基于物联网的山地苹果冻霜的多值阈防护系统设计

[14]，使得ESP8266可以顺利连到具有网络功能的路由器，ESP8266连接到网络的代码为：char*wifi_name="wifiname";char*wifi_password="password";char*wifi_server_ip="83";char*wifi_server_port="8080";接着使用TCP协议进行与同样连接着该路由的电脑主机进行对话，TCP是一种传输控制协议，定义了用于识别Internet上系统的IP地址，可以确保不同节点之间的端到端数据传输。设置电脑为TCP服务器，用ESP8266与服务器继续连接，两者便可成功通信，从而建立对话。4.2.1手机控制端设计keil5软件对单片机进行编程，控制单片机与wifi模块进行串口交互发送数据wifi模块接受到数据后通过与手机建立的局域网进行数据传输，完成后用户实用手机打开WLAN与WiFi模块设定好的用户和密码相连接之后，点击配置输入5050激活码，最后在app就能达到用户所需要的功能，如图4.6所示。图4.6app用户界面上述为app页面的软件设计过程，其中具体的登录界面和主界面功能为下表4.1所示。表4.1各模块功能表菜单栏模块功能实时温度数据检测实时温度实时湿度数据实时光照数据实时液位数据检测实时湿度检测实时光照检测实时液位4.3本章小结本章在前一章对论文硬件设计的基础上进行相应的软件设计，形成一个完备的智能控制系统。首先从系统整体结构、防霜冻风扇电机控制端和放热反应控制端以及防冻液喷射端四个方面进行了软件设计和绘制工作流程图，然后对前端展示界面的设计过程进行阐述，对可视化界面各模块的具体功能做了详细设计，并用表格将各模块具体内容进行说明。第五章系统的调试与测试本章主要对山地苹果霜冻防护系统进行了整体调试，实现了物联网应用层的功能，形成了一个完整的物联网体系。从智能控制装置和可视化界面这两个方面进行了调试，并且对智能控制装置进行了实地测试，可视化界面主要设计为面向用户的后台管理系统，第四章对可视化界面做了详细的软件设计，根据设计测试了后台管理系统的各个模块，并用图片了展示调试结果。5.1 装置的调试和实地测试智能控制装置的调试内容主要为温湿度传感器实验、单片机智能控制各模块的调试，同时根据搭建好的装置进行了实地测试。在进行硬件调试时，首先需要检查好电路连接，保证线路的连接正确并且没有短路、开路的问题，同时需要检查各模块供电是否正常，一系列检查无误后方可进行正常调试。首先需要对传感器模块进行调试，将传感器和单片机按电路图连接线路，为图5.1所示，串口选择COM3端口，使用调试助手进行下载程序和查看数据，图5.2 和5.3为调试结果，温湿度数据可以持续获得，将获取的数值与实际情况进行对比确认测试结果与外界环境温度值一样，表明温湿度传感器模块正常运行。图5.1单片机与传感器接线图5.1.1WiFi连接调试当给设备通电之后，按下WiFi模块开关，等待蓝色指示灯闪烁一次即为WiFi模块打开，如图5.2所示图5.2WiFi模块开启WiFi模块开启之后用户的手机在无线连接的应用里会搜索到WiFi模块所发出WiFi信号，此系统设置的WiFi账号和密码都是12345678，方便用户连接，设备正常运行如图5.3所示图5.3WiFi连接显示5.1.2防冻霜风机调试装置检测温度低于4℃且高于0℃时，在自动模式下将自动控制风机运行直至温度是上升置4℃以上，手动模式下用户在app的指令框中输入“1”即为打开防冻风扇模块，图5.3为防冻风扇运行实况图。图5.3防冻风扇运行实况如输入数字“2”或者外界温度不在4℃—0℃的区间内即为关闭风扇运行，如图5.4所示图5.4防冻风扇关闭运行5.1.3化学反应放热端调试装置检测温度低于0℃且高于-4℃时，在自动模式下将控制打开水泵出水与石灰石反应放热，在手动模式下在指令框内输入“3”即为打开水泵出水，图5.5为反应放热出水端运行实况图。图5.5反应放热出水端实况输入指令“4”，或者温度不在0℃—-4℃的区间内则水泵关闭，图5.6为水泵关闭状态图5.6水泵关闭状态5.1.4防冻液喷射端调试装置检测温度低于-4℃时，在自动模式下将自动喷射防冻液进行防冻，并且进行有时间限制的喷射活动，时长由正常情况况下喷射药物直至全部覆盖果树的时间决定，本设计设置的时间为三秒。在手动模式下，用户在app指令框内输入“5”即为打开喷射装置图5.7为防冻液喷射装置运行实况图。并且在用户app中可实时监测防冻液的缺失情况，如有缺失装置会在app中提示用户及时更换.图5.7防冻液喷射运行实况输入“6”即为关闭装置,水泵停止喷射如图5.8所示图5.8喷射停止运行当防冻液充足液位检测模块检测正常时会在用户app上显示如图5.9所示图5.9液位检测正常当防冻液缺失没有达到正常喷射要求时液位检测模块会在用户app上显示如图5.10所示图5.10液位检测低5.1.5自动模式温度设定调试本设计在自动模式的温度设定中设置了按键设计，每个按键有不同的调节指令如图5.11所示图5.11按键介绍在不调节温度时显示屏最顶端数字栏将显示0，若显示1时即为正在调节最低温度，若显示2时即为调节中间温度，若显示3时即为调节最高温度并且最高温度旁边有“MAX”字样提示，如需调节先按下手动开关按钮在进行代号调节之后进行温度调节，为防止调节温度一样会出现设备运行错误的情况设计在程序写入时默认最低温度不可超过中间温度，且中间温度不可超过最高温度，如图5.12所示为按键设定温度实况。