1、本科毕业论文（20 届）智慧大棚-物联网应用的设计与实现所在学院专业班级 计算机科学与技术学生姓名指导教师完成日期摘 要物联网的概念是在 1999年提出的，物联网的英文名： Internet of Things（IOT） ，也称为 Web of Things。被视为互联网的应用扩展，应用创新是物联网的发展的核心，以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。物联网博欣将物联网定义为通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外线感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各
2、种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构 技术架构图示成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS 等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应
3、用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。物联拥有业界最完整的专业物联产品系列，覆盖从传感器、控制器到云计算的各种应用。产品服务智能家居、交通物流、环境保护、公共安全、智能消防、工业监测、个人健康等各种领域。构建了“质量好、技术优、专业性强，成本低，满足客户需求”的综合优势，持续为客户提供有竞争力的产品和服务。物联网产业是当今世界经济和科技发展的战略制高点之一，据了
4、解，全国物联网产业规模预计 2015年将超过 5000亿元。关键字：物联网，传感器，RFID，无线通信，绿色农业AbstractThe concept of things is put forward in 1999, the Internet of things English Name: Internet of Things (IOT), also known as Web of Things. Regarded as the extension of Internet application, application of innovation is the core of the de
5、velopment of the Internet of things, to the user experience as the core of innovation is the soul of the development of the Internet of things. The Internet of things will be defined as the company of Internet of things through various information sensing equipment, such as sensors, radio frequency
6、identification(RFID) technology, global positioning system, infrared sensors, laser scanner,gas sensors and other equipment and technology, real-time acquisition of any monitoring, even the object or process connection, interaction, collecting their sound, light, heat electrical, mechanical, chemica
7、l, biological, location and other information, all kinds of needs, combined with a huge network formation and the internet. The aim is to achieve the objects and objects, objects and people, all the goods and network connection, easy to identify, manage and control.From the technical architecture po
8、int of view, the Internet of things can be divided into three layers: the perception layer, network layer and application layer. The perceptual layer composed of various sensors and sensor gateway configuration technology architecture diagrams, including carbon dioxide concentration sensor, temperat
9、ure sensor, humidity sensor, a two-dimension code tag, RFID tag and reader, camera, GPS sensing terminal. The perceptual layer is equivalent to the role of human eye and skin nerve endings, it is a source of information gathering network, object recognition, and its main function is to identify obje
10、cts, information collection. The network layer is composed of various private network, Internet, cable and wireless communication networks, network management systems and cloud computing platform, the nerve center and equivalent to the human brain, is responsible for the transmission and processing
11、of information perception layer. The application layer is the network and the user (including people, organizations and other system) interface, it combines with the industry needs, realize the intelligent application of the Internet of things. The industry characteristics of the Internet of things
12、is mainly embodied in the application areas, try green agriculture, industrial monitoring, public security, city management, remote medical treatment, intelligent Home Furnishing, intelligent traffic and environmental monitoring and other industries are applications of the Internet of things, some i
13、ndustries have accumulated some successful cases.Complex has the industrys most complete professional complex series of products, covering a variety of applications from the sensor, the controller to cloud computing. Products and services of intelligent Home Furnishing,transportation, environmental
14、protection, public security, intelligent fire,industrial monitoring, personal health and other fields. Construction of the “good quality, technical quality, professional and strong, low cost, the comprehensive advantages to meet customer demand“, continue to provide competitive products and services
15、 to customers. The Internet of things industry is one of the strategic high ground, the world economy and the development of science and technology it is understood, the IOT industry scale is expected in 2015 will be more than 500000000000 yuan.Keywords: network, sensor, RFID, wireless communication
16、,green agriculture目 录1. 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 立题的目的和意义 .11.3 植被栽培技术 .21.4 本系统主要研究内容 .22.系统总体分析 .42.1 总体方案：智慧大棚工作原理 .42.2 WIFI模块 .42.3 单片机传感器数据传输详解 .72.4 智慧大棚功能详述 .83. 智慧大棚规格 .103.1 STC12C5A60S2 8051单片机 .103.2 BH1750FVI光强度传感器 .103.3 DHT11空气温湿度传感器 .113.4 YL-69土壤湿度传感器 .123.5 L298N电机驱动 .124.系统主要技术特色 .144.
