收稿日期：2023-07-10作者简介：江美枝（1995—），女，本科，专任教师，研究方向：电子信息、人工智能。
基于Arduino 的智慧农业大棚环境监控系统设计江美枝（武昌职业学院，湖北 武汉 430200）摘 要：【目的】为了提高农作物产量、生产效益及生产效率，同时实现大棚农业的自动化、智能化管理，以Arduino 控制主板为核心，设计出智慧农业大棚环境监控系统。
【方法】该系统通过温度传感器、光照检测传感器、土壤湿度传感器来采集大棚内的相关数据，并将采集到的数据上传到Ar⁃duino 主芯片，通过对数据进行对比，实现自动化控制，调整大棚内的各项环境参数，使农作物达到生长最佳状态。
【结果】当检测到温度不佳时，自动开启温度控制系统，进行散热或加热，调整大棚内温度，使大棚内的温度达到理想状态；当检测到光线不利于农作物生长时，自动开启光电控制系统来调整光照强度；当检测到土壤湿度不利于植物生长时，自动启动灌溉系统，直到土壤湿度达标才自动停止灌溉。
【结论】经过试验测试，该系统对检测到的数据能快速处理，且控制模块的灵敏度高。
智慧农业大棚可实现自动化、智能化管理，更符合现代农业大棚种植需求。
关键词：Arduino ；传感器；自动控制中图分类号：TP212；TP277 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）03-0014-04DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.03.003Design of Intelligent Agricultural Greenhouse Environment Detection System Based on ArduinoJIANG Meizhi(Wuchang Polytechnic College, Wuhan 430200,China)Abstract:[Purposes ] In order to improve the production yield, benefit, and efficiency of crops, and toachieve automated and intelligent management of greenhouse agriculture, an intelligent agriculturalgreenhouse environment detection system is designed with Arduino control motherboard as the core. [Methods ] The system detects relevant data in the greenhouse environment through temperature sensors, light detection sensors, and soil humidity sensors, and sends the detected data to the Arduino main chip. By means of data comparison, automatic control is made to ensure that all environmental parameters in the greenhouse reach the optimal state of crop growth. [Findings ] When poor temperature is detected, the temperature control system is automatically turned on to dissipate heat or heat, and the temperature inside the greenhouse is adjusted to reach the ideal state; when detecting that light is not conducive to crop growth, the system automatically turns on the photoelectric control system to adjust the light inten⁃sity; when it is detected that soil moisture is not conducive to plant growth, the irrigation system will auto⁃matically start until the soil moisture meets the standard, and irrigation can be automatically stopped. [Conclusions ] After experimental testing, the data detected in the system can be processed quickly, and the control module has high sensitivity. The intelligent greenhouse environment can achieve automated and intel⁃ligent management, which is more in line with the needs of modern agricultural greenhouse planting.Keywords: Arduino; sensor; automatic control0 引言随着科技进步和社会发展，我国大棚农业发展迅速。
