家用迷你温箱系统设计
目 录
1引言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究及发展现状 1
1.3系统组成 3
1.4工作原理 3
2硬件设计 3
2.1硬件总体设计 3
2.2 电源电路设计 4
2.2.1终端供电方案 4
2.2.2降压电路设计 5
2.3 微控制器模块设计 6
2.3.1微控制器选型 7
2.3.2最小系统电路设计 7
2.3.3程序下载调试电路设计 9
2.4数据传输单元电路设计 10
2.5 PH值传感器设计 12
2.6 DHT11温湿度传感器设定 13
2.6.1 DHT11传感器电路设计 13
2.6.2数字光强度BH1750模块 14
2.6.3 LED驱动恒流电路 15
2.6.4 PWM控制转换电路 17
2.6.5制冷器控制设计 18
2.6.6加热模块芯片控制 19
2.7 PCB设计 20
3程序设计 21
3.1程序总体设计 21
3.2配置层程序设计 22
3.3模块驱动层设计 23
3.3.1 ESP8266初始化 23
3.3.2 DHT11 传感器驱动程序设计 25
3.3.3 BH1750传感器驱动程序设计 27
3.3.4 ESP8266驱动程序设计 29
3.4应用层程序设计 31
4外形硬件设计 32
4.1外形绘制 32
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.2外形加工 34
5软件设计 34
5.1服务器端 34
5.1.1服务器环境搭建——WAMP 34
5.1.2接口设计 35
6系统测试 36
6.1 硬件测试 36
6.1.1 硬件测试接线 36
6.1.2 TCP协议栈下载测试 36
6.1.3 ESP8266连接远程服务器测试 37
6.1.4 手机端APP初始化测试 38
6.1.5 数据库插入测试 38
6.2 程序测试 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
附录代码 44
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
最近几年我国城市化迅速推进，迁居城市人口逐渐增多。人们生活水平不断提高的同时，居住观念消费理念也在经历着从“居者有其屋”到“居者优其屋”的变化以及发展。但狭小的公寓楼制约着室内绿化的面积，层出不穷的食品安全事件引发人们恐慌，严重的雾霾困扰着居住在城市中的每一户家庭。
基于ESP8266串口WiFi无线传感网（WSN）核心技术实现对家用温箱中精细蔬菜种植的监控，依托传感器数据采集、无线传感网、计算机软件等协同作用，以先进的现代化措施和技术，人为控制作物的生长条件，使蔬菜生长不受自然气候的影响，做到常年精细化、家庭化，进行安全、高效的种植。
本课题针对现有家用温箱使用市场空白的情况，设计了一款基于ESP8266WiFi模块和Socket通信技术的家用迷你温箱系统，它将对内部小环境的温度、湿度、PH值、光强度等环境因子进行实时监测，并将环境状态信息传送到远程服务器，极大丰富了家庭绿化的选择性和可控性。
1.2 国内外研究及发展现状
1970年起，外国的室内智能温室监控已经步入正轨，特别是西方发达国家如美国、荷兰等实现了机械化。由于当时技术水平有限，对光强度、温湿度、PH值和CO2浓度采用单因子控制，即主要控制温度，湿度、PH值、CO2浓度在其次，每个控制因素之间不相关。例如，在对温度进行控制时，只对温度进行改变，不干扰到其他要素，要改变其他的要素，则要实施另外的控制过程。但是，温室内小气候对外界大气候的变化很敏感，靠单独人工指令进行随时的变动很难满足要求，而且每个控制变量之间相互干扰，如冬天光照时长不足时需要补偿光照时长，但是补光的同时会造成室温的上升、室内湿度的下降，要达到要求的控制效果，则涉及到几个器件的共同执行，这个过程的控制比较复杂。
1980以来，随着计算机技术的进一步发展，多要素综合控制机制，即运用通过上位机来控制小气候的方法逐渐崭露头角。此种机制是将农作物在不同生长状态下需要的生长条件数据由后台数据库存储，根据监测到的环境自动做出适合生长的调整或修正，大多以光照强度为初始变量，温湿度、PH值和CO2浓度为因变量，使得这五个环境因子随时处于最佳配合状态。
20世纪90年代，多因素温室环境监控盛行，采用模糊控制以及多变量控制技术，相应配套的计算机软件系统也日渐成熟。就当前来看，韩国、日本、香港、以色列等人口密度大的发达国家在室内根据作物的要求和特点，运用软硬件控制对光强度、温湿度、PH值和CO2浓度等诸多 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
