《基于STM32F103RCT6微处理器的校园用水智能控制系统设计》11000字

.2.2蓝牙通信软件设计在本系统中蓝牙模块的作用也不容小觑，其将系统各单元与个控制器相联系，同时通过蓝牙模块的连接可以远程控制系统中各控制器的工作状态，相对于而言起到了双保险作用。蓝牙模块在本系统中其串口初始化后主要有波特率、停止位和校验位等参数设置。如图4.5所示为其设置流程。图4.5串口设置流程在流程中的最后一项是编写中断服务函数，在函数中它的主要作用是接收各单元控制器的工作的延时参数，如图4.6所示：图4.6中断服务函数程序4.3感应测量装置软件设计在校园中各用水单元的设计都用到了感应测量装置，如：卫生间冲水控制器、水量监控器和绿植灌溉湿度测量控制器。在绿植灌溉用水系统中需要测量绿植周围土壤的湿度值，对于湿度值的测量十分复杂，因此就需要用到DS18B20来进行感应测量。4.3.1DS18B20概述DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。4.3.2DS18B20主要特性（1）适应电压范围3.0V～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；（2）DS18B20与微处理器之间仅需要—条口线即可双向通讯；（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯—的三线上，实现组网多点测温；（4）不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在外形如一只三极管的电路内；（5）测温范围－55℃～＋125℃，在－l0℃～＋85℃时精度为±0.5℃；（6）可编程的分辨率为9位～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；（7）在9位分辨率时，最多93.75ms便可把温度转换为数字，12位分辨率时最多750ms便可把温度值转换为数字；（8）直接输出数字温度信号，以一线总线串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；（9）电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；因此DS18B20遵循单总线协议，每次测温时必须有初始化、传送ROM命令、传送RAM命令、数据交换等4个过程。4.3.3DS18B20工作原理DS18B20的低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，同时隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。而斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。如图4.7所示图4.7DS18B20感应测量工作原理4.4本章小结本章是各用水单元控制系统与通信系统的软件设计，是基于硬件结构组成所要是实现的目标而设计的，分别是对各用水单元的控制器、通信系统和感应测量系统的软件进行分类设计。五、系统测试与结果分析以本文中前面章节部分所设计的整体校园用水智能控制系统中所涉及到的硬件和软件为基础，在本章设计出一套流程来对其各单元原件系统的准确性和实用性进行检测分析，是否可以达到预期目标：使相同情况下学生的生活用水与校园绿化灌溉得到最基本的节约，做到方便控制、功能性强。5.1通信系统测试5.1.1WIFI系统测试首先对于WIFI系统测试时要考虑到WIFI是否进行了校园覆盖，其次进行WIFI网络参数设置：主机服务器的主协议类型选择UDP，将IP地址设置为“192.168.3.100”，端口号为“8080”，通信IP地址设置为“192.168.3.2”，来进行调试，当调试完毕后进行连接测试，最后确保各单元硬件控制器可以有效的进行连接，最终形成一个覆盖是网络网。如图5.1所示：图5.1WIFI系统测试参数5.1.2蓝牙系统测试蓝牙连接系统在校园用水智能控制系统中运用比较少，它的作用也是将各用水单元硬件系统控制器与主监控器和各个用水单元硬件系统控制器之间相互连接起来，其与WIFI系统的作用大同小异，同时也起到了双保险作用。蓝牙系统的测试相对简单，他主要是测试其是否可以与主控制器和各用水单元硬件系统控制器有效连接。如图5.2所示：图5.2蓝牙系统测试结果5.2感应测量系统测试DS18B20所运用的是9位存储温值，最高位符号位。当负温度S=1，正温度S=0时：00AAH为+85℃，0032H为25℃，FF92H为-55℃，如图5.3所示：表5.1感应测量系统DS18B209位测试结果DS18B20所运用的是12位存储温值，最高位符号位。当负温度S=1，正温度S=0时：0550H为+85℃，0191H为25.0625℃，FC90H为-55℃，如图5.4所示：表5.2感应测量系统DS18B2012位测试结果5.3整合系统测试如图5.5所示，整个校园用水智能控制系统包含了主监控、路由器、水量监控器、宿舍用水控制器、教学楼冲水控制器和绿植灌溉控制器。