图5.12温度调节实况传感器调试成功后对防霜冻风扇电机和放热反应装置以及防冻液喷射端进行了模拟测试，装置测试在河北省张家口市的山地果园进行，测试时间为凌晨3:00到中午11:00，测试结果为表5.1所示，当温度达到4℃时，电机驱动风扇开始转动，当温度达到0℃时，电机控制水泵进行放水，当温度达到-4℃时，防冻液喷射端进行防冻液喷射，测试结果表明各模块均能正常运行。表5.1装置实地测试表测试时间天气预报温度装置检测温度风扇启动阈值风扇电机放热反应阈值放热反应喷射阈值喷射电机3:00-2℃-3℃4℃关0℃开-4℃关5:00-4℃-5℃4℃关0℃关-4℃开7:00-1℃-1℃4℃关0℃开-4℃关9:003℃2℃4℃开0℃关-4℃关11:005℃6℃4℃关0℃关-4℃关5.2本章小结本章介绍了基于物联网的山地苹果霜冻防护系统的整体调试过程，系统从智能控制装置和可视化界面两个方面进行了调试，并进行了实地测试。首先对传感器模块、防霜冻风扇电机和加热反应微型水泵控制装置以及防冻液喷射装置和液位检测装置进行测试，同时搭出系统整体装置图，对装置进行实地测试，最后对可视化界面的各个功能模块进行了展示，调试结果表明，论文研究设计的山地苹果霜冻防护系统整体功能完整，便于维护和改进。第六章总结论文在研究了国内外有关霜冻灾害天气防护情况的基础上，以山地为例，阐述了论文的研究背景和意义，提出了基于先进的物联网架构，研究设计一种山地苹果智能霜冻防护系统，系统包含了智能控制装置的设计、山地苹果霜冻防护模型的构建和可视化页面构建三部分。从果农实际需求角度出发，在研究初期搜集了大量有关山地苹果的霜冻灾害信息，以及现有防霜措施，根据现有的防霜措施，针对山地地势设计出智能防霜系统，并对系统所设计的各个模块进行了仿真测试。论文完成的主要工作总结如下：（1）研究了基于物联网的山地苹果霜冻防护系统的整体架构。论文研究主要针对山地苹果，查阅了山地苹果防霜冻的背景，分析了传统化防霜冻措施的优缺点，设计出基于物联网的霜冻防护总体方案。（2）设计智能控制装置对山地苹果进行防霜冻作业。论文所设计的控制装置主要分为防霜风机控制端和放热反应控制端还有防冻液喷射端，提前设置好不同的温度阈值，由主控芯片STM32F103C8T6接收到传感器DHT11采集到的温度值，当达到不同的温度阈值时启动不同的控制装置，使用驱动风机模块运转和水泵的开关，提升果树周围温度以及药物防冻，避免受到低温冻害的影响。同时，将主控芯片接收到的温湿度数据通过ESP8266无线通信模块与手机进行通信。（3）设计出可视化展示界面。管理人员可以登录苹果防霜冻后台管理系统来查看信息，同时经过测试系统也实现了登录、实时监控、图表展示等各个模块的功能、app控制功能以及单片机控制功能。参考文献刘小艳.推进苹果产业后整理,促进产业综合效益和农民收入持续增长[N].延安日报,2019-09-25.杨爱琴,孙智辉,李桂英,杨丽,贺芬芬.苹果花期冻害决策气象服务及防御措施探讨[J].农业灾害研究,2020,10(09):46-48.潘换来,潘小刚,范婷.苹果树花期霜冻预防与挽救措施[J].果树实用技术与信息,2019(03):35-37.任玲,夏俊,翟旭军,刘政委,戚玉强.基于农业物联网技术的智能温室系统实现[J].南方农机,2022,53(03):5-10.李辉.苹果树冻害预防措施[J].中国果菜,2020,40(06):143-145.李瑞君.陕北地区苹果树栽培及冻害预防技术[J].农业工程技术,2021,41(29):77+79.刘娟.浅析苹果树的冻害预防技术[J].现代农业,2020(02):65-66.L.Shkurti,X.Bajrami,E.Canhasi.Developmentofambientenvironmentalmonitoringsystemthroughwirelesssensornetwork(WSN)usingNodeMCUand“WSNmonitoring”[J].EmbeddedComputing.IEEE,2017:1-5.R.N.Sonawane,A.S.Ghule,A.P.Bowlekar,A.H.Zakane.DesignandDevelopmentofTemperatureandHumidityMonitoringSystem[J].AgriculturalScienceDigest-AResearchJournal,2019,39(2).G.Mois,S.Folea,T.Sanislav.AnalysisofThreeIoT-BasedWirelessSensorsforEnvironmentalMonitoring[J].IEEETransactionsonInstrumention&Measurement,2017,66(8):2057-2064.王金举.浅谈苹果树栽培及冻害预防技术[J].农业开发与装备,2020(02):226-227.汪景彦,夏峰,谭宴宾.采取综合措施,防止晚霜危害[J].果树实用技术与信息,20