基于Arduino的智能农业监控系统设计农业是人类社会的基础产业，随着科技的不断发展，智能农业逐渐成为农业现代化的重要方向。
基于Arduino的智能农业监控系统设计，结合了物联网、传感技术和数据分析等多种技术手段，可以实现对农田环境、作物生长情况等多方面信息的实时监测和精准管理，提高农业生产效率、降低成本、保障粮食安全。
本文将介绍基于Arduino 的智能农业监控系统设计的原理、关键技术和实施步骤。
一、智能农业监控系统设计原理智能农业监控系统主要由传感器、执行器、数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块和用户界面等组成。
传感器用于采集土壤湿度、温度、光照强度等环境参数以及作物生长情况；执行器用于控制灌溉系统、通风系统等设备；数据采集模块负责将传感器采集到的数据进行采集和处理；数据传输模块将处理后的数据传输到云端或用户终端；数据处理模块对数据进行分析处理，生成报表或预警信息；用户界面提供给用户进行远程监控和操作。
二、基于Arduino的智能农业监控系统设计关键技术传感技术：选择适合农业环境的土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器等，确保数据准确性和稳定性。
执行器控制：利用Arduino控制执行器，实现对灌溉系统、通风系统等设备的远程控制。
无线通信技术：采用Wi-Fi、蓝牙或LoRa等无线通信技术，实现数据的远程传输。
数据处理与分析：利用Arduino进行数据处理与分析，结合机器学习算法实现对作物生长情况的预测和优化管理。
用户界面设计：设计友好直观的用户界面，支持远程监控和操作，提高用户体验。
三、基于Arduino的智能农业监控系统设计实施步骤传感器连接：将土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器等连接到Arduino板上，并编写相应的程序进行数据采集。
执行器控制：连接执行器到Arduino板上，编写控制程序实现对执行器的远程控制。
无线通信设置：配置Wi-Fi模块或其他无线通信模块，实现与云端或用户终端的数据传输。
开源硬件A r d u i n o与乐联网的农业环境实时监测系统*汪传生1,2,方德光1,2,张金秀1,2,李绍明1,2,边慧光1,2,贾喜梅1,2(1.青岛科技大学机电工程学院,青岛266061;2.山东省高分子材料先进制造技术重点实验室)*基金项目:中国博士后科学基金第62批面上资助(2017M 622154)㊂摘要:针对传统农业环境参数监测系统投资大㊁实时性差㊁系统复杂㊁对管理人员技术水平要求高等缺点,提出了一种基于A r d u i n o U N O ㊁E S P 01S 和乐联网的实时监测温室环境参数的方案㊂本文重点描述了监测系统硬件结构设计,详细介绍了E S P 01S 的数据透传功能及其在物联网方面的应用,同时对监测系统客户端进行了介绍㊂经验证,本系统数据采集精度能够满足农业生产的需求,实现了农业环境参数的实时㊁异地监测,以及植物生长周期的环境参数追溯,系统具有硬件搭建成本低㊁可靠稳定㊁使用灵活等优点㊂关键词:A r d u i n o ;环境参数;实时监测;乐联网;E S P 01S ;透传中图分类号:T P 277 文献标识码:AA g r i c u l t u r a l E n v i r o n m e n t R e a l -t i m e M o n i t o r i n g S ys t e m B a s e d o n A r d u i n o a n d L e w e i 50W a n g C h u a n s h e n g 1,2,F a n g D e g u a n g 1,2,Z h a n g J i n x i u 1,2,L i S h a o m i n g 1,2,B i a n H u i g u a n g 1,2,J i a X i m e i 1,2(1.C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,Q i n g d a o 266061,C h i n a ;2.S h a n d o n g P r o v i n c i a l K e y L a b o r a t o r y o f P o l y m e r M a t e r i a l A d v a n c e d M a n u f a c t o r i n g s T e c h n o l o g y)A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s o f t h e t r a d i t i o n a l a g r i c u l t u r a l e n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r s