基于物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)的智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)的智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，各種智能化系統(tǒng)走進(jìn)了人們的生活。智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)將單片機(jī)、花卉養(yǎng)殖和OneNet云平臺(tái)組合起來，通過設(shè)備對(duì)花卉的養(yǎng)殖過程進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉生長環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用科技手段輔助人們進(jìn)行花卉養(yǎng)殖。本設(shè)計(jì)分為土壤監(jiān)測(cè)模塊、顯示模塊、控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，來監(jiān)控智慧花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)里的花卉在生長階段的土壤溫濕度條件、光照等參數(shù)。當(dāng)生長環(huán)境不利于植物時(shí)，客戶端會(huì)給出提示，便于用戶查詢相關(guān)信息并且進(jìn)行調(diào)節(jié)花卉的生長環(huán)境。使得人們有著更為方便的生活。關(guān)鍵詞：智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)；單片機(jī)；OneNETDesignofIntelligentFlowerBreedingSystemBasedonInternetofThingsControlTechnologyGaoHuilingSupervisor:LiuJia(SchoolofInformationTechnology,ShangqiuNormalUniversity,Shangqiu476000,China)Abstract：WiththerapiddevelopmentofInternetofthingstechnology,avarietyofintelligentsystemscomeintopeople'slives.Theintelligentflowerbreedingsystemcombinessinglechipmicrocomputer,flowerbreedingandonenetcloudplatform,monitorstheflowerbreedingprocessthroughequipment,realizesthereal-timemonitoringoftheflowergrowthenvironment,andassistspeopleinflowerbreedingwithscientificandtechnologicalmeans.Thedesignisdividedintosoilmonitoringmodule,displaymodule,controlmodule,networkcommunicationmodule,tomonitorthesoiltemperatureandhumidityconditions,lightandotherparametersofflowersinthegrowthstageofintelligentflowerbreedingsystem.Whenthegrowingenvironmentisnotconducivetoplants,theclientwillgiveaprompt,whichisconvenientforuserstoqueryrelevantinformationandadjustthegrowingenvironmentofflowers.Makepeoplehaveamoreconvenientlife.Keywords:Intelligentflowerculturesystem;Singlechipmicrocomputer;OneNET引言隨著智能化設(shè)備的不斷改進(jìn)，人們的生活水平也逐漸提升，當(dāng)物質(zhì)生活達(dá)到一定的需求后，人們就開始追尋精神上的慰藉。在天然的情況中可以很好的放松自己的身體和精力。但同樣的，為了生活人們要努力奮斗，導(dǎo)致人們沒有很多的時(shí)間走進(jìn)大自然。因此，在工作和休息的環(huán)境中養(yǎng)殖花卉成為了最好的解決方式。人們通過研究不同花卉的生長環(huán)境，用科技的手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)花卉養(yǎng)殖的智能化監(jiān)測(cè)，讓人們不必再花費(fèi)大量的心神在花卉的存活上。智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)的出現(xiàn)是一個(gè)必然的結(jié)果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展給我們的生活帶來了日新月異的變化，在本設(shè)計(jì)中，結(jié)合了傳統(tǒng)的方式和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)[1]對(duì)花卉的成長環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)控,將成長過程中的各種數(shù)據(jù)顯示給人們，便于進(jìn)行直觀觀察的同時(shí)又節(jié)約了人們的時(shí)間，花卉的成長也更有保障。