保護(hù)濕地環(huán)境檢測反饋遠(yuǎn)程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[22]的??機(jī)制。??它圍繞??三個基??本組成??部分構(gòu)??建：理??想化的??最佳基??準(zhǔn)；隨??機(jī)場景??測試；??以及對??現(xiàn)實(shí)的漸進(jìn)介紹。1.3主要研究內(nèi)容1.閱讀相關(guān)文獻(xiàn)確定了設(shè)計(jì)功能和軟件硬件的選擇方案；2.硬件部分采用STM32單片機(jī)，以STM32單片機(jī)為核心和各部分傳感器整體的連接；3.采用C語言設(shè)置程序代碼完成的軟件設(shè)計(jì)；4.將軟件設(shè)計(jì)輸入后，系統(tǒng)連接實(shí)物整體進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行并成功實(shí)現(xiàn)；5.實(shí)現(xiàn)的實(shí)物的整體展示。

第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)以濕地環(huán)境為研究對象，在具體分析環(huán)境檢測技術(shù)后，明確提出保護(hù)濕地環(huán)境監(jiān)測反饋遠(yuǎn)程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.據(jù)查看相關(guān)資料，了解了環(huán)境遠(yuǎn)程采集分析系統(tǒng)的相關(guān)信息，并在這個基礎(chǔ)上明確提出了以檢測濕地內(nèi)風(fēng)速變化、降雨量、雨水蒸發(fā)量和溫濕度為首要目的的保護(hù)濕地環(huán)境檢測反饋遠(yuǎn)程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.硬件配置電源電路以STM32為主板芯片。3.先通過風(fēng)速傳感器檢測風(fēng)速變化，然后通過降雨檢測器檢測降雨量，再通過雨水蒸發(fā)量檢測器檢測雨水蒸發(fā)量，最后通過溫濕度傳感器檢測溫濕度等信息。4.通過藍(lán)牙模組將采集到的信息上傳至上位機(jī)。5.上位機(jī)在檢測到超出合理范圍數(shù)據(jù)時，給予反饋和評價。2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線：1.硬件部分需要單片機(jī)STM32F103c8t6、風(fēng)速傳感器、降雨檢測器、雨水蒸發(fā)檢測器、溫濕度傳感器、上位機(jī)、下位機(jī)、藍(lán)牙通信模塊；2.軟件平臺程序用keil5；3.畫原理圖使用AD；4.編程語言采用C語言；5.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖；6.模擬，連接實(shí)物。2.2.2預(yù)期結(jié)果：設(shè)計(jì)完成一個保護(hù)濕地環(huán)境檢測反饋遠(yuǎn)程信息采集系統(tǒng)，并且該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)的功能如下：1.可實(shí)時監(jiān)測雨水蒸發(fā)量情況并發(fā)送到上位機(jī)；2.可實(shí)時監(jiān)測濕地風(fēng)速變化并發(fā)送到上位機(jī)；3.可實(shí)時監(jiān)測濕地的溫濕度并發(fā)送到上位機(jī)；4.可實(shí)時監(jiān)測濕地降雨量并發(fā)送到上位機(jī)；5.可塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息采集，保留可對照的數(shù)據(jù)；6.能根據(jù)數(shù)據(jù)判斷風(fēng)力，降雨量，雨水蒸發(fā)量，溫度，濕度情況并給出相應(yīng)的反饋。2.3總體方案設(shè)計(jì)第一：理論知識準(zhǔn)備階段，理解設(shè)計(jì)課題，認(rèn)真研究課題所涉及到的內(nèi)容，能夠較好的掌握有關(guān)題目的知識；第二：確定系統(tǒng)各個模塊，理清各個模塊之間的關(guān)系，收集相關(guān)得到軟硬件資料；第三：規(guī)劃課題，確定系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，勾畫出大體系統(tǒng)框架并在結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上提出原理框圖；第四：利用軟件完成硬件電路部分設(shè)計(jì)并畫出各部分電路圖，將系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出電路圖；第五：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件設(shè)計(jì)部分，繪制出主流程圖；第六：進(jìn)行模擬仿真，檢查系統(tǒng)是否能夠按照要求實(shí)現(xiàn)控制功能，整理論文。2.4單片機(jī)型號選擇圖2-1STM32F103C8T6原理圖STM32系列單片機(jī)是??一款高????性能??，????功能強(qiáng)????大??