m o n i t o r i n g s y s t e m s u c h a s l a r ge i n v e s t m e n t ,p o o r r e a l -t i m e p e rf o r m a n c e a n d h igh r e q ui r e m e n t s f o r t h e o p e r a t o r s 't e c h n o l o gi c a l l e v e l ,a n e w s c h e m e b a s e d o n A r d u i n o U N O ,E S P -01S a n d L e w e i 50i s p r o p o s e d .T h e d e s i g n o f t h e h a r d w a r e s t r u c t u r e o f t h e m o n i t o r i n g s y s t e m.T h e d a t a t r a n s p a r e n t t r a n s m i s s i o n t h r o u gh E S P -01S a n d i t s a p p l i c a t i o n i n t h e i n t e r n e t o f t h i n g s a r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l .T h e c l i e n t o f t h e m o n i t o r i n g s ys t e m i s i n t r o d u c e d a l s o .I t i s v e r i f i e d t h a t t h e d a t a a c q u i s i t i o n a c c u r a c y o f t h e s y s t e m c a n m e e t t h e n e e d s o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n ,a n d t h e s y s t e m a c h i e v e s r e a l -t i m e a n d o f f -s i t e m o n i t o r i n g o f a g r i c u l t u r a l e n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r s ,a s w e l l a s e n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r s t r a c e a b i l i t y o f p l a n t g r o w t h c yc l e .T h e s y s t e m h a s t h e ad v a n t a ge s of l o w c o s t o f b u i l d i ng ha r d w a r e ,r e l i ab l e ,s t a b l e a n d f l e x i b l e u s e .K e y wo r d s :A r d u i n o ;e n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r s ;r e a l -t i m e m o n i t o r i n g ;L e w e i 50;E S P -01S ;t r a n s p a r e n t t r a n s m i s s i o n 引 言农业生产环境复杂多变,传统农业生产过程对各项参数全凭经验进行模糊处理,农作物的生长环境参数无法实时监测及追溯,不利于精准农业的推进㊂尽管在实际监测工作中已有很多环境参数监测系统,但此类系统大多需要在各监测节点之间组网,将数据汇总至本地服务器后上传广域网,需开发配套的上位机软件系统复杂,可拓展性差,不利于远程实时监测㊂同时,系统线路铺设复杂,在湿度高㊁光照强的环境中使用极易使线路老化,缩短使用寿命[1-3]㊂为解决上述问题,本文提出基于A r d u i n o ㊁E S P01S 和乐联网的环境参数实时监测设计方案,本方案将各监测节点采集的环境参数通过数据透传直接上传乐联网,结构简单,扩展性好㊂系统现已完成可靠性试验,即将投入农业环境参数的监测中使用㊂1 环境监测系统总体设计环境参数监测系统按功能分为三部分:数据采集㊁数据记录及云端上传㊁数据实时监测与导出,系统总体结构如图1所示㊂①数据采集㊂此部分包含温湿度传感器㊁光照强度传感器及时钟模块,是系统的参数感知层,A r d u i n o 读取传感器传回的电信号并将其转换为环境参数㊂②数据记录及实时上传㊂此部分实现了数据存储㊁转发,是本系统的核心㊂系统根据时钟模块提供的时钟,每两分钟上传一次数据至乐联网服务器,每30m i n 系统存储一次数据至M i c r o S D 卡㊂③数据实时监测与报警㊂管理员可通过观察监测系统的L C D 或通过手机等互联网设备获取实时数据㊂乐联图1 系统总体结构网提供了参数超差提醒功能,用户可以对特别关注的参数定义报警区间,一旦检测到该参数超差,乐联网会自动发送短信或微信消息通知用户㊂2 