1花卉養(yǎng)殖智能化的意義及現(xiàn)狀1.1研究意義科技的進(jìn)步伴隨的是生活節(jié)奏的加快，這也就意味著人們的壓力越來越大，親近自然是一種很好的放松方式，養(yǎng)殖植物的過程能夠?qū)⑷藗兊乃季S從繁雜的工作和生活中釋放出來。同時(shí)，植物開始光合作用，向外釋放出氧氣，可以改良室內(nèi)的空氣質(zhì)量。智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)的研發(fā)使得在節(jié)省更多資源的同時(shí)也節(jié)省了種植人的精力和時(shí)間。本設(shè)計(jì)中使用溫濕度傳感器來監(jiān)測(cè)花卉成長過程中各種數(shù)值的變化，當(dāng)環(huán)境超出花卉生長最適宜的條件時(shí)，將信息上傳，通過計(jì)算之后得到合理有效地解決方案，有效提高花卉的成活率。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外智能花卉養(yǎng)殖的研究現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而言，國外相對(duì)領(lǐng)先于國內(nèi)。近年來國外已經(jīng)研發(fā)出了比較全面的花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝備了許多不同功能的傳感器，因而也體現(xiàn)出了更多的功能，大大方便了用戶。在英國，一個(gè)叫納塔莉金的女生發(fā)現(xiàn)了一種智能花草養(yǎng)殖體系?；ú蒺B(yǎng)殖體系具備安置在花草養(yǎng)殖體系底部的水和溫度傳感器，和一個(gè)光傳感器。這些傳感器監(jiān)測(cè)盆栽花卉生長環(huán)境的變化。假設(shè)成長環(huán)境不符合規(guī)范，花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)將收到警報(bào)?；ɑ莛B(yǎng)殖體系外部的指示燈，能更便利的告知用戶。歐洲人曾發(fā)現(xiàn)一種頗有意思的智能花草養(yǎng)殖體系。他在該系統(tǒng)中加入了聲音傳感器，當(dāng)附近有人時(shí)，它會(huì)通過發(fā)出不同的聲音，表達(dá)它此時(shí)的狀態(tài)。這樣做更加便利了用戶，使用戶可以明確的了解到花卉此時(shí)的狀態(tài)，方便用戶調(diào)節(jié)適宜的生長環(huán)境。1.2.2國內(nèi)智能花卉養(yǎng)殖的研究現(xiàn)狀我國也是一個(gè)科技強(qiáng)國，而且仍在不停的成長之中。我國其實(shí)也出現(xiàn)過類似的裝置，它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水[2]，但是由于系統(tǒng)的不完善，會(huì)造成一定程度上的水資源浪費(fèi)，使用不當(dāng)還可能出現(xiàn)周圍積水的情況，也不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)用戶也不能對(duì)花卉生長的環(huán)境信息進(jìn)行查詢，養(yǎng)殖者依舊要浪費(fèi)大量的人力物力在監(jiān)測(cè)和培養(yǎng)上。2智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.1智能花卉養(yǎng)殖系統(tǒng)的需求分析采用傳統(tǒng)的方式種植花卉在浪費(fèi)大量人力物力的同時(shí)，花卉的成活率仍舊不高，澆水的多少，什么時(shí)間澆水都是很難界定的。普通的智能養(yǎng)殖系統(tǒng)通常都是設(shè)定定時(shí)定量澆水[3]，沒能考慮到天氣的影響,如：陰雨天水汽蒸發(fā)較為緩慢，澆水周期應(yīng)該延長或是減少澆水量，天氣較熱時(shí)，水汽蒸發(fā)加較為快速，周期是縮短還是加大澆水量都是很難確認(rèn)的，所以人們依舊要花費(fèi)大量的心神。因而可知，一款更智能的智能花草養(yǎng)殖體系的呈現(xiàn)是大勢(shì)所趨。2.2系統(tǒng)性能分析Arduino是一個(gè)相比較來說更為寬廣的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)，它的受眾很廣，可以支持不同的開發(fā)者使用。此平臺(tái)的硬件接入簡(jiǎn)略，沒有復(fù)雜的請(qǐng)求，用戶可以在接受少少要求的情況下，進(jìn)入該平臺(tái)開始操作。你只需要在平臺(tái)上按照提示將你所用的設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)，完成操作后就可以使用整個(gè)平臺(tái)的服務(wù)。它的功效有：專網(wǎng)專號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)給相同需求的不同人提供相同的服務(wù)，同時(shí)也可以給不同需求的相同人提供各種不同的服務(wù)；支持大量裝備的海量接入；可以更安全地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[4];終端設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能；還可以完成消息分發(fā)、能力輸出以及運(yùn)用算法分析數(shù)據(jù)。