的系????列單??片????機(jī)。該????系??列單????片機(jī)??常????被用于????要??求低????成本??、????高性能????和??低功????耗的??嵌????入式應(yīng)????用??程序????，其??在????功耗和????集??成方????面也??展????現(xiàn)出良????好??的性????能。??由????于其便????捷??的工????具和??簡????單的結(jié)????構(gòu)??并且????結(jié)合??了????強(qiáng)大的????功??能性????，在??業(yè)????界很受????歡??迎。????本實(shí)??驗(yàn)????采用的最小系統(tǒng)如圖2-1。主控制芯片選擇STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是由意法半導(dǎo)體集團(tuán)??基于S??TM3??2系列??ARM??Co??rte??x-M??內(nèi)核開??發(fā)的一??款具有??64K??B的程??序存儲??器的3??2位微??控制器??。其工??作時需要2V~3.6V的電壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。表2-1STM32功能表1STM32STM32表示ARMCortex-M內(nèi)核的32位微控制器2FF代表芯片子系列3103103代表增強(qiáng)型系列4CR這一項(xiàng)代表引腳數(shù)，其中T代表36腳，C代表48腳R代表64腳，V代表100腳，Z代表144腳，I代表176腳58B這一項(xiàng)代表內(nèi)嵌Flash容量，其中6代表32K字節(jié)Flash，8代表64K字節(jié)Flash，C代表256K字節(jié)Flash，D代表384字節(jié)Flash，E代表512K字節(jié)Flash，G代表1M字節(jié)Flash6TT這一項(xiàng)代表封裝，其中H代表BGA封裝，T代表LQFP封裝，U代表VFQFPN封裝766這一項(xiàng)代表工作溫度范圍，其中6代表-40——85℃，7代表-40——105℃

第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用風(fēng)速傳感器、降??雨傳感??器、溫??濕度傳??感器、??雨水蒸??發(fā)檢測??器和S????T??M3????2開????發(fā)??板實(shí)????時監(jiān)??測????采集數(shù)??據(jù)。整??個系統(tǒng)??以單片??機(jī)為核??心，通??過系統(tǒng)??控制模??塊完成??基本功??能?？??實(shí)時監(jiān)??測濕地??的風(fēng)力??、降水??量、雨??水蒸發(fā)量和溫濕度燈信息。能利用STM32單片機(jī)收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，判斷風(fēng)力、降雨量、雨水蒸發(fā)量、溫度、濕度情況并依照情況給出對應(yīng)反饋。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息采集，保留7天歷史數(shù)據(jù)可對照?？傮w原理圖如下所示：圖3-1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1風(fēng)速傳感器模塊設(shè)計(jì)風(fēng)速傳感器由殼體、風(fēng)??杯和電??路模塊??組成。??傳感器??殼體和??風(fēng)杯采??用鋁合??金材料??，使用??特種模??具精密??壓鑄工??藝，尺??寸公差??甚小表??面精度??甚高，??內(nèi)部電??路均經(jīng)??過防護(hù)??處理，??整個傳??感器具??有很高??的強(qiáng)度??、耐候??性、防??腐蝕和??防水性??。電纜??接插件??為軍工??插頭，??具有良??好的防??腐、防??侵蝕性??能，能??夠保證??儀器長??期使用??，同時??配合內(nèi)??部進(jìn)口??軸承系??統(tǒng)，確??保了風(fēng)速采集的精確性。風(fēng)速傳感器體積小巧??，法蘭??盤底座??，攜帶??、安裝??方便快??捷、外??觀精美??，測量??精度高??，量程??寬，穩(wěn)??定性能??好，低??功耗，??數(shù)據(jù)信??息性度??好，信??號傳輸??距離長??，抗外??界干擾??能力強(qiáng)??，信號??輸出形??式多樣??，鋁合??金材料質(zhì)量輕，強(qiáng)度高。FM-FS風(fēng)速傳感器適用范圍：可廣泛應(yīng)用于溫室、??環(huán)境保??護(hù)、氣??象站、??船舶、??碼頭??、重機(jī)??、吊車??、港口??、碼頭??、纜車??、任何??需要測量風(fēng)速風(fēng)向的場所。圖3-2-1風(fēng)速傳感器原理圖ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯??片，其??最高分??辨可達(dá)??256??級，可??以適應(yīng)??一般的??模擬量??轉(zhuǎn)換要??求。其??內(nèi)部電??源輸入??與參考??電壓的??復(fù)用，??