智能大棚环境监测系统的设计与实现【字数：10894】
摘 要近年来，随着我国综合国力的迅速提高，我国的温室研究越来越受到人们的重视。本设计主要是温湿度传感器、光照传感器等将获取的数据通过WiFi模块发送到服务器，用户通过计算机客户端从服务器获取实时数据，它还可以向服务器发送命令请求，通过WiFi模块传给单片机，从而控制步进电机的运作，最后，实现了控制温室环境的作用。。为了实现上述目的，在硬件设备上需要Arduino开发板，ESP8266WiFi模块，温湿度传感器、光照传感器、步进电机等。开发板与服务器之间的传输和通信由WiFi模块实现。本设计选择Qt作为开发软件，建立客户端与服务器之间的通信。目前，我国的温室大棚日益增多，人们更加关注温室作物的生长环境。本文基于WiFi模块无线传输技术，设计了智能温室环境监测系统。使得用户可以在远处对于大棚环境进行简单调控，降低劳动力成本，通过WiFi模块进行通信，实现对大棚环境的监测和无线控制。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外同类课题研究现状及发展趋势 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 课题研究主要内容 3
1.4 课题研究的发展前景 3
第2章 WiFi技术介绍 4
2.1 WiFi技术的分析 4
2.1.1 WiFi技术简介 4
2.1.2 WiFi技术优势介绍 4
2.2 无线局域网络 5
2.2.1 IEEE802.11协议标准 5
2.2.2 无线局域网络概述 5
第3章 各个模块详细介绍 6
3.1 MCU简介 6
3.1.1 硬件参数 6
3.1.2 编程环境 6
3.1.3 简单的引脚接入的介绍 7
3.1.4 模块电路图 7
3.2 ESP8266模块简介 8
3.2.1 ESP8266简单介绍 8
3.2.2 AT指令介绍 9
3.2.3 简单的WiFi模块引脚功能介绍 11
3.2.4 模块电路图 11
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3.3 Qt简介 12
3.3.1 Qt编程简介 12
3.3.2 简单的界面功能介绍 12
第4章 WiFi模块指令测试 14
4.1 WiFi模块初始化设置测试 14
4.1.1 单连接测试 14
4.1.2 多连接测试 15
4.2 WiFi与PC端的通信测试 15
第5章 系统详细设计 17
5.1 系统的总体运行流程图 17
5.2 系统的反向控制框图 17
5.3 服务器与客户端程序实现 18
5.3.1 服务器将获取的数据进行处理 18
5.3.2 服务器将数据转换成JSON格式传送 19
5.3.3 服务器与客户端之间Socket的建立 21
5.4 本章小结 23
第6章 系统对社会人文、环境、法律的影响 24
第7章 论文工作总结及展望 25
7.1 论文工作总结 25
7.2 展望 26
参考文献 27
致 谢 28
第1章绪论
1.1 课题研究的目的和意义
近年来，我国在农业生产方面的投入正在不断提高，尤其是培养植物生长的温室环境已成为我国农业的重要组成部分。而如何让大棚中的作物实现高效生长，这需要我们对大棚作物的生长环境有着清楚了解，比如我们需要获知大棚当前作物生长下的温湿度、光照强度等信息，大棚中的各种环境因素都或多或少地对植物有所影响，因此对大棚环境进行测控是使得大棚生产高效、管理智能化的有效途径，用户可以依赖温室的环境因素，重组化合物生长所需的生长规律，为各种植物的生长提供好的条件。
温室环境下培养作物是我国农业生产中的重要组成部分，国外的温室智能设备已经有了许多成功的事例，然而，中国现在还是缺少很多像是这样的监测软件。目前国内很多温室大棚的温湿度、光照强度等数据的监测仍然还采取人工的方式，这样导致的结果是浪费大量的人力，并且得到的数据不够准确，很难实现想要达到的效果。为了促进提高作物的科学高效生产，越来越多的高校和研究所都开始大力发展智能农业，用科学的办法去得到当前环境下作物生长的温湿度、光照强度数据，然后为这些作物的生长改变所处环境，这同样也是大棚作物实现高产、优质的关键。