因素进行自动调节，满足植株生长最佳条件的调节和监控。荷兰等一些走在植株培育前列的国家还利用温度差别技术，分别控制花卉、果蔬等产品的开花和结果期，进一步满足个人的需求，目前荷兰基于嵌入式温室监控计算机系统——PRIVA系统，已经有过7000用户在使用，遍及52个国家。系统可以根据外界大温湿度、光强度以及控制器的运作情况来自动调整温箱内各种影响因子，保持温湿度、光强度的精确性，同时自动添加培养液调整PH值。此外，PRIVA系统还具有数据采集分析、存储、上传和预警功能，多重保障了温室系统的可靠性。[1]
目前，我国的室内温箱控制还处在起步阶段，国民对于调整室内绿化的意识不强，市场巨大，而类似于此类的成品样式简单，功能有待完善，类似于海尔菜多多智能温箱调控不到位，智能化程度不高，无法实现温湿度控制。但是近年来，国内的温箱智能化控制与数据采集已步入正轨，借鉴国外的一些嵌入式以及无线通信计算机技术，我国产品依靠专利优势在逐渐市场上占据主导地位。一些高等院校也进行这方面的努力，如：中国农业大学，大学，南京大学等都在进行温箱监控与智能传感网的应用性研究。
1.3 系统组成
由微控制器、 传 感 器 模 块 组 、 数 据 传 输 单 元 和 APP前 端 组 成 ， 系 统 框 图 如 图1 1所 示 。 微 控 制 器 模 块 是 迷 你 温 箱 的 控 制 中 心 ， 通 过 串 口 与 其 他 从 属 模 块 通 信 。 传 感 器 模 块 用 于 获 取 环 境 因 子 的 监 测 。 数 据 传 输 单 元 是 微 控 制 器 模 块 与 远 程 数 据 库 系 统 通 信 的 桥 梁 ， 微 控 制 器 通 过 它 向 服 务 器 发 送 温 箱 状 态 信 息 。 APP前 端 负 责 与 客 户 交 互 并 且 实 时 监 测 温 箱 内 数 据 。
图1 1 系统总体设计
1.4 工作原理
图2 1 无线模块总体设计示意图
2.2 电源电路设计
根据芯片硬件设计手册，外接11.0592MHz的晶振，其引脚必须外接稳定电容器（2个30pF的陶瓷电容）以便于晶振起振。在程序跑飞或者出现其他故障时，通过RESET按键重启单片机。电路图2 6如所示。
1引言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究及发展现状 1
1.3系统组成 3
1.4工作原理 3
2硬件设计 3
2.1硬件总体设计 3
2.2 电源电路设计 4
2.2.1终端供电方案 4
2.2.2降压电路设计 5
2.3 微控制器模块设计 6
2.3.1微控制器选型 7
2.3.2最小系统电路设计 7
2.3.3程序下载调试电路设计 9
2.4数据传输单元电路设计 10
2.5 PH值传感器设计 12
2.6 DHT11温湿度传感器设定 13
2.6.1 DHT11传感器电路设计 13
2.6.2数字光强度BH1750模块 14
2.6.3 LED驱动恒流电路 15
2.6.4 PWM控制转换电路 17
2.6.5制冷器控制设计 18
2.6.6加热模块芯片控制 19
2.7 PCB设计 20
3程序设计 21
3.1程序总体设计 21
3.2配置层程序设计 22
3.3模块驱动层设计 23
3.3.1 ESP8266初始化 23
3.3.2 DHT11 传感器驱动程序设计 25
3.3.3 BH1750传感器驱动程序设计 27
3.3.4 ESP8266驱动程序设计 29
3.4应用层程序设计 31
4外形硬件设计 32
4.1外形绘制 32
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.2外形加工 34
5软件设计 34
5.1服务器端 34
5.1.1服务器环境搭建——WAMP 34
5.1.2接口设计 35
6系统测试 36
6.1 硬件测试 36
6.1.1 硬件测试接线 36
6.1.2 TCP协议栈下载测试 36
6.1.3 ESP8266连接远程服务器测试 37
6.1.4 手机端APP初始化测试 38
6.1.5 数据库插入测试 38
6.2 程序测试 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
附录代码 44
1 引言
1.1 课题研究背景及意义
最近几年我国城市化迅速推进，迁居城市人口逐渐增多。人们生活水平不断提高的同时，居住观念消费理念也在经历着从“居者有其屋”到“居者优其屋”的变化以及发展。但狭小的公寓楼制约着室内绿化的面积，层出不穷的食品安全事件引发人们恐慌，严重的雾霾困扰着居住在城市中的每一户家庭。