2.3系統(tǒng)的整體架構(gòu)本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的整體整體框架[5]如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)整體框架圖本設(shè)計(jì)的框架主要為：硬件設(shè)備啟動(dòng)后開始采集信息，然后將采集到的信息傳送到云平臺(tái)，用戶在登陸平臺(tái)后可以自主查看花卉生長環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)。硬件設(shè)備包括了數(shù)據(jù)的感知和數(shù)據(jù)的處理兩個(gè)部分；數(shù)據(jù)感知通俗來說就像是人體的器官感受到了外界的一些信息，收集這些信息，并將它發(fā)送回大腦的過程；數(shù)據(jù)的處理時(shí)借助云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，硬件中的這個(gè)部分就像是我們的大腦，它掌控著整個(gè)硬件的正常運(yùn)行，是硬件中不可或缺的一部分。它用特別的方式將傳感器采集到的物理信息變成了數(shù)字信號(hào)。將硬件部分得到的數(shù)據(jù)保存起來，可以作為用戶了解花卉情況的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)傳輸可以理解為軟硬件之間溝通的橋梁，它的存在讓軟硬件之間實(shí)現(xiàn)了信息交流，涉及了云平臺(tái)等通信協(xié)議以及嵌入式網(wǎng)關(guān)等技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)。用戶查看花卉生長環(huán)境的信息是本設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的一部分，這是直面受眾的部分，通過這一部分，用戶可以簡(jiǎn)潔快速的了解花卉生長環(huán)境的各個(gè)因素，以及直觀的了解到問題的處理方案。3硬件部分的設(shè)計(jì)方案3.1Arduino平臺(tái)3.1.1Arduino平臺(tái)的介紹Arduino是一款包含軟硬件的開源性電子平臺(tái)，它研發(fā)的時(shí)候采用的就是軟硬件結(jié)合的思想，它的硬件易于設(shè)置，基本不需要繪制電路板和導(dǎo)線連接模塊；它的軟件部分，代碼基本不涉及寄存器這一級(jí)別。它有著類似于Java和C[6]的處理/接線的開發(fā)環(huán)境。它包含Arduino板和計(jì)算機(jī)中的程序開發(fā)環(huán)境（ArduinoIDE)，只需要將代碼寫入IDE，并上傳到Arduino板，它就會(huì)告訴Arduino應(yīng)該做什么。3.1.2Arduino開發(fā)板開發(fā)板使用的是以高通芯片為主的芯片，目前具有14個(gè)數(shù)字引腳口，這14個(gè)引腳口中有6個(gè)可以當(dāng)作是輸出端口；它還有六個(gè)模擬輸入輸出的端口、一個(gè)體振器和另一個(gè)帶有電源插座，以及具有復(fù)位的按鈕和串行狀態(tài)指示燈以及USB端口。如圖3.1所示，是由中貝斯特官方所提供的Arduino開發(fā)板的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖。圖3.1Arduino的開發(fā)板結(jié)構(gòu)圖Arduino開發(fā)板利用串口實(shí)現(xiàn)通信的。開發(fā)板中的USB端口有兩個(gè)功效：一是開發(fā)板的電源，二是實(shí)現(xiàn)電腦與開發(fā)板之間的信息交流。通過USB端口，我們可以將代碼燒錄進(jìn)芯片。3.2傳感器的工作原理傳感器是將現(xiàn)實(shí)里的物理數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成電腦可以識(shí)別的數(shù)據(jù)的重要設(shè)備，轉(zhuǎn)換后我們可以通過前端看到更加只管而清晰的數(shù)據(jù)分析。傳感器的作用主要就在于檢測(cè)，他把檢測(cè)到的信息按照某種方式傳輸出去?，F(xiàn)如今有許多的傳感器，大小、功能各不相同。形象點(diǎn)說，傳感器就像是人們的器官，將感知到的虛的東西以另一種姿態(tài)呈現(xiàn)出來。本設(shè)計(jì)中主要用到溫濕度傳感器、土壤濕度傳感器、光傳感器收集花卉生長過程中所在的生長環(huán)境中的數(shù)據(jù)。3.2.1溫濕度傳感器介紹在植物生長的各個(gè)階段，其所在環(huán)境的溫濕度起著很大的作用，就像很多植物的種子只有春天的溫度才能發(fā)芽；適宜的溫度和水分對(duì)植物的生長起著至關(guān)重要的作用。本設(shè)計(jì)中主要采集溫度和濕度這兩項(xiàng)參數(shù)，所以會(huì)更傾向于選擇溫濕度傳感器[7]這款復(fù)合型的傳感器。這款傳感器在對(duì)溫度信息采集的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣濕度的信息采集，相比于傳統(tǒng)的傳感器，這款傳感器在采集信息的時(shí)候結(jié)合使用了溫濕度傳感技術(shù)，提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)使用的溫濕度傳感器是由收集溫度的組件和收集空氣濕度的組件集合成的，把它和一個(gè)8位的單片機(jī)進(jìn)行鏈接；有著響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、性價(jià)比高、測(cè)量高等諸多的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)傳感器檢測(cè)分析要上傳的信號(hào)時(shí)，就會(huì)調(diào)用存儲(chǔ)器里的校準(zhǔn)系數(shù)，通過該系數(shù)來分析處理信號(hào)。