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远距离wifi云模组智能云的阳台生态控制系统

发布日期:2021-12-16  浏览次数:2204
远距离wifi云模组智能云的阳台生态控制系统,阳台是一种半封闭式生态系统,种植绿色植物能有效净化室内空气,改善居住环境,增加生活情调。植株生长对环境.肥料等有特殊要求,居民可能因缺乏种植绿色植物知识,或由于工作繁忙,长时间不在家,无法实时了解植物生长情况,导致植株死亡。本论文以家庭阳台生态系统为研究对象,运用现代远距离wifi云模组物联网嵌入式技术,通过湿度、温度、光照等传感器实时采集植物生长环境数据,并通过物联网上传至云服务器。使用者透过电脑、移动电话等终端设备,实时了解植物生长环境,并根据植物生长,遥控调节光度、湿度、温度等生态系统参数,以保证植物健康生长。

对于阳台农业管理体系,国内外学者进行了一定的研究。以S为核心的等,以TJ芯片CAN总线营养液循环控制系统、无土阳台农业立体栽培机控制器;研究开发了阳台农场控制系统;基于S微控制器,研究开发了立体栽培阳台自动控制系统,通过软件和硬件结合实现自动补水和补光控制;设计开发了基于An系统的手机APP进行远程控制,采用S单片机作为控制核心,可以远距离操纵阳台晾衣架、浇花等功能;将Ar作为主芯片,利用GSM模块与手机通讯,设计了一种基于远距离wifi云模组的智能温室控制系统。也有不少学者在研究控制策略。总而言之,生态控制系统或基于STM的开发版本,通过设定阈值来实现自动控制;或利用GSM模块.物联网技术,采用嵌入式开发,通过短信等形式对温室进行远程控制,控制模块接入部分采用有线接入。

阳台植物生态环境为一个半封闭、小空间生态系统,是一个时变非线性、多输入多输出的系统。温度、湿度、光照强度等各参数相互影响,很难建立较为正确的控制模型。由于简单的控制策略难以实现正确的控制,生态系统的环境控制策略通常采用智能控制组合策略,能解决由于各种参数相互耦合而引起的超调和振荡,实现对环境参数的良好控制,使系统具有稳定性和适应性。常见的控制策略有基于模糊PID控制策略、遗传模糊控制策略、神经网络控制策略、专家控制策略等,针对阳台生态系统的特点,采用较为成熟的模糊PID控制策略,设计出wifi控制系统

阳台植物生态监控系统由四个部分组成:环境调节、远距离wifi云模组、环境参数显示模块和环境调节执行模块。提供了一种用于环境检测的土壤水分、温度、光强等信息。实现了生态环境系统参数数据的实时采集,环境调整控制模块是整个系统的核心,并利用Ar开发板,一边接收感知模块的实时数据,一边上载云计算服务器,一边接收远程控制指令;发出执行模块;调节执行模块由灌水控制电机、开窗控制电机等组成;通过液晶显示遥控终端实现环境参数显示。

感知模组的传感器实时采集阳台植物生态环境的温度、湿度、光照参数,并上传至Ar开发控制板。在本机的LCD显示器上显示环境参数,通过网络扩展部分上传到物联网云服务器,手机终端远程实时接入。该系统通过云服务器,根据植物所处环境参数,在APP端通过云服务器发出指令,通过灌溉、开窗等方式调节生态系统的环境参数。此外,该控制系统还可以设定环境参数门限,自动调节环境参数。环境执行模块接到远距离wifi云模组云上的指令,启动灌溉电机进行灌水,打开开关电机.补光进行环境参数调整。

主要用于城市家庭阳台的控制系统,为方便推广应用,硬件的选择原则是价格低廉、性能可靠,精度足够。Ar控制板是一种广泛使用的开放源代码硬件平台,其价格低廉.功能强大,对硬件配置要求低。选择Ar开发版作为系统控制核心,开发版通过WIFI扩展模块进行网络连接。单片机使用At的AT8芯片。关于软件,Ar拥有自己的基于Ec的IDE开发环境的软件平台,用C语言编程,模块化封装功能由程序开发人员调用,安装Bootloader程序,无需外部打印,可以通过USB接口编写代码和下载到开发板。使嵌入式系统设计流程简化。

选择土壤湿度传感器,它是通过测定土壤相对含水量来测定土壤湿度。其作用机理是土壤中不同含水量的电阻值,通过两个探针之间的阻值变化来反映土壤湿度状况。在此情况下,三极管基极处于开启状态的传感器探头,输出为0。土层湿度的差异使得三极管的基极提供大小不同的导通电流,发射极经过下拉电阻后转化为电压。确定土壤出水量与湿度的关系,干土0~30℃为湿土,70~95为水分。土温传感器共有3个插针,分别为电源正向电源GND.信号端GND,将土壤湿度传感器与Ar控制器的模拟管脚相连。