系统硬件设计2.1 主要元件及电路搭建①A r d u i n o U N O R 3㊂②E S P 01S W i F i 模块㊂③D H T 22温湿度传感器㊂④G Y 30光照强度传感器㊂⑤L C D 5110㊂⑥D S 3231时钟模块㊂⑦M i c r o S D 卡模块㊂⑧AM S 11173.3V 降压模块㊂硬件电路连接图如图2所示㊂图2 系统硬件构成及连接2.2 A r d u i n o U N O R 3本系统的控制器选用A r d u i n o U N O R 3㊂A r d u i n o 是一种开源硬件,用户可从开源网站上获取丰富的第三方库和示例程序,实现快速开发㊂A r d u i n o U N O 的微控制器核心是A T m e g a 328,该处理器核心有14个数字输入/输出端口,其中6个可作为P WM 输出,6个模拟输入端口[4]㊂A r d u i n o 支持标准串口通信㊁S P I 通信以及I 2C 通信,这使A r d u i n o 传感器的选择范围大大增加㊂2.3 E S P 01SE S P 01S 是一款低功耗U A R T W iF i 模组,用户可通过A T 指令将设备接入互联网㊂该模块使用E S P 8266微型M C U 作为核心芯片,模块集成有板载天线,支持I E E E 802.11b /g/n 协议,完整的T C P /I P 协议栈㊂A r d u i -n o 通过串口与E S P 01S 通信,波特率为115200,能高效地将数据发送至互联网㊂由于E S P 01S 的工作电压为3.3V ,本系统使用AM S 11173.3V 将A r d u i n o 输出的5V 电源降压后为模块供电㊂E S P 01S 接入A r d u i n o前,使用串口调试工具对其进行工作模式配置:①将E S P 01S 预设为S o f t A P+S t a t i o n 模式,并将此配置保存到F l a s h ㊂管理员如需变更W i F i 名称密码,只需用手机接入E S P 01S 发射的W i F i 热点进行配置,无需再次编程烧录,配网界面如图3所示㊂图3 网络配置界面②将E S P 01S 与乐联建立T C P 透传㊂透传即透明传送,整个传输过程中不对数据进行二次加工,即不加密㊁不分组㊁不编码等,信息原封不动地到达数据接收端㊂E S P 8266芯片提供了保存透传到F l a s h 指令,将透传模式及建立的T C P 连接保存在F l a s h 区域,重新上电时自动建立与乐联网的T C P 透传连接㊂2.4 L C D 5110本系统选用L C D 5110作为参数实时显示单元,其芯片核心为P h i l i ps P C D 8544㊂P C D 8544是低功耗C MO S L C D 控制驱动器,芯片上集成所有的显示功能,通过S P I总线与A r d u i n o 通信,传输速度快㊂L C D 5110内置背光,拥有52ˑ52像素分辨率,可显示6行西文字符,单屏即可显示所有信息[5-6]㊂该屏幕驱动电压位宽,耗电量低,价格低廉,适合作为本系统的显示器㊂2.5D H T22温湿度传感器D H T22温湿度传感器集成了一个N T C测温元件和一个电容式感湿元件,与8位单片机连接,该传感器具有响应速度快㊁性价比高㊁抗干扰能力强等优点㊂传感器采集数据过程中调用内部储存的校准系数进行校正,测量精度高㊂传感器采用单总线输出,与A r d u i n o连接简单㊁传输距离远㊂2.6G Y30光照度传感器G Y30数字光强传感器通过I2C总线接入A r d u i n o㊂I2C总线是一种多主机总线,可以灵活拓展传感器数量,如需增加传感器,将从端设备时钟线㊁数据线连接在一起,通过访问不同的地址即可读取目标传感器[7]㊂G Y30拥有接近视觉的光谱灵敏度特性,测量范围为1~65535l x,受红外线影响小㊂G Y30提供了三种测量模式,分别为高分辨率模式1㊁高分辨率模式2和低分辨率模式㊂本系统采用高分辨率模式2,此模式下采集的数据可抑制部分噪声,数据采集精度高㊂2.7M i c r o S D卡读写模块该模块与A r d u i n o通信方式为S P I总线通信,M I S O㊁MO S I㊁S C K为S P I总线㊂通过文件系统及S P I接口驱动程序,A r d u i n o即可完成对M i c r o S D卡的文件的读写㊂该模块内置电平转换电路,接口电平支持5V和3.3V㊂A r-d u i n o I D E提供了S D卡读写库,用户可方便的在S D卡上创建㊁读取㊁更新㊁删除文件㊂本系统设定的数据存储间隔为30m i n,存储格式为逗号分隔符格式(C o mm a S e p a r a-t e d V a l u e s,C S V),用此格式存储数据,可直接用E X C E L 打开㊂2.8D S3231时钟单元D S3231是高精度的I2C总线实时时钟,工作温度宽,内部集成的温补晶振和晶体使得D S3231的计时精度高达ʃ2分钟/年㊂此模块内置的电池可以使时钟在断电情况下仍保持运行,是系统理想的时钟单元㊂3系统软件设计3.1程序流程系统上电后首先初始化各传感器㊁时钟㊁各总线及串口㊂同时E S P01S自动与乐联平台建立透传连接,W i F i 接入点信息及透传建立命令存储于E