它使用單線串行口為主要串口輸出技術(shù)使得它在系統(tǒng)集成方面有很大優(yōu)勢(shì)。如圖3.2是數(shù)字溫濕度傳感器[8]的電路圖，圖3.3是溫濕度產(chǎn)品實(shí)物圖，在本設(shè)計(jì)中就是使用這種傳感器來收集花卉養(yǎng)殖環(huán)境內(nèi)的數(shù)字信號(hào)。圖3.4，展示的是溫濕度傳感器的工作原理圖。其中，VCC提供正極電壓，DATA提供負(fù)極電壓，獲取傳感器采集到的數(shù)字信號(hào)的方式是讀取對(duì)應(yīng)的數(shù)字引腳口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。圖3.2數(shù)字溫濕度傳感器電路圖圖3.3溫濕度傳感器實(shí)物圖3.2.2土壤濕度傳感器介紹在溫室里的植物生長時(shí)，溫室內(nèi)的適宜溫濕度是農(nóng)作物生長[8]的必要條件，土壤的濕度對(duì)農(nóng)作物的生長也會(huì)產(chǎn)生很大的影響的，就像養(yǎng)花一樣，長時(shí)間忘記澆水，花就會(huì)渴死是一樣的道理。我們都知道，農(nóng)作物主要是靠根部吸收水分來生長的，所以保證土壤水分的充足，就是保證農(nóng)作物生長的時(shí)候的根部能夠直接吸收到充足水分供給生長。但是如果土壤水分過多，太濕潤了，就會(huì)造成根部因?yàn)槿鄙傺鯕猓鴮?dǎo)致種植物的呼吸作用減少，呼吸作用減少了，由于水分過多稀釋了土壤，植物不能從土壤中吸收到營養(yǎng)，然后根部吸水飽和后拒絕吸收水分，就會(huì)把根部浸泡在水里，持續(xù)時(shí)間過長的話，最后會(huì)導(dǎo)致根部腐爛，沒有了根部的植物就會(huì)死亡。反之，如果是土壤水分不充足，土壤過于干燥，農(nóng)作物的根部會(huì)吸收不到充足水分維持其生命活動(dòng)，然后就會(huì)慢慢的脫水枯萎。在重度缺水的情況下，農(nóng)作物會(huì)直接脫水枯萎，會(huì)給農(nóng)民帶來巨大的損失。所以說，在這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們不僅要考慮到水分、氣溫和土壤濕度對(duì)農(nóng)作物生長的影響，也要考慮農(nóng)作物的生長條件對(duì)農(nóng)作物的影響。綜合各種情況考慮，盡最大的努力避免一些不必要的損失，盡量將傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變成為真正的智能化農(nóng)業(yè)。這里采用的是土壤濕度傳感器，這類傳感器主要依靠濕度檢測(cè)電路來控制對(duì)土壤濕度的檢測(cè)，傳感器的內(nèi)部有一個(gè)輸出引腳傳輸出的數(shù)據(jù)把它和預(yù)設(shè)值相比較來確定土壤的濕度，順時(shí)針調(diào)節(jié)會(huì)調(diào)大預(yù)設(shè)值，而逆時(shí)針調(diào)節(jié)會(huì)調(diào)小預(yù)設(shè)值。當(dāng)引腳感受到低于0的數(shù)據(jù)，輸出引腳會(huì)檢測(cè)到“1”電平，相反輸出引腳感受到高于0的數(shù)據(jù)時(shí)，輸出引腳會(huì)檢測(cè)到“0”電平，把數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c傳感器相連的單片機(jī)中就可以獲得更為準(zhǔn)確的土壤濕度的數(shù)據(jù)。此外，，這種傳感器采用在傳感器上的部分地方進(jìn)行電鍍的辦法來提高導(dǎo)電能力的優(yōu)秀生產(chǎn)工藝，這個(gè)方法也大大的提高了傳感器的使用壽命，讓它可以在土壤里長時(shí)間存放但不生銹。如圖3.5，為土壤濕度傳感器原理電路圖；圖3.6，是55769土壤濕度傳感器的實(shí)物展示圖。圖3.5土壤濕度傳感器的原理電路圖圖3.6土壤濕度傳感器的實(shí)物展示圖該土壤濕度傳感器的探頭采用了電鍍處理，這種工藝可以提高探頭的導(dǎo)電性。如圖3.7圖3.7土壤濕度傳感器的結(jié)構(gòu)圖3.3硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3.3.1Arduino開發(fā)環(huán)境Arduino是一款開源的電子原型平臺(tái)，具有靈敏，方便，易于使用的特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)包含各種型號(hào)的開發(fā)板和軟件，所以開發(fā)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不需要學(xué)習(xí)掌握很復(fù)雜的面向?qū)ο蟮腃++語言，通過C語言的過程化編程就可以實(shí)現(xiàn)開發(fā)。作為一個(gè)已經(jīng)誕生了的開源電子平臺(tái)，在許多優(yōu)秀開發(fā)人員的共同努力下變得越來越完善和高效。憑借其獨(dú)特的性能，成為了本設(shè)計(jì)中最具有性價(jià)比的產(chǎn)品。Arduino[9]是開發(fā)板的集成環(huán)境，是一個(gè)擁有跨性特性的開發(fā)環(huán)境，不單只能在系統(tǒng)上運(yùn)行，它不僅支持，等目前主流的操統(tǒng)。而且，在這一個(gè)追源的時(shí)代，是完全免費(fèi)使用的。是以，越來越多的用戶群體開始選擇使用Arduino。它的安裝過程十分簡(jiǎn)潔，用戶在官網(wǎng)上找到下載地址，根據(jù)提示安裝到最后就可以了。