【基于单片机的智慧湿地监测系统设计8200字】

基于单片机的智慧湿地监测系统设计摘要地球上存在着多种承载着调节气候和生物物种栖息地等功能的生态系统，湿地则是其中一种。湿地与全球环境变化有着莫大的关联，两者相互作用，又相互影响，同时对于人类社会文化经济生活，湿地也起着至关重要的作用。本文设计一款基于单片机的智慧湿地监测系统。本系统内融入了多种技术，使用到的这些技术能够实时的监测湿地内的状态信息，这些信息经由传感器采集后再经单片机处理后，上传至云平台，使用云平台上的API接口与远程移动终端进行对接，最终实现移动终端上设备的控制与信息的显示。本系统使用的开发板为STC8A8K64S4A12单片机核心板,内核为51单片机，加上温度、湿度、PH传感器、OLED显示屏以及无线通信模块等硬件的辅助完成，通过调用各个子程序实现系统内的数据采集、传输与显示，经测试，系统运转稳定，较好地完成了设计功用。关键词：智慧湿地；单片机；云平台；实时监测；传感器；物联网 目录 1.绪论 [15]，开关中断。这些结束后，单片机主控制部分给各个传感器发送指令，传感器得到单片机的指令后开始各方面数据的采集。采集完成后，各项数值经A/D转换处理又传至单片机，经OLED显示模块显示屏显示出数据。单片机内部将各个数据值与预设的各项阈值进行比较，若正常则继续监测，否则报警。3.3采集子程序3.3.1湿度采集子程序湿度采集的实现是通过电容式湿度传感器CapacitivesoilmoisturesensorV2.0来完成的，在传感器收集到数据后再经A/D转换后传输到单片机可使用的数字量。具体实现代码见附录。3.3.2串口PH采集程序PH和温度采集的实现是通过BHT-D型PH值、温度变送器来完成的。通过PH传感器和温度变送器采集到环境中PH值与温度值的数据，该传感器中温度传感器收集到的温度值对环境中的PH值有一定的补偿作用，所以测得的值经过处理后一同传至单片机中。具体实现代码见附录。3.3.3OLED显示程序首先使连接硬件部分，将单片机和OLED连接的部分，即IO口设置为输出，之后对OLED的各个模块进行初始化程序，这些程序包括了SSD1306硬复位程序、IC初始化程序、缓存清零程序、显示程序等，最后通过调用一些函数将传输过来的数字和字符显示在屏幕上。具体实现代码见附录。3.3.4无线通信模块程序上电后系统初始化完成，将模块设置成AP模式，使用AT指令完成WIFI模组的初始化并连接到Onenet的MQTT服务器，之后使用字符串拼接函数将数据封装成JSON格式，同时将数据显示在屏幕上。之后设置定时器控制数据上传的频率。在MQTT协议中，信息的发送端和接收端都属于系统中的客户端，将数据封装成JSON格式有利于客户端上传数据和另一个客户端从服务器接收数据，这样有效地增加了数据的可读性，减少了不必要的数据传输。具体实现代码见附录。移动终端app开发4.1开发软件简介AndroidStudio是谷歌推出的基于IDEA的Android集成开发环境，目前开发人员使用较多的开发工具依然还是Eclipse，但AndroidStudio是Google专门为安卓开发而量身定做的，它比着Eclipse有着速度更快、更加智能、更加美观等优点，其使用基于Gradle的灵活的构建系统，其强大的布局编辑器使得开发变得更加的方便快捷，而且支持Koltin编码和Lua编码(通过NDK开发)等优点使AndroidStudio成为安卓开发的不二之选。4.2软件开发流程下载并安装AndroidStudio，导入SDK；图4-1AndroidStudio及SDK安装成功注册申请Onenet云平台，查看自己账号的API；图4-2云平台API查看在AndroidManifest.xml中添加相关代码；图4-3在AndroidManifest.xml中添加相关代码创建布局文件，进行界面布局；图4-4界面布局移动终端作为MQTT协议中的另一个客户端，起到收数据的作用，本文上面也提到要使用JSON格式的数据，所以要对数据做一个格式上的转换。图4-5json转换编译并运行；图4-6编译运行系统测试5.1硬件测试第一步，完成硬件各个部分的连接，程序下载烧录完毕后进行上电测试，系统上电后，各模块开始初始化，屏幕显示请稍后；如图所示：图5-1系统初始化等到初始化程序执行结束后，系统的各个部件开始工作，传感器从环境中获取到数值，并传输到显示屏上显示。