无线WiFi土壤湿度检测器的研制.doc

杭州电子科技大学毕业设计开题报告题 目土壤湿度无线Wi-Fi采集器研制学 院电子信息学院专 业电子信息工程姓 名吕山班 级13041815班学 号13041610指导教师蔡文郁一、 选题综述1、选题背景：随着人类社会的发展，人类社会对于水的需求量越来越大，水在社会中的作用越来越大。水是生命之源，没有水就没有生命。水是地球上最丰富的资源，虽然地球上的水总体积约有13亿8600万立方千米，但是淡水只有3500万立方千米左右。我国是一个干旱缺水严重的国家，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。然而，中国又是世界上用水量最多的国家。那么面对水资源短缺的问题我们应该怎么办呢？面对资源问题，一般采取的办法一是开源；二是节流。开源指的是开发或寻找另外一种能源代替水资源，但是现如今还不能找到另外一种资源来代替。其二，节流指的是节约资源提高资源的利用效率。农业用水占据的我国用水的绝大部分。但是，我国的农业水利用率低于世界平均水平，提高农业用水的利用率就较为关键了。2、提高农业水资源的利用率：实时了解土壤湿度是提高水资源利用率的关键，土壤湿度：土壤湿度表示一定深度土层的土壤干湿程度的物理量。土壤湿度的高低受农田水分平衡各个分量的制约。要提高农业水的利用率，前提是要知道土壤的湿度，知道在合适的时间提供水，知道土壤的湿度就显得十分迫切了。土壤湿度的几个主要测量方法有（1）负压计法：使用负压计测定。当未饱和土壤吸水力与器内的负压力平衡时，压力表所示的负压力即为土壤吸水力，再据以求算土壤含水量。（2）中子法：使用中子探测器加以测定。中子源放出的快中子在土壤中的慢化能力与土壤含水量有关，借助事先标定，便可求出土壤含水量。3、土壤湿度检测现在的发展以及未来的发展方向：（1）当代土壤湿度检测前沿卫星遥感检测：微波遥感监测土壤湿度方法可分为被动式和主动式遥感两种。主动式遥感是通过测量雷达后向散射系数来实现目标特性参数的测量。不同含水量的土壤介电特性不同，其雷达回波信号也不同。据此可建立后向散射系数和土壤含水量的关系。（2）未来的发展方向物联网： 随着计算机以及无线网络技术的发展，人们迎来物联网时代。物联网即是物物相连，基于物联网的土壤湿度检测系统具有数据准确、监控实时和海量存贮等特点。未来应用前景十分广大。4、小型土壤湿度检测器的运用前景：实现供水智能化，降低人体劳动，提高水资源利用效率，节约水资源，降低农业长期成本，使我国的农业现代化水平显著提高。将广泛运用于室内盆栽、小型作物。未来市场经济效益十分可观，具有广泛的可实现性。二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题：1、 基本内容：（1）了解土壤湿度的测量方法以及计算公式（2）土壤湿度信号的采集、转化以及计算（3）土壤湿度信息的无线传递（Wi-Fi）（4）电脑端或者移动端显示土壤湿度值（5）电脑端或者移动端控制输出（手动模式）（6）当传感器所处的环境湿度低于某一设定值时，自动打开输出端（7）调试程序，实现程序固化2、解决的主要问题：（1）解决土壤湿度检测的高成本（小型化、便于携带）（2）用Wi-Fi模块实现土壤湿度信息的无线传递（3） 实现自动控制功能，以及手动自动的转换三、 研究步骤、方法及措施：1、研究步骤：（1）查阅资料确定研究方向及主题（2）咨询导师建议，查询方案可行性（3）查阅国内来关于土壤湿度湿度监测及传输的相关论文和实例（4）进行硬件电路设计，画电路板（PCB作图）（5）购买元器件以及测试（6）硬件制作以及检测（7）编写以及调试程序（8）实地测试，检测基本功能（9）与标准湿度计做对比测试，反复调试， （10） 完成毕业设计论文，实验结束2、方法及措施：（1）选择主要元器件ESP8266串口WIFI1）使用优势：支持三种模式：AP,STA,AP+STA 共存模式5、完善简洁高效的AT指令开发简单。2）使用特点及方法：实现与同局域网设备之间的相互通信。