當(dāng)安裝完成之后，啟動(dòng)程序就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的界面設(shè)計(jì)主要基于簡(jiǎn)潔和快速化，并可以自動(dòng)為我們編寫關(guān)鍵函數(shù)，無需我們自己編寫，該軟件在設(shè)計(jì)方面很適合我們這些技術(shù)小白的使用，有著很人性化的設(shè)計(jì)。如圖3.8所示。圖3.8Arduino開發(fā)界面Arduino的開發(fā)界面主要由消息區(qū)、文本臺(tái)、代碼編輯器和菜單欄等四部分組成。編譯開發(fā)完成之后，點(diǎn)擊工具欄上的“verify”按鈕，如果編譯顯示成功，會(huì)在消息展示區(qū)中出現(xiàn)“編譯完成”這個(gè)信息，如圖3.9所示。然后點(diǎn)擊菜單欄的功能選項(xiàng)，選擇正確合的端口和開發(fā)板型號(hào)，之后在點(diǎn)擊工具欄的“Upload”的按鈕，上傳代碼到開發(fā)板中，如果上傳成功，會(huì)在消息區(qū)中出現(xiàn)提示“上傳成功”的信息，如圖3.10所示。圖3.9編譯成功視圖圖3.10上傳成功視圖3.3.2程序設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)中目標(biāo)編程較為簡(jiǎn)單，在該代碼中，有三個(gè)核心關(guān)鍵的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。圖圖3.11硬件系統(tǒng)流程圖圖3.12硬件系統(tǒng)實(shí)體圖PAGE4通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1Lora通信技術(shù)4.1.1技術(shù)簡(jiǎn)介隨著社會(huì)智能化程度的逐漸提高，物聯(lián)網(wǎng)概念的提出是順應(yīng)大勢(shì)，各國軟、硬件水平的一再提高，使得物聯(lián)網(wǎng)逐步走進(jìn)我們的生活，同時(shí)，也愈加受到研究人員的重視。產(chǎn)品的功耗以及通信距離問題是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的巨大阻礙。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)剛剛提出的時(shí)候，由于當(dāng)時(shí)軟硬件技術(shù)條件不夠，理論體系也還未完善，只能使用短距離通信等通信技術(shù)，，能量流失嚴(yán)重，使得通信距離上有著很大的限制；相關(guān)產(chǎn)品的續(xù)航能力差使得產(chǎn)品的性價(jià)比很低。所以這是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展史上的兩大攔路虎。4.1.2應(yīng)用現(xiàn)狀Lora作為一項(xiàng)近期興起的技術(shù)，受到了來自不同行業(yè)使用者的肯定還有高度認(rèn)同，還肯定了實(shí)施方面的創(chuàng)新性。如：智慧醫(yī)療、智能出行等，都可以看到Lora的應(yīng)用場(chǎng)景。國外的一些國家，Lora的運(yùn)用技術(shù)日趨完美，市場(chǎng)也開始擴(kuò)大，所表現(xiàn)出來的就是對(duì)Lora的大量應(yīng)用。在中國，阿里巴巴的一個(gè)分公司實(shí)現(xiàn)了一個(gè)RFID物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的布置。與此同時(shí)，工業(yè)界也有越來越多的產(chǎn)品以Lora為基礎(chǔ)進(jìn)行生產(chǎn)。如：中央空調(diào)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等。學(xué)術(shù)界的研究人員對(duì)Lora也有著很深的研究，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了一系列智能化系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，并且還在逐步深入。4.2設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)部分4.2.1嵌入式網(wǎng)關(guān)概要由于嵌入式網(wǎng)關(guān)可以看作硬件和服務(wù)器通信連接的橋梁，所以對(duì)它最基本的要求就是確?？梢詥?dòng)數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。本設(shè)計(jì)中，筆記本電腦這類硬件設(shè)備可以用來構(gòu)造嵌入式網(wǎng)關(guān)，它們可以執(zhí)行Python腳本還有聯(lián)網(wǎng)的能力。由于筆記本自身易于界面開發(fā)以及結(jié)構(gòu)調(diào)試，所以在本設(shè)計(jì)中他是一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。4.2.2程序設(shè)計(jì)思路嵌入式網(wǎng)關(guān)本身不能傳送代碼，，所以，我們需要開發(fā)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的代碼，在本設(shè)計(jì)中，主要用Python腳本進(jìn)行代碼的語言開發(fā)。