温度传感器采用DH温湿度传感器,体积小,功耗低,反应速度快,抗干扰能力强,并标定输出的数字信号。内设8位单片机,连接空气湿度元件和温控元件,数据采集装置可直接读取输出数据。传感OTP存储器中存在程序形式的校准系数,在检测信号处理期间,调用校准系数加以修正。单管串行输出接口,4针单排管脚封装。DH数字式温度传感器模块共有三个插头,分别为地线GND.电源Vcc和数据线S。当实际使用时,将S端连接到Ar的数字输入界面。在-40°C~80°C的分辨率下,测量精度在±0.5°C,工作电压3.3~5.5V之间。类似于图4。3.2.4光照强度传感器GY-30光强传感器,采用RO原装BH芯片,I2C数字接口,大支持率400Kbps。该传感器内置16bitAD转换器直接数字输出,省略复杂计算,忽略校准,通过计算电压得到有效数据。提供电源的功率为3~5V,光照范围在0~65535lx之间,分辨率在1lx以内。

远距离wifi云模组CV5200 WIFI接入模块Ar以WIFI形式接入因特网,利用远距离wifi云模组CV5200模块集成到Ar开发版中。采用超低功耗UART-WIFI模块,封装尺寸小,可将用户的物理设备与WIFI相连,与Internet或LAN通讯,实现网络通讯。大的度差为±20%。能够高精度地测量大范围亮度,不区分环境光源和接近视觉敏感性的分光特性。NXPIIC标准通信协议模块内部包括通信电平转换,并与5V单片机IO直接连接。A4.A5连接到GY-30的SDA.SCL管脚,在Ar硬件上。

物联网远距离wifi云模组云服务平台接受系统传感器上载的参数,供远程客户访问;接受远程用户的命令,将其发送到Ar控制器,通过执行模块调整系统环境参数。提供了开发人员API接口,为开发人员提供数据处理和存储服务。大型平台包括Scinan、Arrayent、COSM/Pachube、智能云等等。COSM是目前使用量大的开放式物联网平台,可以通过开源的硬件或单片机实现传感器数据的上传与存储,同时也提供了一系列数据呈现方式。本论文采用机智云平台,为开发人员提供了便利的智能硬件开发框架和云服务功能。直接定义产品并在平台上进行设备端开发。

在应用开发硬件层,Agent提供了一个已经烧录的GAgent(固件)的通信模块,以实现上层应用(APP应用,机智云)到设备的双向数据通讯,以及配置入网。在软件层次上,云提供开发框架代码,实现底层通信协议解析封包,通讯数据和传感器数据转换,以及开发API接口。该系统的设计在编码框架事件处理逻辑中加入了环境传感器、电机、泵等控制功能。在设备监听到云或APP端的数据之后,代码就会将数据转换为事件,通知应用层设备。发送设备数据为APP,通过云控制的设备通过云直接发送到GAgent。通过系统中的设备主动报告当前状态,由MCU接收到WIFI模块控制所产生的状态变化,立即启动设备MCU进行调试,并提供应用开发,产品测试,云开发,数据服务功能,涵盖智能硬件的全寿命服务。

创建一个虚拟设备,在PowerPoint创建一个开发者账户,输入物理地址,输入产品数据点,创建产品数据信息。前台状态,发送频率是无限的。

远距离wifi云模组开发的智能阳台生态系统以Ar作为控制核心,支持C语言和汇编语言混合编写,底层的驱动程序由汇编语言编写,外部使用C语言接口。编程环境选择了Ar,操作系统是MW7(32位)。采用Ar配置开发环境,导入机智云平台硬件开发库文件,开发各个模块库功能,编译好程序后下载到开发版进行调试。本系统程序主要由主程序、初始化、监听遥控器功能、遥控APP、读取环境光照子程序、读出土壤湿度子程序、读出空气温度子程序组成。

远距离wifi云模组远程控制端APP开发云Android平台SDK封装了手机和智能硬件之间的通信过程,以及手机和云之间的通信过程。提供网络配置,发现,连接,控制,心跳,状态报告,报警通知等。提供了APP开放源框用户注册登录、配置设备接入、设备发现控制、消息推送等功能。

系统在实训室进行测试时,阳台已安装宽带,并提供远距离wifi云模组WIFI环境,控制板通过WIFI连接到网络。打开手机APP,读出阳台温度、土壤湿度、光照环境参数、测温湿度、测光感应器是否工作正常,还能通过Arduino终端控制灯光,并遥控照明继电器开关。

基于Ar+远距离wifi云模组云的阳台生态控制系统,通过实验室模拟试验,能有效地实现阳台生态环境的远程控制,具有安全可靠、扩展性强、经济性好等优点,可推广应用于宠物饲养等系统。本系统具有很强的可操作性,在城市中有着广阔的应用空间,取得了良好的社会和经济效益。
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