S P01S F l a s h中,无需A r d u i n o再对其发送指令控制,节省了A r d u i n o的内存开销,提高了程序循环效率㊂程序采用轮询方式判断是否需要上传数据及记录数据到M i c r o S D卡㊂程序流程图如图4所示㊂图4程序流程图3.2A r d u i n o关键程序本系统有两个关键子程序:①向服务器发送数据㊂我们定义一个函数P o s t D a t a()完成数据推送㊂其中,全局变量t e m p㊁h u m i㊁l i g h t分别存储当前温度㊁湿度及光照强度数值㊂在数据包透传过程中,要使用大量字符串,但A r d u i n o U N O只有2K B主存储器(S R A M)空间,字符串使用过多导致系统动态内存不足,运行不稳定,本程序对字符串存储进行了优化,将字符串存储于F l a s h中,程序执行时自动从F l a s h中调用字符串,大大节省了内存空间[8]㊂源程序如下所示:v o i d P o s t D a t a(){S e r i a l.p r i n t(F("{\"m e t h o d\":\"u p d a t e\",\"g a t e w a y N o\": \"01\",\"u s e r k e y\":\"a f5c50f620\"}&^!\n"));S e r i a l.p r i n t(F("{\"m e t h o d\":\"u p l o a d\",\"d a t a\":[{\" N a m e\":\"T E M P\",\"V a l u e\":\""));S e r i a l.p r i n t(t e m p);S e r i a l.p r i n t(F("\"},{\"N a m e\":\"HUM I\",\"V a l u e\": \""));S e r i a l.p r i n t(h u m i);S e r i a l.p r i n t(F("\"},{\"N a m e\":\"L I G H T\",\"V a l u e\": \""));S e r i a l.p r i n t(l i g h t);S e r i a l.p r i n t(F("\"}]}&^!\r\n"));}②向M i c r o S D卡中存储当前各参数及时间㊂我们编写了函数d a t a L o g()来完成数据存储,每天新建一个文件存储当天数据,以日期作为文件名㊂程序首先改变标志位r e c o r d F l a g,避免了同一分钟内数据记录多次,随后使用逗号分隔符格式向文件写入表头,最后写入各项参数㊂源程序如下:v o i d d a t a L o g(){r e c o r d F l a g=t m.m i n u t e();p i n M o d e(C S_P I N,O U T P U T);S t r i n g l o g F i l e N a m e;l o g F i l e N a m e=S t r i n g(t m.m o n t h())+""+S t r i n g(t m.d a y())+".c s v";S D.b e g i n(C S_P I N);//向新创建的文件写入表头i f(S D.e x i s t s(l o g F i l e N a m e)==0){F i l e d a t a F i l e=S D.o p e n(l o g F i l e N a m e,F I L E_W R I T E);d a t a F i l e.p r i n t("D A T E");d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t("T i m e");d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t("H u m i d i t y");d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t("Te m p e r a t u r e");d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t l n("I l l u m i n a n c e");d a t a F i l e.c l o s e();}F i l e d a t a F i l e=S D.o p e n(l o g F i l e N a m e,F I L E_W R I T E);d a t a F i l e.p r i n t(s D a t e);d a t a F i l e.p r i n t(F(","));s T i m e=S t r i n g(t m.h o u r())+":"+S t r i n g(t m.m i n u t e());d a t a F i l e.p r i n t(s T i m e);d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t(h u m i);d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t(te m p);d a t a F i