由于Python的語法簡(jiǎn)單、資源豐富，使得它被廣泛運(yùn)用，發(fā)展十分迅速，尤其是信息安全領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中，嵌入式網(wǎng)關(guān)的主要作用有三，一是負(fù)責(zé)對(duì)硬件設(shè)備監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行讀取，二是將信息傳送到云平臺(tái)并以數(shù)據(jù)表格形式進(jìn)行顯示；三是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云數(shù)據(jù)庫。便于使用者進(jìn)行訪問。如圖4.1為設(shè)計(jì)流程圖。圖就好像你買東西要先看封面，一個(gè)系統(tǒng)的軟件就是系統(tǒng)的門面，軟件設(shè)計(jì)的好不好，影響著用戶的使用體驗(yàn)，只有客戶用者好，才能繼續(xù)使用甚至是代為推廣。但是，軟件的設(shè)計(jì)也要考慮到大多數(shù)用戶使用的設(shè)備是否可以運(yùn)行該軟件。如果你開發(fā)一款版本高的大多數(shù)用戶都不能使用的軟件，那么它就失去了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也會(huì)讓用戶有個(gè)糟糕的體驗(yàn)。為了讓用戶有好的體驗(yàn)，應(yīng)該開發(fā)的是更適合主流的軟件系統(tǒng)。所以，微信小程序、手機(jī)軟件以及網(wǎng)頁都是開發(fā)的方向。5軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1系統(tǒng)所涉及的核心技術(shù)5.1.1HTML5的技術(shù)簡(jiǎn)介HTML5草案是在2004年由網(wǎng)頁超文本應(yīng)用技術(shù)工作小組提出的。在三年后，W3C的認(rèn)可了HTML5草案，并成立了新的HTML團(tuán)隊(duì)。和以前的版本比較，并沒有很大的變化，如：在瀏覽的兼容方面做了較大的優(yōu)化目前，很多的瀏覽器都支持HTML5的技術(shù)。5.1.2JavaScript技術(shù)JavaScript[10]是一門前端腳本語言。它是為了解決表單驗(yàn)證而被研發(fā)的。但是，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，JavaScript開發(fā)出了其他的功能，而不僅僅是用于表單驗(yàn)證了。5.2設(shè)計(jì)搭建服務(wù)器5.2.1服務(wù)器的環(huán)境搭建本設(shè)計(jì)里，使用者可以直接開始建構(gòu)服務(wù)器的環(huán)境。在這個(gè)過程中，我們要先完成軟件安裝。首先，在官網(wǎng)上找到正確的下載地址，跟隨指引完成安裝；其次，打開軟件，輸入指令查閱版本號(hào)，確認(rèn)安裝的軟件是不是初始版本。node的安裝結(jié)果驗(yàn)證成功如圖5.1，隨后進(jìn)行安裝步驟安裝方法沒有很復(fù)雜只需要在安裝結(jié)束后，檢查能否正常運(yùn)行，圖5.2，是sails的驗(yàn)證安裝結(jié)果展示。按照順序正確安裝之后，就可以進(jìn)行創(chuàng)建服務(wù)器環(huán)境，逐漸完成設(shè)計(jì)思路了?？梢月?lián)合啟動(dòng)此服務(wù)器項(xiàng)目，如圖5.3所示，它所代表的結(jié)果就是服務(wù)器成功啟動(dòng)了。完成這些步驟，本設(shè)計(jì)中的這個(gè)方面就可以告一段落了。圖5.1node的安裝成功圖5.2sails的安裝成功圖5.3服務(wù)器成功啟動(dòng)5.2.2數(shù)據(jù)庫中表的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中，每個(gè)傳感器都在數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)單獨(dú)的專門的一個(gè)表格，每個(gè)表格存儲(chǔ)的信息是相對(duì)應(yīng)傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息。如表5-1，5-2所示，這兩個(gè)表分別記錄的是土壤濕度采集的數(shù)據(jù)值和空氣溫度采集和上傳的數(shù)據(jù)值。表5-1土壤濕度數(shù)據(jù)表編號(hào)字段名字段類型字段說明備注1idint記錄的編號(hào)為主鍵，自動(dòng)增長2Soilvaluedouble土壤的濕度值3TimeDateVarchar(255)采集信息的時(shí)間表5-2空氣溫度數(shù)據(jù)表編號(hào)字段名字段類型字段說明備注1idint記錄的編號(hào)主鍵，自動(dòng)增長2Tempvaluedouble空氣的溫度值3TimeDateVarchar(255)采集的時(shí)間在本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)是相對(duì)簡(jiǎn)單的，表中的顯示的網(wǎng)關(guān)獲取到數(shù)據(jù)的時(shí)間是由傳感器采集到信息的時(shí)間轉(zhuǎn)化而成的字符串，把這些數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，作為以后的參考數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。如圖5.4，是傳感器采集的數(shù)據(jù)信息。