这些年来，我国在温室里培养作物的用户越来越多，农户对于让大棚里作物能够高产的要求也在提高，为了减少人力资源的浪费，有效提高作物的生产效率，这对于温室大棚的智能化也有一定的要求。由于电子器件逐渐普及起来，这也使得农户的需求变成可能。我国目前的温室大棚，以中、小型规模居多，因此要在大棚中引入一套环境监测系统，但是我们也应该考虑到成本这个问题。所以应该根据农户的具体需求，设计出更多用户能购买使用的环境监测系统。该环境监测系统采用传感器与单片机相结合，通过WiFi模块进行通信来实现数据的采集以及对于大棚环境的控制。允许用户使用温室中的当前环境数据，结合作物的生长情况制定一套合理的作物培养方案。
1.2 国内外同类课题研究现状及发展趋势
1.2.1 国外研究现状
对于物联网技术的研究，美国、日本等发达国家起步较早，在物联网研究方向取得了更多的成果，并且这些成果也得到了广泛的应用，形成了相对较完整的物联网技术体系，并且对各自国力的发展有着巨大的贡献。伴随着计算机行业信息技术的发展，物联网技术在农业生产的很多地方都有体现出来。
在早期的二十世纪九十年代美国就有过精准农业实验，实验过程得出利用GPS定位控制施肥比传统施肥增产30%。经过多年的发展像是美国已经形成了农业物联网的智能化，利用地理信息系统，可以对作物种植环境做出精准的统计评估。英特尔全球首个无线葡萄园是将无线传感器节点放置在实验场所，并定期监测土壤数据，监测节点区域的温度或区域内有害物质的数量，以确保作物的健康生长，大大地提高了农业朝着科学化方向发展的程度，使得大棚作物能够实现高产，并且还能开拓国际市场，实现多元化发展，带来了大量的经济利益。
德国在前几年开发出了一款可以检测到水果成熟度的仪器，这一研究成果，极大地推动了农业智能化的发展，该仪器主要是通过金属氧化物气敏传感器，然后通过气敏传感器采集到的气体，最后再通过数据分析得到水果的成熟度。同样科罗拉多大学的科学家也研发出了一款智能微芯片，这一智能芯片的作用是当植物生长缺少水时，能向管理者发送请求信息。这一芯片的问世，有助于用户更好的管理植物生长，减少植物生长需要的部分水量，并且每年可以为用户省下部分费用，节省开支。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外同类课题研究现状及发展趋势 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 2
1.3 课题研究主要内容 3
1.4 课题研究的发展前景 3
第2章 WiFi技术介绍 4
2.1 WiFi技术的分析 4
2.1.1 WiFi技术简介 4
2.1.2 WiFi技术优势介绍 4
2.2 无线局域网络 5
2.2.1 IEEE802.11协议标准 5
2.2.2 无线局域网络概述 5
第3章 各个模块详细介绍 6
3.1 MCU简介 6
3.1.1 硬件参数 6
3.1.2 编程环境 6
3.1.3 简单的引脚接入的介绍 7
3.1.4 模块电路图 7
3.2 ESP8266模块简介 8
3.2.1 ESP8266简单介绍 8
3.2.2 AT指令介绍 9
3.2.3 简单的WiFi模块引脚功能介绍 11
3.2.4 模块电路图 11
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3.3 Qt简介 12
3.3.1 Qt编程简介 12
3.3.2 简单的界面功能介绍 12
第4章 WiFi模块指令测试 14
4.1 WiFi模块初始化设置测试 14
4.1.1 单连接测试 14
4.1.2 多连接测试 15
4.2 WiFi与PC端的通信测试 15
第5章 系统详细设计 17