使得芯??片的模??擬電壓??輸入在??0~5??V之間??。芯片??轉(zhuǎn)換時??間僅為??32μ??s，據(jù)??有雙數(shù)??據(jù)輸出??可作為??數(shù)據(jù)校??驗(yàn)，以??減少數(shù)??據(jù)誤差??，轉(zhuǎn)換??速度快??且穩(wěn)定??性能強(qiáng)??。獨(dú)立??的芯片??使能輸??入，使??多器件??掛接和??處理器??控制變??的更加??方便。??通過D??I數(shù)據(jù)??輸入端??，可以??輕易的??實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4??條數(shù)據(jù)??線，分??別是C??S、C??LK、??DO、??DI。??但由于??DO端??與DI??端在通??信時并??未同時??有效并??與單片??機(jī)的接??口是雙??向的，??所以電??路設(shè)計(jì)??時可以??將D??O和??DI??并聯(lián)??在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此??時芯片??禁用，??CLK??和??DO/??DI??的電平??可任意??。當(dāng)要??進(jìn)行A??/D轉(zhuǎn)??換時，??須先將??CS使??能端置??于低電??平并且??保持低??電平直??到轉(zhuǎn)換??完全結(jié)??束。此??時芯片??開始轉(zhuǎn)??換工作??，同時??由處理??器向芯??片時鐘??輸入端??CL??K輸??入時鐘??脈沖，??DO/??DI端??則使用??DI端??輸入通??道功能??選擇的??數(shù)據(jù)信??號。在??第1??個時??鐘脈沖??的下沉??之前??DI??端必須??是高電??平，表??示啟始??信號。??在第??2、3??個脈沖??下沉之??前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。3.2.2溫濕度檢測模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用DHT11溫濕度傳感器模塊??，DH??T11??傳感器??是市場??上采用??的溫濕??度傳感??器。此??傳感器??占用的??面積非??常簡單??，精度??為0??.2??采用的??是單總??線的數(shù)??據(jù)傳輸??方式。??這個傳??感器抗??干擾能??力非常??的強(qiáng)，??經(jīng)常用??于高爐??測溫、??機(jī)房檢??測、家??庭溫度??控制等??方面適??合于很??多空間??比較小??的場合??和數(shù)字??溫度檢??測等領(lǐng)??域。這??款溫度??傳感器??轉(zhuǎn)換時??間為??75n??s，比??傳統(tǒng)D??S18??20速??度要快??很多。??檢測的??結(jié)果以??數(shù)字量??方式串??行傳送。溫濕度傳感器模塊電路圖如圖所示:圖3-2-2溫濕度檢測模塊原理圖DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款??含有已??校準(zhǔn)數(shù)??字信號??輸出的??溫濕度??復(fù)合傳??感器。??它應(yīng)用??專用的??數(shù)字模??塊采集??技術(shù)和??溫濕度??傳感技??術(shù)，確??保產(chǎn)品??具有極??高的可??靠性與??卓越的??長期穩(wěn)??定性。??傳感器??包括一??個電阻??式感濕??元件和??一個N??TC測??溫元件??，并與??一個高??性能8??位單片??機(jī)相連??接。因??此該產(chǎn)??品具有??品質(zhì)卓??越、超??快響應(yīng)??、抗干??擾能力??強(qiáng)、性??價比極??高等優(yōu)??點(diǎn)。每??個DH??T11??傳感器??都在極??為精確??的濕度??校驗(yàn)室??中進(jìn)行??校準(zhǔn)。??校準(zhǔn)系??數(shù)以程??序的形??式儲存??在OT??P內(nèi)存??中，傳??感器內(nèi)??部在檢??測信號??的處理??過程中??要調(diào)用??這些校??準(zhǔn)系數(shù)??。單線??制串行??接口，??使系統(tǒng)??集成變??得簡易??快捷。??超小的??體積、??極低的??功耗，??信號傳??輸距離??可達(dá)2??0米以??上，使??其成為??各類應(yīng)??用甚至??最為苛??刻的應(yīng)??用場合??的最佳??選則。??產(chǎn)品為??4針單??排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。3.2.3超聲波傳感器模塊設(shè)計(jì)圖3-2-3超聲波傳感器模塊原理圖本設(shè)計(jì)采用超聲波傳感器測量儲水設(shè)備中的水位來檢測雨量，下面是該模塊的硬件電路設(shè)計(jì)：為了實(shí)現(xiàn)測量水位的功能，我們需要設(shè)計(jì)一個基本的超聲波傳感器模塊的硬件電路。首先，我們需要選擇一個適合工作頻率的超聲波發(fā)射器和接收器模塊。這些模塊通常包含振蕩器、驅(qū)動電路和接收電路，能夠產(chǎn)生和接收超聲波信號。