树莓派的温室智能控制系统设计与实现(附件)【字数：11626】
摘 要摘 要随着信息时代的兴起，智能家居引起了当今时代的潮流，人们不再满足于互联网，从而逐渐探索出“物联网”这个概念。物联网即意味着物物相连，把物体加入到互联网中。而智能家居中的温室控制也越发受到人们的关注。本课题使用的树莓派是一种新型的支持大量外设的廉价小型计算机。通过这一部小小的计算机可以从零开始创造出不同的物联网应用。本课题将树莓派作为传感节点，设计了系统框架的构成模型。系统分为四个模块温度感知模块以C语言为原型完成底层数据感知，实时读取数据；监测模块通过API接口上传到Yeelink网络平台;报警模块将数据处理后进行判定预警；远程制动基于Pi4j的开发包，提出以MQTT协议作为控制理论的研究内容，连接服务端完成制动过程。本课题的系统在连接网络的情况下可以远程查看测量的数据和远程控制。数据查询时网站界面友好，易于查看，管理人员在任何地方都可以查询温湿度的状态。测试结果和分析说明，系统的各个模块工作正常。关键词物联网；MQTT；传感器；树莓派
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.1.1 行业和领域背景 1
1.1.2 依赖的项目背景及其发展现状 1
1.1.3 预期收益及社会价值 2
1.2 国内外研究现状 2
1.3 论文工作内容 3
第二章 相关技术概述 4
2.1 MQTT理论 4
2.1.1 MQTT简介 4
2.1.2 工作原理 4
2.1.3 功能及特点 5
2.2 树莓派 5
2.3 开发平台 6
2.3.1 Yeelink 6
2.3.2 Java与Eclipse 7
2.4 本章小结 7
第三章 温室控制系统总体设计 8
3.1 引言 8
3.2 系统模块设计 8
3.3 系统的应用架构 9
3.4 本章小结 10
第四章 温室控制系统设计及实现 11
4.1 温室控制系统硬件设计 11
4.1.1 树莓派 11
4.1.2 DHT *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
22 12
4.1.3 LED和三色灯 13
4.1.4 硬件连接图 13
4.2 控制系统温室软件设计 14
4.2.1 温湿度采集控制 14
4.2.2 报警模块实现 17
4.2.3 远程小灯控制实现 18
4.2.4 网络监测模块 21
4.3 本章小结 23
第五章 系统测试分析 24
5.1 分步测试及分析 24
5.1.1 系统准备工作 24
5.1.2 温湿度读取测试 25
5.1.3 报警测试 27
5.1.5 Yeelink网站测试 29
5.1.5 远程小灯测试 30
5.2 总体测试分析 32
5.3 本章小结 33
总 结 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 行业和领域背景
历经10年，“物联网”（IOT）已经经历了三个发展阶段。它被认为是一种高度动态和广泛分布的网络系统。最开始的时候，它通过路由器等网络设备与各种嵌入式设备相连接接入网络，其中包括许多能够在网络中通信和互动识别组件，最终用户以及其他实体的系统。然后演变成通过安装移动设备或者微Web服务进行连接，最后通过远程连接，数据分析云的连接性。
而其中的智能家居也正在通过它飞速发展着。通过智能设备感知物理现象并把它们转换成数据流信息,可以最大化的提高安全并且十分便利。传感器网络和建筑管理系统是家庭自动化的构建元素。这种可交流的设施利用传感网元件,作为物联网的一部分,与标准传感器元件相反，从地方到全球,从BMS到全球级别变化极为迅速。而且,从整体上来说，家庭自动化系统变得无处不在——可以在任何地方上出现。
1.1.2 依赖的项目背景及其发展现状
本文基于开源项目Pi4J，MQTT协议，DHT22传感器以及树莓派的开发平台的开发的低价灵活，易于扩展的智能温室控制系统的项目。
Pi4J这个项目为Java程序员提供了一个友好的访问树莓派I/O的API接口，并提供了一个功能完整的I/O功能库。让Java程序员更专注的实现他们应用程序的业务逻辑。它在Wiring Pi库的基础上拓展而来，Pi4J编译时与Wiring Pi库隔离，所以运行时无需安装依赖包。并且它的资源十分广泛，可以从树莓派社区，Twitter, Tracking, Git,自动化家居的博客中找到相关的资料[]。
树莓派是尺寸仅有卡片大小的小型计算机，它可以将电视，显示屏，鼠标键盘等外设连接使用。内部支持Linux系统，最新的树莓派三代已经可以支持Windows系统。因其外表“娇小”，内“心”强大，深受广大计算机爱好者的喜爱。
树莓派的优点：廉价，处理能力强，支持Linux，Windows 10等操作系统，支持高级面向程序语言，支持USB，显示屏等外设树莓派支持10/100BaseT以太网插座，HDMI插座，USB2.0插槽，micro USB插口供电。
树莓派的价格只需25美元，即使是最新的树莓派三代也只要36美元。树莓派的芯片比一般单片机高端许多，采用700MHZ博通出产的ARM 架构BCM2835系列芯片，内存B型升级到512M。支持Debian, Arch Linux操作系统，对于很多程序员来说，Linux是他们的最爱。其自带的软件满足基本的网络浏览，文字处理，玩游戏，播放高清视频等能力。树莓派基金会提供支持Python作为主要编程语言，同时支持Java，C，Perl等编程语言，经过简单的学习，程序员们便可以开始他们程序设计。