17、1 运用 WIFI模块 .144.2 连接了微信客户端 .144.3 使用了 Bootstramp 和 Highcharts .145. 结束语 .15参考文献 .16致谢 .1711. 绪论1.1 课题背景目前我国温室大棚生产的特点是把个体生产和规模化生产相结合，在单个温室大棚生产实现智能自动化的基础上，实现连栋温室大棚的规模化生产，既能满足个体农民生产的需要，又便于企业规模生产。如果仅靠人工控制既耗人力，又容易发生差错。为此，在现代化的大棚管理中需要有一套完整的大棚自动控制系统，以控制大棚各项参数，适应生产需要。物联网技术的出现为满足这种需求提供了一种可能。 物联网已成为 2010年后最热
18、门的话题之一，被认为是继计算机、互联网之后的第三次信息时代大革命。物联网在政府、企业和群众的热情期盼中，终于敲定于 2011年开始招收新生。物联网作为一门专业课程正式进入高校培训人才的教学课程里面，不但是国家和政府大力发展物联网产业的巨大体现，也是国家在人才培养模式上作出及时反映的重大举措。由于专业的发展，高校对物联网实验设备的需求也日趋高涨，2010 年 7月 20日，教育部向社会公布了 2012年全国各高校 140个本科新专业详细名单，其中“物联网工程”专业占据 30个高居榜首。随着物联网产业化的慢慢实施，高校对物联网实验设备的需求也在提高，另外嵌入式的高速发展，也将继续推动物联网产业的发
19、展，把物联网技术置入嵌入式中，是今后发展的一个重点。物联网作为新兴产业之一， 已经成为各国的发展战略。包括 Google在内的互联网厂商、IBM、思科在内的设备制造商和方案解决商以及 AT&T、Verizon、中国移动、中国电信等在内的电信运营企业纷纷加速了物联网的战略布局，以期在未来的物联网领域取得先发优势。但是，由于核心技术还不成熟，标准体系尚待建立等问题，物联网的发展仍处于研究阶段，而物联网的应用也更多的是处于初级阶段。物联网产业的发展仍需要国家政策的大力支持和各运营商以及整个产业界的共同努力。1.2 立题的目的和意义物联网是指物体通过装入射频识别设备、红外感应器、GPS 或其他方式进行
20、连接，然后通过移动通信网络或其他方式接入到互联网，最终形成智能网络，通过电脑或手机实现对物体的智能化管理和信息采集分析。结合 Internet 发展物联网技术，构建基于物联网技术的智能蔬菜大棚，可以在有限资金投入的基础上，实现蔬菜大棚的科学化管理，提高农业增收。这种蔬菜大棚采用传感器来替代人工管理，使用基于 Internet 的物联网来实现精确而专业的蔬菜管理， 放宽了菜农的蔬菜种植水平，使得不具备专业知识的人员都可实现大棚蔬菜的种植，从而拓宽致富道路，实现农业创收。物联网在农业领域中有着广泛的应用。从农产品生产不同的阶段来看，无论是从种植的培育阶段、收获阶段，还是贮存、销售阶段，都可以用物联
21、网的技术来提高其工作2的效率和精细管理。(1) 在种植准备的阶段，可以在温室里面布置很多的传感器，分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物。(2) 在种植和培育阶段，可以用物联网的技术手段采集温度、湿度的信息，进行高效的管理，从而应对环境的变化。(3) 在农产品的收获阶段，也同样可以利用物联网的信息，对其传输阶段、使用阶段的各种性能进行采集，反馈到前端，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。(4) 提高效率，节省人工，如果是大面积的农场，要对各大棚进行浇水施肥，手工加温，手工卷帘，那要用大量的时间和人员来操作。如果应用了物联网技术，手动控制也只需点击鼠标的微小的动作，前后不过几秒，完全替代了人工操
22、作的繁琐。1.3 植被栽培技术植被 “设施栽培” ，即“保护地栽培” 。它是指在某种类型的保护设施内（如阳畦、温室、大棚等） ，人为地创造适宜植被生长发育的最佳环境条件，在不同季节内，尤其是不利于植被生长的季节内进行植被栽培的一种措施。设施栽培是人类利用自然、改造自然的一种创造。由于设施内的条件是可以人为控制的，使得植被的周年生产得以实现。玻璃温室和塑料薄膜温室出现后，植被生产出现了划时代的变化。现在人们可以根据自己的意愿，随时生产出所需要的各种植被。可以说，这是“设施栽培”的功劳。在不利于植被生长的自然环境中，温室能够创造适宜植被生长发育的条件。温室环境的调节主要包括日光、温度、湿度三个方面