接下來，我們需要使用微控制器或者單片機(jī)來控制超聲波模塊的工作。為了提供準(zhǔn)確的時序信號，我們需要連接一個適合的時鐘源。控制電路的設(shè)計(jì)和編程能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收，并對接收到的信號進(jìn)行處理和分析。為了保證超聲波模塊和控制電路的正常運(yùn)行，我們需要提供適當(dāng)?shù)碾娫措妷汉碗娏??？梢允褂梅€(wěn)壓器和濾波電容來確保電源的穩(wěn)定性，以防止電壓波動對系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。為了實(shí)現(xiàn)水位測量，我們需要根據(jù)具體需求選擇合適的水位傳感器，例如浮子開關(guān)或電極傳感器等。將選擇的傳感器與控制電路進(jìn)行連接，以便檢測水位狀態(tài)并將其傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)進(jìn)行處理。最后，我們需要使用適當(dāng)?shù)倪B接線將超聲波模塊、控制電路和水位傳感器進(jìn)行連接。選擇合適的接口，例如引腳插座或連接器，可以方便地將模塊與其他設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制操作。綜上所述，通過以上的硬件電路設(shè)計(jì)示例，我們可以構(gòu)建一個基本的超聲波傳感器模塊用于測量水位的系統(tǒng)。然而，請注意在設(shè)計(jì)過程中需根據(jù)具體應(yīng)用需求和組件選擇進(jìn)行調(diào)整，并遵循相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以確保安全性和可靠性。最后，進(jìn)行必要的測試和驗(yàn)證，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和準(zhǔn)確的測量結(jié)果。3.2.4壓力傳感器模塊設(shè)計(jì)圖3-2-4壓力傳感器模塊原理圖本設(shè)計(jì)通過壓力傳感器監(jiān)測儲存的雨水重量來檢測雨水蒸發(fā)量。下面是該模塊的硬件電路設(shè)計(jì)：為了實(shí)現(xiàn)壓力測量功能，我們可以設(shè)計(jì)一個基本的壓力傳感器模塊的硬件電路。首先，我們需要選擇適合特定應(yīng)用的壓力傳感器模塊，，將選定的傳感器連接到電路中，以測量壓力的變化。為了提高信號質(zhì)量和準(zhǔn)確性，我們需要使用運(yùn)放等模擬電路對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大和濾波。這樣可以增強(qiáng)信號強(qiáng)度并去除可能存在的噪音。根據(jù)特定需求，可以添加增益調(diào)節(jié)和濾波器電路，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。為了控制壓力傳感器模塊的工作，我們可以使用微控制器或單片機(jī)。通過連接適當(dāng)?shù)臅r鐘源來提供時序信號，以確保模塊的正常運(yùn)行。同時，我們需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂七壿?，包括?shù)據(jù)采集、處理和通信等功能，以實(shí)現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的有效管理和利用。為了保證壓力傳感器模塊和控制電路的穩(wěn)定運(yùn)行，我們需要提供適當(dāng)?shù)碾娫措妷汉碗娏?。使用穩(wěn)壓器和濾波電容可以保證電源的穩(wěn)定性，并防止電壓波動對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。最后，我們需要使用適當(dāng)?shù)倪B接線將壓力傳感器模塊、控制電路和其他相關(guān)部件進(jìn)行連接。選擇合適的接口，例如引腳插座或連接器，可以方便地連接模塊與其他設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和通信。3.2.5藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)圖3-2-5藍(lán)牙模塊原理圖HC-05是秉火科技推出的藍(lán)牙串口??模塊，??它采用??藍(lán)牙??2.0??協(xié)議??，可與??任何版??本的藍(lán)??牙兼容??通訊，??包括與??具有藍(lán)??牙功能??的電腦??、藍(lán)牙??主機(jī)、??手機(jī)、??PDA??、PS??P等??終端配??對，可??實(shí)現(xiàn)串??口透傳??功能。??驅(qū)動H??C-0??5模塊??時只需??要使用??TTL??電平標(biāo)??準(zhǔn)的串??口即可??(5V??/3.??3V??電壓均??可)，??支持的??波特率??范圍為??480??0~1??382??400??，非常??適合用??于單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展藍(lán)牙特性。HC-05嵌入式藍(lán)牙串口通訊模??塊(以??下簡稱??