基于ESP8266串口WiFi无线传感网（WSN）核心技术实现对家用温箱中精细蔬菜种植的监控，依托传感器数据采集、无线传感网、计算机软件等协同作用，以先进的现代化措施和技术，人为控制作物的生长条件，使蔬菜生长不受自然气候的影响，做到常年精细化、家庭化，进行安全、高效的种植。
本课题针对现有家用温箱使用市场空白的情况，设计了一款基于ESP8266WiFi模块和Socket通信技术的家用迷你温箱系统，它将对内部小环境的温度、湿度、PH值、光强度等环境因子进行实时监测，并将环境状态信息传送到远程服务器，极大丰富了家庭绿化的选择性和可控性。
1.2 国内外研究及发展现状
1970年起，外国的室内智能温室监控已经步入正轨，特别是西方发达国家如美国、荷兰等实现了机械化。由于当时技术水平有限，对光强度、温湿度、PH值和CO2浓度采用单因子控制，即主要控制温度，湿度、PH值、CO2浓度在其次，每个控制因素之间不相关。例如，在对温度进行控制时，只对温度进行改变，不干扰到其他要素，要改变其他的要素，则要实施另外的控制过程。但是，温室内小气候对外界大气候的变化很敏感，靠单独人工指令进行随时的变动很难满足要求，而且每个控制变量之间相互干扰，如冬天光照时长不足时需要补偿光照时长，但是补光的同时会造成室温的上升、室内湿度的下降，要达到要求的控制效果，则涉及到几个器件的共同执行，这个过程的控制比较复杂。
1980以来，随着计算机技术的进一步发展，多要素综合控制机制，即运用通过上位机来控制小气候的方法逐渐崭露头角。此种机制是将农作物在不同生长状态下需要的生长条件数据由后台数据库存储，根据监测到的环境自动做出适合生长的调整或修正，大多以光照强度为初始变量，温湿度、PH值和CO2浓度为因变量，使得这五个环境因子随时处于最佳配合状态。
20世纪90年代，多因素温室环境监控盛行，采用模糊控制以及多变量控制技术，相应配套的计算机软件系统也日渐成熟。就当前来看，韩国、日本、香港、以色列等人口密度大的发达国家在室内根据作物的要求和特点，运用软硬件控制对光强度、温湿度、PH值和CO2浓度等诸多 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
因素进行自动调节，满足植株生长最佳条件的调节和监控。荷兰等一些走在植株培育前列的国家还利用温度差别技术，分别控制花卉、果蔬等产品的开花和结果期，进一步满足个人的需求，目前荷兰基于嵌入式温室监控计算机系统——PRIVA系统，已经有过7000用户在使用，遍及52个国家。系统可以根据外界大温湿度、光强度以及控制器的运作情况来自动调整温箱内各种影响因子，保持温湿度、光强度的精确性，同时自动添加培养液调整PH值。此外，PRIVA系统还具有数据采集分析、存储、上传和预警功能，多重保障了温室系统的可靠性。[1]
目前，我国的室内温箱控制还处在起步阶段，国民对于调整室内绿化的意识不强，市场巨大，而类似于此类的成品样式简单，功能有待完善，类似于海尔菜多多智能温箱调控不到位，智能化程度不高，无法实现温湿度控制。但是近年来，国内的温箱智能化控制与数据采集已步入正轨，借鉴国外的一些嵌入式以及无线通信计算机技术，我国产品依靠专利优势在逐渐市场上占据主导地位。一些高等院校也进行这方面的努力，如：中国农业大学，大学，南京大学等都在进行温箱监控与智能传感网的应用性研究。
1.3 系统组成
由微控制器、 传 感 器 模 块 组 、 数 据 传 输 单 元 和 APP前 端 组 成 ， 系 统 框 图 如 图1 1所 示 。 微 控 制 器 模 块 是 迷 你 温 箱 的 控 制 中 心 ， 通 过 串 口 与 其 他 从 属 模 块 通 信 。 传 感 器 模 块 用 于 获 取 环 境 因 子 的 监 测 。 数 据 传 输 单 元 是 微 控 制 器 模 块 与 远 程 数 据 库 系 统 通 信 的 桥 梁 ， 微 控 制 器 通 过 它 向 服 务 器 发 送 温 箱 状 态 信 息 。 APP前 端 负 责 与 客 户 交 互 并 且 实 时 监 测 温 箱 内 数 据 。
图1 1 系统总体设计
1.4 工作原理
图2 1 无线模块总体设计示意图
2.2 电源电路设计
根据芯片硬件设计手册，外接11.0592MHz的晶振，其引脚必须外接稳定电容器（2个30pF的陶瓷电容）以便于晶振起振。在程序跑飞或者出现其他故障时，通过RESET按键重启单片机。电路图2 6如所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/wlw/727.html