23、。温度：根据植被生长的适宜温度进行温室温度调节，若低于下限温度则采取升温措施，通常采取电热增温和火力增温等，火力增温比较方便。若高于上限温度则采取降温措施，通常通过水管降温和风扇降温，风扇降温比较方便。日光：遮荫是调节日照强度最好的办法，其具体做法是加盖遮阳网或草席，这种方法兼有降低温度的效果。湿度：为满足温室植被对湿度的要求，可以在地上、台阶、盆壁洒水，还可以在空中悬挂湿布，以增加水分的蒸发，最好的办法是设置自动喷雾装置，自动调节湿度。如果湿度过大，容易导致植被病害，可以采用通风的办法来降低湿度，而且最好在室温与气温相差不大的时候进行。本系统注重温度湿度和光照的调节。1.4 本系统主要研究内
24、容基于物联网的智能温室控制系统采用当前热门的物联网技术、嵌入式技术和传感器技术相结合的方法，精心挑选各种传感器（温度传感器、湿度传感器、光照度传感器） ，不仅能对温室大棚生产过程中的参数在线高精度测量，而且能实现温室内温度调节、湿度调节、光照调节等智能控制，自动实现保温、保湿、在线监控和历史数据的记录。智能温室控制实训系统还具有远程访问与控制功能。用户使用 PC机不仅可以远程访问温室内的相关数据，实时观察植物的长势，还可以远程控制温室内部的执行器件（风3扇、电磁阀、LED 灯）来改变温室内部环境；使用手机同样可以远程访问温室内部环境的各项数据指标，远程控制温室内部的执行器件。智能温室控制系统是
25、学生学习高新技术，提高动手能力的最佳实训平台。它以温室大棚这个现实模型为依托，囊括了物联网技术、嵌入式技术、传感器技术、网络技术、单片机技术以及自动控制理论。42.系统总体分析2.1 总体方案：智慧大棚工作原理图 2.1 物联网智能温室控制系统原理图2.2 WIFI模块HLK-RM04 是海凌科电子新推出的低成本嵌入式 UART-ETH-WIFI(串口-以太网-无线网)模块。本产品是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置 TCP/IP 协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3 个接口之间的转换。通过 HLK-RM04 模块，传统的串口设备在不需要更改任何配置的情况下，即
26、可通过 Internet 网络传输自己的数据。为用户的串口设备通过网络传输数据提供完整快速的解决方案。LED 灯风扇土壤湿度采集节点光照度采集节点空气温度采集节点51 单片机卷帘门上位机Socket 持续连接模块 用户管理模块 微信接口模块 设备操作模块Wifi 模块5图 2.2 wifi 功能结构配置网络参数：PC 设置为静态 IP 模式通过以太网或者 WIFI 的方式连接上模块。IP 地址设置为 192.168.16.100/255.255.255.0，网关为 192.168.16.254。浏览器打开 http:/192.168.16.254/ser2net.asp，进入 web 配置页面
27、，默认用户名密码为admin/admin。通过 web 修改相应的网络参数。此时模块 ip 地址为 192.168.16.254。配置串口转网络参数：浏览器打开 http:/192.168.16.254/ser2net.asp，进入串口转网络 web 配置页面。根据需要，通过 web 页面配置串口转网络参数。模块功能可以分为 4 大模式：默认模式、串口转以太网、串口转 WIFI CLIENT 及串口转 WIFI AP。 本系统应用默认模式图 2.3 wifi 默认模式功能图该模式下，WIFI 使能，工作在 AP 模式下，ETH1、ETH2 功能使能,ETH1 作为 WAN,ETH2作为 LAN
28、。通过适当的设置，COM1 的数据与网路数据相互转换。WIFI 安全方面支持目前所有的加密方式。此模式下，WIFI 设备能连接到模块，成为 WIFI 局域网下的设备。WAN 端默认动态 IP 地址方式。LAN、WIFI 为同一局域网，默认开启 DHCP 服务器。串口工作状态转换：模块将串口的工作状态定义为 2 种模式：透传模式、AT 指令模式。6图 2.4 wifi 透传模式结构图正常上电后，模块会检查当前的网络串口配置是否正常，如果网络连接正常，则模块自动进入透传模式，否则模块进入 AT 指令模式。透传模式进入 AT 指令模式有以下 2 种方法：ES/RST 引脚，在任意状态下，保持 ES/RST 脚低电平的时间大于 Tes 且小于 Trst，将立即进入 AT 指令模式。图 2.5 wifi 透传模式传输结构图特定的串口数据，串口退出透传功能开启后，可以通过发送特定的串口数据让模块退出透传。串口退出透传过程如下：图 2.6 wifi 透传模式结构图Tpt：串口组帧时间。间隔时间大于组帧时间连续发送 3 个“+” ，然后等待约 500ms（400ms600ms） ，间隔时间大于组帧时间连续发送 3 个 0x1B。模块即可退出透传模式。