模塊)??具有??兩種工??作模式??:命令??響應(yīng)工??作模式??和自動??連接工??作模式??，在自??動連接??工作模??式下模??塊又可??分為主??(M??ast??er)??、從??(S??lav??e)??和回環(huán)??(Lo??opb??ack??)三種??工作角??色。當(dāng)??模塊處??于自動??連接工??作模式??時，將??自動根??據(jù)事先??設(shè)定??的方式??連接的??數(shù)據(jù)傳??輸:當(dāng)??模塊處??于命令??響應(yīng)工??作模式??時能執(zhí)??行下述??所有??AT??命令，??用戶可??向模??塊發(fā)送??各種??AT??指令，??為模塊??設(shè)定控??制參數(shù)??或發(fā)布??控制命??令。通??過控制??模塊外??部引腳??(PI??O11??)輸??入電平??，可以??實(shí)現(xiàn)模塊工作狀態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)換。3.3.6顯示模塊設(shè)計(jì)圖3-2-6顯示模塊原理圖OLED，即有機(jī)發(fā)光二極管。??OLE??D由于??同時具??備自發(fā)??光，不??需背光??源、對??比度高??、厚度??薄、視??角廣、??反應(yīng)速??度快、??可用于??撓曲性??面板、??使用溫??度范圍??廣、構(gòu)??造及制??程較簡??單等優(yōu)??異之特??性，被??認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)。LCD都需要背光，而OLED不需要，因?yàn)樗亲园l(fā)??光的。??這樣同??樣的顯??示OL??ED效??果要來??得好一??些。以??目前的??技術(shù)，??OLE??D的尺??寸還難??以大型??化，但??是分辨??率確可??以做到??很高。??在此我??們使用??的是中??景園電子的0.96寸OLED顯示屏，該屏有以下特點(diǎn)：1）0.96寸OLED有黃藍(lán)，白，藍(lán)三種顏色可選；其中黃藍(lán)是屏上1/4部分為黃光，下3/4為藍(lán)；而且是固定區(qū)域顯示固定顏色，顏色和顯示區(qū)域均不能修改；白光則為純白，也就是黑底白字；藍(lán)色則為純藍(lán)，也就是黑底藍(lán)字。2）分辨率為128*643）多種接口方式：OLED裸屏總共種接口包括：6800、8080兩種并行接口方式、3線或4線的串行SPI接口方式、IIC接口方式（只需要2根線就可以控制OLED），這五種接口是通過屏上的BS0~BS2來配置的。

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電時，整個系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過傳感器模塊實(shí)時監(jiān)測雨水蒸發(fā)量、降雨量、風(fēng)速變化和溫濕度信息。通過藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息采集。圖4-1整體流程圖4.2風(fēng)速傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)通過風(fēng)速傳感器實(shí)時監(jiān)測濕地內(nèi)的風(fēng)速變化，通過顯示模塊實(shí)時顯示。圖4-2風(fēng)速傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.3溫濕度傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用一個溫濕度傳感器來采集濕地內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，通過顯示模塊實(shí)時顯示。本課題是一種水上濕地公園??環(huán)境監(jiān)??測系統(tǒng)??設(shè)計(jì)，??系統(tǒng)采??用ST??M32??單片機(jī)??對信號??進(jìn)行分??析處理??,判斷??風(fēng)力，??降雨量??，雨水??蒸發(fā)量??，溫度??，濕度??情況，??從而有??向的治??理水上??濕地公??園的環(huán)??境。通??過實(shí)驗(yàn)??仿真驗(yàn)??證了該??方法可??有效及??時改善??水上濕??地公園??的環(huán)境??。監(jiān)測??濕地環(huán)??境氣象??數(shù)據(jù)定??時反饋??并在超??出合理??范圍時??發(fā)出警??報(bào)，氣??象數(shù)據(jù)??有風(fēng)力??，降雨??量，雨??本課題是一種水上濕地公園??環(huán)境監(jiān)??測系統(tǒng)??設(shè)計(jì)，??系統(tǒng)采??用ST??M32??單片機(jī)??對信號??進(jìn)行分??析處理??,判斷??風(fēng)力，??降雨量??，雨水??蒸發(fā)量??，溫度??，濕度??情況，??從而有??向的治??理水上??濕地公??園的環(huán)??境。通??過實(shí)驗(yàn)??仿真驗(yàn)??證了該??方法可??有效及??時改善??水上濕??