5.1 系统的总体运行流程图 17
5.2 系统的反向控制框图 17
5.3 服务器与客户端程序实现 18
5.3.1 服务器将获取的数据进行处理 18
5.3.2 服务器将数据转换成JSON格式传送 19
5.3.3 服务器与客户端之间Socket的建立 21
5.4 本章小结 23
第6章 系统对社会人文、环境、法律的影响 24
第7章 论文工作总结及展望 25
7.1 论文工作总结 25
7.2 展望 26
参考文献 27
致 谢 28
第1章绪论
1.1 课题研究的目的和意义
近年来，我国在农业生产方面的投入正在不断提高，尤其是培养植物生长的温室环境已成为我国农业的重要组成部分。而如何让大棚中的作物实现高效生长，这需要我们对大棚作物的生长环境有着清楚了解，比如我们需要获知大棚当前作物生长下的温湿度、光照强度等信息，大棚中的各种环境因素都或多或少地对植物有所影响，因此对大棚环境进行测控是使得大棚生产高效、管理智能化的有效途径，用户可以依赖温室的环境因素，重组化合物生长所需的生长规律，为各种植物的生长提供好的条件。
温室环境下培养作物是我国农业生产中的重要组成部分，国外的温室智能设备已经有了许多成功的事例，然而，中国现在还是缺少很多像是这样的监测软件。目前国内很多温室大棚的温湿度、光照强度等数据的监测仍然还采取人工的方式，这样导致的结果是浪费大量的人力，并且得到的数据不够准确，很难实现想要达到的效果。为了促进提高作物的科学高效生产，越来越多的高校和研究所都开始大力发展智能农业，用科学的办法去得到当前环境下作物生长的温湿度、光照强度数据，然后为这些作物的生长改变所处环境，这同样也是大棚作物实现高产、优质的关键。
这些年来，我国在温室里培养作物的用户越来越多，农户对于让大棚里作物能够高产的要求也在提高，为了减少人力资源的浪费，有效提高作物的生产效率，这对于温室大棚的智能化也有一定的要求。由于电子器件逐渐普及起来，这也使得农户的需求变成可能。我国目前的温室大棚，以中、小型规模居多，因此要在大棚中引入一套环境监测系统，但是我们也应该考虑到成本这个问题。所以应该根据农户的具体需求，设计出更多用户能购买使用的环境监测系统。该环境监测系统采用传感器与单片机相结合，通过WiFi模块进行通信来实现数据的采集以及对于大棚环境的控制。允许用户使用温室中的当前环境数据，结合作物的生长情况制定一套合理的作物培养方案。
1.2 国内外同类课题研究现状及发展趋势
1.2.1 国外研究现状
对于物联网技术的研究，美国、日本等发达国家起步较早，在物联网研究方向取得了更多的成果，并且这些成果也得到了广泛的应用，形成了相对较完整的物联网技术体系，并且对各自国力的发展有着巨大的贡献。伴随着计算机行业信息技术的发展，物联网技术在农业生产的很多地方都有体现出来。
在早期的二十世纪九十年代美国就有过精准农业实验，实验过程得出利用GPS定位控制施肥比传统施肥增产30%。经过多年的发展像是美国已经形成了农业物联网的智能化，利用地理信息系统，可以对作物种植环境做出精准的统计评估。英特尔全球首个无线葡萄园是将无线传感器节点放置在实验场所，并定期监测土壤数据，监测节点区域的温度或区域内有害物质的数量，以确保作物的健康生长，大大地提高了农业朝着科学化方向发展的程度，使得大棚作物能够实现高产，并且还能开拓国际市场，实现多元化发展，带来了大量的经济利益。
德国在前几年开发出了一款可以检测到水果成熟度的仪器，这一研究成果，极大地推动了农业智能化的发展，该仪器主要是通过金属氧化物气敏传感器，然后通过气敏传感器采集到的气体，最后再通过数据分析得到水果的成熟度。同样科罗拉多大学的科学家也研发出了一款智能微芯片，这一智能芯片的作用是当植物生长缺少水时，能向管理者发送请求信息。这一芯片的问世，有助于用户更好的管理植物生长，减少植物生长需要的部分水量，并且每年可以为用户省下部分费用，节省开支。
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