如图所示：图5-2数据测量及显示由于环境限制，不能改变环境中的各项数值，可在app上修改，各项数据的阈值，使其在显示屏上显示报警，警示灯亮，如图所示：图5-3系统报警5.2App测试AndroidStudio导出APK，安装在安卓系统的手机上，显示各项数据和阈值设置，如图所示：图5-4app数据显示改变某项阈值，使测得数据与阈值相比引起报警，手机上显示报警信息，如图所示：图5-5app报警信息5.3云平台测试系统上电后，自动连接预先设定的Wi-Fi网络，数据信息经MQTT协议传输至云平台，在云平台设备处显示各项信息，如图所示：图5-6云平台设备显示云平台可对系统进行日志信息的调用，查看历史记录，进行可视化管理；如图所示：图5-7云平台温度值变化可视化图5-8云平台PH值变化可视化图5-9云平台湿度值变化可视化经测试，系统各部分运行稳定，整体达到预期效果。总结本篇论文首先介绍了智慧湿地监测系统的研究背景、研究意义和发展的趋势与展望，然后对完成该系统的需求进行了分析从而确定系统要实现哪些功能，然后对其做出总体的设计。接着介绍了该系统使用到了哪些技术，并对使用到的硬件一一作了介绍。最后是对应用程序和开发测试做了详细的介绍。我的毕业设计的课题是基于单片机的智慧湿地监测系统，预期应用在国内不同流域的各大湿地中。在本系统中，主要功能实现了对湿地内温度、湿度和PH值的监测，云平台信息的查看调用以及移动终端的信息查看与控制。结合了包括物联网在内的多种前沿技术，系统短小精悍，测试中的稳定性也很强，相信在实践应用中也会有很好的成效。本次设计的系统初衷在于帮助湿地工作人员对湿地系统的相关信息进行实时的监测，并借助于物联网的云平台和贴近生活的手机让湿地信息一目了然地呈现在观察者面前，从而有助于分析湿地的环境变化，做出喜爱能够赢得应对策略与方案，是适应当前信息化时代，大数据时代的必然的产物在完成毕业项目的过程中，我遇到了许多大大小小的问题。代码一次又一次地报错，运行一次又一次的失败，软件一次又一次的崩溃，硬件一次又一次的故障都使我在开发过程中无数次的想要放弃，正是这来之不易的成功让我对此次毕业设计的开发有了更深的体会。对于我们，本科学习到的知识只是项目入门的基石，我们现在的水平完全达不到以后社会工作中所要求的那样，因此这更激励我在以后学习上付出更多的努力，毕业不意味着放弃学习，相反，毕业后才是我们更高层次学习的开始。参考文献孟宪民.湿地与全球环境变化[J].地理科学,1999,19(5):385-391.赵惠,张海英,李娜娜,等.中国湿地遥感研究现状与趋势评述[J].地理与地理信息科学,2010,26(2):62-66.QingDu,YanhuaMiao,YunhuiZhang.DesignofIntelligentMonitoringSystemofChickenHouseEnvironmentBasedonSingle-chipMicrocomputer[J].MATECWebofConferences,2018,(227):1-4.侯杰,杨斌,刘择准,等.基于Arduino的智慧湿地监测系统设计[J].物联网技术,2020,(12):10-20.王晓莲,张皓然.基于C51单片机的GSM智能环境检测系统的设计[J].安徽电子信息职业技术学院,2018,17(1):18-21.李自臣,刘娟.基于云平台的物联网多路数据处理研究[J].电子测试，2020，27(11)：92-93.关大陆.基于STC8A8K64SA12和AD590的远程测温系统[J].辽宁科技学院学报，2017，19（6）:1-2.田汇文,翟亚明,唐瑞，等.基于电容式湿度传感器的砂土水分含量测定[J],节水灌溉,2019,(11):22-32.沈晨航，周俊.基于ESP8266WiFi模块和MQTT协议的游泳馆水质监测系统设计[J].数字技术应用.2020,38(5):148-151.王昊宇,李国利,周创,等.基于ESP8266的温室大棚远程监控系统设计[J].科技创新与应用.2021,(6):53-56.肖文文,胡平平.OLED字符显示和图形绘制系统的设计与实现[J].北京信息科技大学学报,2011,26(6):70-75.陈群英．基于单片机的OLED显示器的应用[