l e.p r i n t(F(","));d a t a F i l e.p r i n t l n(l i g h t);d a t a F i l e.c l o s e();}4测试结果分析数据实时监测:经测试,环境参数上传稳定,无丢包㊂使用电脑或微信访问乐联网即可查看各参数实时数据㊁历史走势㊁数据分布等,图5给出乐联平台微信端实时数据查询界面㊂历史数据导出:管理员可登陆乐联平台进入下载历史数据导出界面,选择时间段导出数据,也可使用读卡器读取本地的M i c r o S D卡导出历史数据㊂本系统存储的数据可直接在E x c e l中操作,管理员可利用E x c e l高效地对采集的环境参数进行统计学分析,如图6所示㊂数据采集精度:本系统测得的环境参数值与温湿度计㊁光照度计测试结果非常近似,达到了预期要求,精度完全满足农业监测需求㊂图5实时数据查询图6导出数据并分析结语本系统以A r d u i n o㊁E S P01S和乐联网作为开发平台,设计了农业环境参数实时监测系统㊂系统将传感器采集的数据直接上传乐联网,无需搭建本地服务器,大大节省硬件及开发成本,缩短了开发周期㊂系统具有一定的拓展性,如需增加监测节点,只需在乐联网后台添加新设备即可㊂借助A r d u i n o丰富的接口及通信协议,可轻松增加传感器的数目及种类㊂系统通信选用W i F i传输,不受物理网线的约束㊂综上,本系统给出一种价格低廉㊁方便实用的环境参数监测方案,可在生产中推广应用㊂图7车间环境下A G V性能测试结果效果㊂经过理论仿真和车间测试证明,该A G V控制系统具备非常高的稳定性㊁运行精度以及鲁棒性,能满足不同场合的应用需求㊂参考文献[1]赵赦.新型机器人冲压自动化生产线[J].世界制造技术与装备市场,2016(1):9193.[2]韩以伦,李明波,郭唤唤,等.智能A G V运输车控制系统设计[J].智慧工厂,2017(9):6971.[3]耿牛牛.单舵轮A G V路径跟踪方法的研究[J].制造业自动化,2011,33(7):8182.[4]李占贤,冯永利.单舵轮A G V路径跟踪控制器设计[J].控制工程,2014(s1):7072.[5]暴海宁,宋科,黎原,等.激光导引A G V车载控制系统结构及其实现[J].起重运输机械,2016(5):7174. [6]徐曙.基于S L AM的移动机器人导航系统研究[D].上海:华中科技大学,2014.[7]王依人,邓国庆,刘勇,等.基于激光雷达传感器的R B P F S L AM系统优化设计[J].传感器与微系统,2017(9): 7780.[8]王常顺,肖海荣.基于自抗扰控制的水面无人艇路径跟踪控制器[J].山东大学学报:工学版,2016,46(4):5459.张煌(工程师),主要研究方向为压力机电气自动化㊂(责任编辑:杨迪娜收稿日期:2018-02-02)参考文献[1]李岩.基于A r d u i n o与L a b V I E W的农作物生长环境检测系统的设计与实现[D].滁州:安徽科技学院,2017.[2]毛敏,马艳.基于A r d u i n o和L a b v i e w的蔬菜大棚温湿度监测系统[J].中国仪器仪表,2017(9):6568.[3]朱晓雷.基于单片机的温室环境数据监测系统的设计[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2015.[4]张亮.轻松玩转A r d u i n o[M].北京:电子工业出版社,2016.[5]蒙克.A r d u i n o编程指南:75个智能硬件程序设计技巧[M].张家进,译.北京:人民邮电出版社,2016.[6]宋楠,韩广义.A r d u i n o开发从零开始学 学电子的都玩这个[M].北京:清华大学出版社,2014.[7]马格里斯.A r d u i n o权威指南[M].2版.杨云坤,译.北京:人民邮电出版社,2015.[8]赵英杰.完美图解A r d u i n o互动设计入门[M].北京:科学出版社,2014.汪传生(教授),主要从事机械制造及其自动化研究工作㊂(责任编辑:杨迪娜收稿日期:2018-01-10)意法半导S T M32软件包让物联网产品具有A l e x a技术意法半导体的X C U B E A V S软件包让亚马逊的A l e x a语音服务(A V S)能够运行在S T M32微控制器上,使具有云智能功能(自动语音识别和自然语言理解)的高级会话用户界面出现在简单的物联网设备上,例如智能家电㊁家庭自动化设备和办公设备㊂作为S T M32C u b e软件平台的扩展包,X C U B E A V S包含直接可用的固件库和开放例行程序,这有助于将A V S S D K快速移植到微控制器上㊂此外,该软件包还集成应用代码示例,开发人员无需开发嵌入式设备运行A V S所需的复杂软件层㊂A V S开发工具通常是为能耗和价格较高的微处理器设计,而X C U B E A V S是同类首个微控制器专用软件包,让更多的开发人员和项目可以使用A l e x a技术㊂该软件处理物联网设备与A V S服务器的底层通信连接,提供专用服务,并封装A V S协议,以简化应用程序的实现方法㊂连接管理功能包括一个永久令牌机制,能够直接恢复断开的连接,而无需重复用户验证过程㊂软件包还提供耐久性测试软件工具,能够模拟网络断开等事件,以简化用户应用程序的稳健性测试和验证㊂。