MQTT协议是一种轻量级的消息协议，它基于代理的发布/订阅机制，使用TCP/IP提供三种质量的网络服务，并且支持一对多的关系。MQTT协议实际上是一个客户端与服务端长连接的过程。以秒为单位，定义了相邻两次接收客户端发送数据保持连接的最大间隔时间。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.1.1 行业和领域背景 1
1.1.2 依赖的项目背景及其发展现状 1
1.1.3 预期收益及社会价值 2
1.2 国内外研究现状 2
1.3 论文工作内容 3
第二章 相关技术概述 4
2.1 MQTT理论 4
2.1.1 MQTT简介 4
2.1.2 工作原理 4
2.1.3 功能及特点 5
2.2 树莓派 5
2.3 开发平台 6
2.3.1 Yeelink 6
2.3.2 Java与Eclipse 7
2.4 本章小结 7
第三章 温室控制系统总体设计 8
3.1 引言 8
3.2 系统模块设计 8
3.3 系统的应用架构 9
3.4 本章小结 10
第四章 温室控制系统设计及实现 11
4.1 温室控制系统硬件设计 11
4.1.1 树莓派 11
4.1.2 DHT *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
22 12
4.1.3 LED和三色灯 13
4.1.4 硬件连接图 13
4.2 控制系统温室软件设计 14
4.2.1 温湿度采集控制 14
4.2.2 报警模块实现 17
4.2.3 远程小灯控制实现 18
4.2.4 网络监测模块 21
4.3 本章小结 23
第五章 系统测试分析 24
5.1 分步测试及分析 24
5.1.1 系统准备工作 24
5.1.2 温湿度读取测试 25
5.1.3 报警测试 27
5.1.5 Yeelink网站测试 29
5.1.5 远程小灯测试 30
5.2 总体测试分析 32
5.3 本章小结 33
总 结 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.1.1 行业和领域背景
历经10年，“物联网”（IOT）已经经历了三个发展阶段。它被认为是一种高度动态和广泛分布的网络系统。最开始的时候，它通过路由器等网络设备与各种嵌入式设备相连接接入网络，其中包括许多能够在网络中通信和互动识别组件，最终用户以及其他实体的系统。然后演变成通过安装移动设备或者微Web服务进行连接，最后通过远程连接，数据分析云的连接性。
而其中的智能家居也正在通过它飞速发展着。通过智能设备感知物理现象并把它们转换成数据流信息,可以最大化的提高安全并且十分便利。传感器网络和建筑管理系统是家庭自动化的构建元素。这种可交流的设施利用传感网元件,作为物联网的一部分,与标准传感器元件相反，从地方到全球,从BMS到全球级别变化极为迅速。而且,从整体上来说，家庭自动化系统变得无处不在——可以在任何地方上出现。
1.1.2 依赖的项目背景及其发展现状
本文基于开源项目Pi4J，MQTT协议，DHT22传感器以及树莓派的开发平台的开发的低价灵活，易于扩展的智能温室控制系统的项目。
Pi4J这个项目为Java程序员提供了一个友好的访问树莓派I/O的API接口，并提供了一个功能完整的I/O功能库。让Java程序员更专注的实现他们应用程序的业务逻辑。它在Wiring Pi库的基础上拓展而来，Pi4J编译时与Wiring Pi库隔离，所以运行时无需安装依赖包。并且它的资源十分广泛，可以从树莓派社区，Twitter, Tracking, Git,自动化家居的博客中找到相关的资料[]。
树莓派是尺寸仅有卡片大小的小型计算机，它可以将电视，显示屏，鼠标键盘等外设连接使用。内部支持Linux系统，最新的树莓派三代已经可以支持Windows系统。因其外表“娇小”，内“心”强大，深受广大计算机爱好者的喜爱。
树莓派的优点：廉价，处理能力强，支持Linux，Windows 10等操作系统，支持高级面向程序语言，支持USB，显示屏等外设树莓派支持10/100BaseT以太网插座，HDMI插座，USB2.0插槽，micro USB插口供电。
树莓派的价格只需25美元，即使是最新的树莓派三代也只要36美元。树莓派的芯片比一般单片机高端许多，采用700MHZ博通出产的ARM 架构BCM2835系列芯片，内存B型升级到512M。支持Debian, Arch Linux操作系统，对于很多程序员来说，Linux是他们的最爱。其自带的软件满足基本的网络浏览，文字处理，玩游戏，播放高清视频等能力。树莓派基金会提供支持Python作为主要编程语言，同时支持Java，C，Perl等编程语言，经过简单的学习，程序员们便可以开始他们程序设计。
MQTT协议是一种轻量级的消息协议，它基于代理的发布/订阅机制，使用TCP/IP提供三种质量的网络服务，并且支持一对多的关系。MQTT协议实际上是一个客户端与服务端长连接的过程。以秒为单位，定义了相邻两次接收客户端发送数据保持连接的最大间隔时间。
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