将这些单元的硬件结构与软件系统相结合进行最终测试。由水量控制器进行条件判断和感应测量绿植周围土壤的湿度变化，通过路由器（通信系统）将数据传输至主监控做出数据处理与分析并发布指令，指令依然通过路由器（通信系统）传输至各用水单元的控制器，各用水单元控制器按照指令进行相应的工作。图5.5整合系统机构图5.4本章小结在本章中对校园用水智能控制系统中的各个主要单元系统进行了独立的测试，反复调试得出结果。最后对整个系统进行运行测试，将校园用水智能控制系统中各单元整合做出系统方案进行调试运行并得出结果。结论本文所设计的是校园用水智能控制系统，以达到在相同条件下进行相同的任务时可以有效的节约水资源。系统主要是由计算机、路由器、开关、DS18B20和STM32F103RCT6微处理器等硬件结构组成，可以实现以下功能：1.监控学生宿舍生活用水量并对其做出相应的水流量调整，当学生忘记关水依据水流量的大小进行条件判断，发布指令使控制器自动处于闭合状态；2.对于教学楼卫生间用水情况进行监控，按照设定好的条件进行判断发布指令，使控制器工作状态可以智能化切换，在不同条件下卫生间冲水控制器有不同的状态：被动、主动和静默；3.在绿植灌溉方面依据不同时间段进行测量监控绿植周围土壤湿度是否达到了湿度限值，并发布指令智能化进行灌溉。这样将会大大的减少水之源的浪费，通过智能化管理，在校园用水的各个设施中都可以达到节约用水的目的。达到了设计本系统的初衷：设计出在相同情况下学生的生活用水与校园绿化灌溉得到最基本的节约，做到方便控制、功能性强的用水、节水系统。 参考文献[1]习近平关于社会主义生态文明建设论述摘编[M].北京：中央文献出版社，2017.[2]杜娟.校园用水智能控制系统研究与设计[D].兰州理工大学,2019.[3]孙贺.机场供水管网智能控制系统研究[D].中国民航大学,2019.[4]熊中才.促进节约用水的难点及对策研究[J].中国水利,2019(23):15-19.[5]李明柔,陆隽,陈燕群.智能节水灌溉系统应用与推广[J].技术与市场,2018,25(10):104-105.[6]郑瀚,张治江,胡勇,侯新,张明钱.高校节水实施路径探索与思考[J].大众科技,2019,21(10):141-143.[7]吕娣.一款校园节水灌溉智能控制系统的设计[J].河北农机,2017(08):62.[8]张子博.高校校园节水项目成本效益研究[D].北京交通大学,2019.[9]刘骁.湿热地区绿色大学校园整体设计策略研究[D].华南理工大学,2017.[10]黎玖高,石亚洲,郑广天,李有增,张西峰,刘学伟,王卫放,王常军,徐雪菲.校园节水模式与新技术应用研究[J].高校后勤研究,2018(S1):54-56.[11]张彩峰,陈艳.高校节水技术与节水管理研究[J].高校后勤研究,2018(01):47-50.[12]靳彩霞.对节水型校园创建工作的思考[J].浙江水利科技,2018,46(01):19-20+22.[13]高姝婷.我国高校节水研究综述[J].教育教学论坛,2016(08):3-4.[14]孙修国.浅谈智能节水控制系统的推广意义[J].山东水利,2019(11):76-77.[15]杨子江,余迟.校园水资源浪费及节水型校园建设初探[J].节水灌溉,2007(03):88-89.[16]倪江群,唐承佩,张东,等.CAN通信协议及其硬件实现[J].通信学报,2008,29(5):107-113.[17]GuanshengLv,WenhuaChen,XinLiu,等.ADual-BandGaNMMICPowerAmplifierwithHybridOperatingModesfor5GApplication[J].IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2019,PP(99):1-3.[18]RubenM.Sandoval,Antonio-JavierGarcia-Sanchez,JoanGarcia-Haro.PerformanceoptimizationofLoRanodesforthefuturesmartcity/industry[J].EURASIPJournalonWirelessCommunicationsandNetworking,2019,2019(1).[19]ChongSC,ChongSC,ChongSC,etal.NFCmobilecreditcard:Thenextfrontierofmobilepayment[J].Telematics&Informatics,2014,31(2):292-307.[20]WangT,GuL.AnElectronicWater-SavingIntegratedSystemforToiletBowlBasedonElectromagneticValveControlling[C].2009IEEEInformationandComputingScience.2009:258-261.致谢“纸上得来终觉浅”，在本次设计中深深的明白了实践的重要性，没有实践就无法将所学到的理论知识很好的运用。在进行毕业设计期间刘攀老师的内