圖5.4mysql中傳感器收集的數(shù)據(jù)值5.3設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)客戶端5.3.1系統(tǒng)客戶端介紹隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多極化的趨勢(shì)，相關(guān)智能產(chǎn)品和用戶端也出現(xiàn)了多個(gè)選擇，人們會(huì)傾向于選擇更為方便的產(chǎn)品。選擇終端移動(dòng)平臺(tái)，將會(huì)有更大的市場(chǎng)，即更容易被人們所接受。所以，本論文設(shè)計(jì)選擇了微信小程序以及電腦網(wǎng)頁版進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。不同平臺(tái)開發(fā)出的客戶端，功能也有所不同，但是都有著自己的亮點(diǎn)。小程序的優(yōu)點(diǎn)在于可以獲取傳感器采集到的信息的記錄并以容易理解的方式展示出來。電腦網(wǎng)頁版則可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并表示出來。如圖5.5是微程序所顯示數(shù)據(jù)的界面，5.6是web網(wǎng)頁顯示數(shù)據(jù)的界面。圖5.5微信小程序客戶端圖5.6OneNETweb端5.3.2基于微信小程序的平臺(tái)設(shè)計(jì)微程序的開發(fā)過程需要一個(gè)程序密鑰，為了獲得這個(gè)程序密鑰，需要先進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證。完成實(shí)名認(rèn)證后在官網(wǎng)上尋找、下載開發(fā)工具，按提示進(jìn)行安裝。5.7所示，是微信小程序的操作流程圖。圖5.7微信小程序的操作流程5.3.3基于OneNET云平臺(tái)的設(shè)計(jì)借助中國移動(dòng)的OneNET平臺(tái)可以幫助開發(fā)者們更快更有效的完成產(chǎn)品的開發(fā)。本設(shè)計(jì)。這個(gè)平臺(tái)對(duì)于用戶異常友好，它可以將上傳的數(shù)據(jù)信息用文本、圖表和儀表盤等進(jìn)行顯示。6系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)6.1前端部分6.1.1首頁設(shè)計(jì)首頁是一個(gè)網(wǎng)站的門面，所有的功能模塊的起始點(diǎn)都在主頁面。它要體現(xiàn)出設(shè)計(jì)效果該程序的主題，要涉及到該程序所含的所有模塊，即有該系統(tǒng)各個(gè)分支部分的入口。各個(gè)入口之間的排版應(yīng)該合理，網(wǎng)頁頂頭用網(wǎng)上花店配合圖案設(shè)計(jì)明確突出網(wǎng)站主題，下設(shè)一行按鈕首頁、新品、查看訂單等，再往下左側(cè)部分上部為用戶登陸注冊(cè)區(qū)，下面是花房公告區(qū)域，可以通過點(diǎn)擊查看該網(wǎng)上花店的公告。右側(cè)部分為通知區(qū)域，展示上新產(chǎn)品或花店活動(dòng)公告。同時(shí)只有登陸后才能瀏覽花卉的具體信息以及進(jìn)行加入購物車、購買/查看訂單等操作。如圖6.1、6.2所示。圖6.1首頁設(shè)計(jì)效果圖圖6.2首頁設(shè)計(jì)運(yùn)行圖6.1.2賬號(hào)功能設(shè)計(jì)利用action后面跟著的屬性映射到MemberActions來調(diào)用相應(yīng)的方法來完成操作。用戶可以通過輸入正確的用戶名和對(duì)應(yīng)密碼的操作從首頁的登錄窗口進(jìn)行登錄。沒有該店賬號(hào)的用戶則需要點(diǎn)擊注冊(cè)，填寫信息、設(shè)置密碼并提交后等待審核通過得到屬于自己的賬號(hào)密碼，然后返回首頁填寫正確的用戶名和密碼進(jìn)行登錄。用戶登錄成功后可以查看自己任何狀態(tài)的訂單。用戶登錄后可以對(duì)自己的基本信息、密碼、支付密碼進(jìn)行修改，修改之后提交到后臺(tái)就可以更新自己的信息。修改完成后登錄模塊設(shè)計(jì)效果和登錄模塊運(yùn)行效果分別如圖6.3和圖6.4所示：圖6.3登錄模塊設(shè)計(jì)效果圖圖6.4登錄模塊運(yùn)行效果圖6.1.3瀏覽功能設(shè)計(jì)同賬戶操作一樣，瀏覽功能只是對(duì)商品（鮮花）的其中一種最簡(jiǎn)單的操作。在瀏覽的過程中，我們可以看到商品的圖片、名稱、單價(jià)以及商品的一些詳細(xì)信息，通過調(diào)用GoodsActions中的方法來完成。商品詳情設(shè)計(jì)效果和商品瀏覽運(yùn)行效果分別如圖6.5和圖6.6所示：圖6.5商品詳情設(shè)計(jì)效果圖圖6.6商品瀏覽運(yùn)行效果圖6.1.4訂單功能設(shè)計(jì)同理可知道訂單對(duì)應(yīng)的OrderActions來處理所有與訂單有關(guān)的操作。查詢自己以前的訂單，看到商品（花卉）的商品編號(hào)、名稱、商品的單價(jià)以及訂貨的數(shù)量，可以查看訂單的日期以及總金額。下單時(shí)可以將看好的商品先加入購物車，最后再付款，也可以把一些過后不太喜歡的從購物車中清除。同時(shí)，在付款前用戶也可以申請(qǐng)撤銷訂單，用戶可以購物車設(shè)計(jì)效果和購物車運(yùn)行效果分別如圖6.7和圖6.8所示：圖6.7購物車設(shè)計(jì)效果圖：圖6.8購物車運(yùn)行效果圖6.2后臺(tái)部分設(shè)計(jì)6.2.1管理員后臺(tái)登錄管理員通過正確的用戶名和密碼登陸到后臺(tái)系統(tǒng)。管理者成功登陸后臺(tái)系統(tǒng)后，擁有對(duì)商品信息、會(huì)員信息、接收到的訂單和店鋪的公告等進(jìn)行管理的權(quán)限。