Risym 土壤湿度传感器模块（4线）1）使用优势：拥有加宽的感应面积，使土壤传感器较为灵敏、表面采用镀镍处理，提高导电性，有效减少接触土壤生锈问题，使用期限较长，成本较低3、感应器价格较为低廉，易于获得。2）使用特点及方法： 通过电位器调节控制相应阈值，湿度低于设定值时，DO输出高电平，高于设定值时，DO输出低电平，当DO输出低电平时，DO输出指示灯亮；能够传输模拟信号和数字信号。（2）大致系统原理设计框图：（如图一所示）（3）软件功能描述； 本次实验所用的ESP8266，不需要虚拟机，只需要搭建IOT环境。内置WIFI前端和高性能的32位MCU，本次购买的ESP8266搭配安信可，安信可内嵌了AI-CLOUD 的8266 SDK，可以用此去开发。ESP88266模块在AP模式下与手机进行通讯，打开安信可ESP8266模块调试工具,选好串口,点击连接;手机端打开ESP8266安卓客户端,ESP8266模块调试工具进入AP和Sta通信选项卡 1: 按下1-选择WiFi为AP模式 2: 按下2-设置AP模式下的参数3: 按下3-复位ESP8266模块 4: 按下4-启动多连接 5: 按下5-开启TCP服务器模式,开启成功后,它会跳出一个提示弹窗,提示: 让手机用WiFi连接ESP8266模块,然后在手机上打开ESP8266安卓客户端APP,并点击连接按钮 6: 按下6-等待接收APP操作指令 7: 如果你想结束本次测试,请按下7-结束测试。3、原理简述：利用传感器连接外部环境，通过Risym土壤湿度传感器将信号输入ESP8263，Risym土壤湿度传感器可以传输模拟信号或者数字信号（高低电平）；比较器采用了LM393芯片，工作稳。Risym土壤湿度传感器有电位器，用于调剂土壤适度的阈值，顺时针调节，控制的湿度会越大，逆时针越小；数字量输出D0可以与单片机相连接，通过单片机来检测高低电平，由此来检测土壤湿度；小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转化，可以获得土壤湿度更精确的值；经过 Risym土壤湿度传感器传递过来的信号传递到ESP8266当中，通过Wi-Fi SOC芯片进行数据采集，并传递到移动端或者电脑端；同时电脑端或者移动端也可以发送信息到ESP8266中，从而达到控制输出的目的。 4、实验实现的功能： 这次实验的结果期望是： 第一，可以利用土壤湿度检测器得知当时环境下土壤的实时湿度，第二，自己可以根据情况设定某一土壤湿度值，当环境土壤湿度值低于这一设定值时，传感器灯亮，并且自动打开水阀供水（在自动模式下）；并且在移动端或者电脑端得知当时土壤浓度；（两者同时处于同一无线局域网络）第三，可以在移动端或者电脑端选择自动模式或者手动模式，在手动模式下可以打开或者关闭水阀；在自动模式下选择最低湿度值，自动调节。四、研究工作进度：序号时间内容12016.12.9-2016.12.26选定课程，确定导师22016.12.26-2017.1.6任务书32017.2.27-2017.3.5开题报告会42017.3.6-2017.3.19完成外文翻译及文件检索52017.3.20-2017.4.2制作并完成电路图及硬件62017.4.3-2017.4.16编写程序及程序调试72017.4.17-2017.4.30实物检测以及调试82017.5.1-2017.5.14撰写毕业论文92017.5.15-2017.5.24论文评审及查重102017.5.29-2017.6.4答辩报告会五、 主要参考文献：1 刘义.土壤信息采集系统的设计J.农业网络信息,2005(1):105-1062 马孝义,马建仓.土壤水分介电频差式传感器的研究J水土保持研究，2002(9):87923 王磊,文军.卫星被动微波遥感土壤湿度研究进展J.气象科技，2009，37(1):6772.4刘永岗,王日鑫,李学哲.气量法快速测定土壤含水量技术J.水土保持科技情报，2005(6):25275马孝义,熊运章,王庆玺,等.智能化田问土壤水分测定仪的研制J.水土保持通报，1995,15(1):32386时新玲,王国栋.土壤含水量测定方法研究进展J.中国农村水利水电，2003(10):84867杨延荣,左月明,单慧勇.基于传输