也可以修改自己管理員賬號(hào)的基本信息。管理員登錄設(shè)計(jì)效果和管理員登錄運(yùn)行效果分別如圖6.9和圖6.10所示：圖6.9管理員登錄設(shè)計(jì)效果圖圖6.10管理員登錄運(yùn)行效果圖6.2.2商品（花卉）管理管理員有對(duì)商品進(jìn)行管理的權(quán)限。成功登錄后臺(tái)系統(tǒng)的管理員后可以對(duì)商品的信息進(jìn)行管理，如：是否參與特價(jià)活動(dòng)或是一些節(jié)日活動(dòng)的優(yōu)惠。同時(shí)，管理員也要監(jiān)測(cè)好商品的庫存以及信息是否填寫錯(cuò)誤，商品管理設(shè)計(jì)效果和商品管理運(yùn)行效果分別如圖6.11和圖6.12所示：圖6.11商品管理設(shè)計(jì)效果圖圖6.12商品管理運(yùn)行效果圖6.2.3用戶會(huì)員管理管理員成功登錄后有對(duì)用戶會(huì)員進(jìn)行管理的權(quán)限。如：可以查看會(huì)員的基本信息、會(huì)員等級(jí)等，同時(shí)，管理員可以添加或是刪除會(huì)員，也可以修改會(huì)員信息，更迭會(huì)員等級(jí)等，但要遵循一定的規(guī)章制度。會(huì)員管理設(shè)計(jì)效果和會(huì)員管理運(yùn)行效果分別如圖6.13和圖6.14所示：圖6.13會(huì)員管理設(shè)計(jì)效果圖圖6.14會(huì)員管理運(yùn)行效果圖6.2.4后臺(tái)管理員管理在管理員使用正確的用戶名和密碼登錄后臺(tái)系統(tǒng)時(shí)，可以看到管理員的賬號(hào)、姓名、編號(hào)等基本信息?？梢蕴砑印h除管理員或者是修改管理員的信息。管理員管理設(shè)計(jì)效果和管理員管理運(yùn)行效果分別如圖6.15和圖6.16所示：圖6.15管理員管理設(shè)計(jì)效果圖圖6.16管理員管理運(yùn)行效果圖6.2.5訂單管理在后臺(tái)進(jìn)行訂單管理時(shí)，可以看到訂單的編號(hào)，定貨人的真實(shí)姓名，下單的時(shí)間以及是否進(jìn)行了其它的操作。同時(shí)，管理員也可以查閱訂單的詳細(xì)信息。訂單管理設(shè)計(jì)效果和訂單管理運(yùn)行效果分別如圖6.17和圖6.18所示：圖6.17訂單管理設(shè)計(jì)效果圖圖6.18訂單管理運(yùn)行效果圖7測(cè)試與維護(hù)7.1測(cè)試的目標(biāo)測(cè)試的目的是為了發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤，看網(wǎng)站是否能正常運(yùn)行，以及能否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。7.2測(cè)試方案測(cè)試方案的設(shè)計(jì)是此階段的重要技術(shù)問題。測(cè)試方案的目的以及意義就在于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，所以要用可能會(huì)或者說是高概率發(fā)生錯(cuò)誤的部分進(jìn)行測(cè)試。7.3測(cè)試過程這里選用用戶登陸后臺(tái)部分對(duì)模塊測(cè)試進(jìn)行描述如表7-1所示：表7-1用戶登陸測(cè)試表測(cè)試目的測(cè)試步驟舉例說明預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果結(jié)論測(cè)試使用錯(cuò)誤的方法能否成功登錄賬號(hào)用戶使用正確密碼登錄已存在賬號(hào)賬號(hào)：123456密碼：098765提示“登陸成功”跳轉(zhuǎn)進(jìn)入首頁提示“登陸成功”，跳轉(zhuǎn)進(jìn)入首頁實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，測(cè)試成功用戶使用錯(cuò)誤密碼登錄已存在賬號(hào)賬號(hào)：123456密碼：345678提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，測(cè)試成功用戶使用正確密碼登錄不存在賬號(hào)賬號(hào)：234567密碼：098765提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，測(cè)試成功用戶使用錯(cuò)誤密碼登錄不存在賬號(hào)賬號(hào)：234567密碼：567890提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，測(cè)試成功用戶登錄時(shí)賬號(hào)為空，密碼正確賬號(hào)：密碼：098765提示“請(qǐng)輸入用戶名！”或“請(qǐng)輸入密碼！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面提示“請(qǐng)輸入用戶名！”或“請(qǐng)輸入密碼！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，測(cè)試成功用戶登錄時(shí)賬號(hào)正確，密碼為空賬號(hào)：123456密碼：提示“請(qǐng)輸入用戶名！”或“請(qǐng)輸入密碼！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面提示“請(qǐng)輸入用戶名！”或“請(qǐng)輸入密碼！”，跳轉(zhuǎn)返回登錄界面實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，測(cè)試成功