地公園??的環(huán)境??。監(jiān)測??濕地環(huán)??境氣象??數(shù)據(jù)定??時反饋??并在超??出合理??范圍時??發(fā)出警??報(bào)，氣??象數(shù)據(jù)??有風(fēng)力??，降雨??量，雨??水蒸發(fā)量，溫度，濕度。N圖4-3-1溫濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖當(dāng)總線空余情況為高電平時，服務(wù)器將總線降低，等候DHT11響應(yīng)。服務(wù)器務(wù)必將總線往下拉高于18ms，讓DHT11檢驗(yàn)到啟動信號。接到服務(wù)器的信號后，等候啟動信號完畢，推送低電平響應(yīng)信號。等服務(wù)器啟動信號傳出，等候20.40us，然后載入DHT11的響應(yīng)信號。啟動信號傳出后，導(dǎo)出一個功率大的均值.總線被上拉電阻下拉。圖4-3-2DHT11時序圖4.4超聲波傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過超聲波傳感器來檢測雨量。以下為該模塊的軟件設(shè)計(jì)：初始化設(shè)置：首先，進(jìn)行傳感器模塊的初始化設(shè)置。包括配置超聲波發(fā)射和接收引腳、選擇合適的工作頻率和測量模式等。超聲波信號發(fā)射：發(fā)送超聲波信號，通過發(fā)射器向水面發(fā)射短脈沖的超聲波信號。確保發(fā)射信號的強(qiáng)度和時長足夠以確保信號能夠達(dá)到水面并被反射回來。接收信號處理：在接收引腳上監(jiān)聽返回的超聲波信號。通過接收器接收到返回的信號后，記錄下信號的到達(dá)時間。計(jì)算測距：使用測距公式，根據(jù)發(fā)射和接收信號之間的時間差計(jì)算出超聲波的往返時間。將往返時間與超聲波在空氣中的傳播速度相乘，可以得到超聲波在空氣中往返的距離。轉(zhuǎn)換水位：根據(jù)傳感器的位置和測距結(jié)果，將距離轉(zhuǎn)換為水位高度。根據(jù)具體的應(yīng)用需求，可以進(jìn)行修正和校準(zhǔn)，考慮到傳感器的安裝位置和環(huán)境因素。數(shù)據(jù)處理和顯示：對測量到的水位高度進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理和濾波，以獲得更穩(wěn)定和可靠的結(jié)果。將測量結(jié)果通過合適的方式顯示出來，例如在顯示屏上顯示、通過串口發(fā)送給其他設(shè)備或者存儲到內(nèi)存中供后續(xù)處理使用。系統(tǒng)控制和異常處理：根據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制邏輯，如定時觸發(fā)測量、設(shè)定報(bào)警閾值等。處理異常情況，例如傳感器信號異常、測量超出范圍等，采取相應(yīng)的處理措施，如報(bào)警、重啟等。圖4-4超聲波傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.5壓力傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過壓力傳感器采集儲存的雨水重量，從而判斷雨水蒸發(fā)量。以下為該模塊的軟件設(shè)計(jì)：初始化設(shè)置：首先，進(jìn)行傳感器模塊的初始化設(shè)置。包括配置壓力傳感器引腳、選擇合適的工作模式和采樣頻率等。數(shù)據(jù)采集：周期性地讀取壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)。使用適當(dāng)?shù)哪M或數(shù)字接口，讀取傳感器輸出的模擬電壓或數(shù)字值。數(shù)據(jù)處理：將傳感器輸出的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為實(shí)際的壓力值。根據(jù)傳感器的靈敏度和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性或非線性的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)濾波和平均：可以使用濾波算法（如移動平均、滑動窗口等）對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑和降噪處理。根據(jù)需求選擇合適的濾波器參數(shù)和算法，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)存儲和輸出：將處理后的壓力數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存中，以便后續(xù)使用或顯示。根據(jù)應(yīng)用需求，可以通過串口、無線通信或其他方式將壓力數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備或上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)測、記錄或進(jìn)一步處理。系統(tǒng)控制和異常處理：設(shè)計(jì)合適的控制邏輯，如設(shè)置采樣頻率、閾值檢測等。監(jiān)測傳感器輸出是否異常，例如檢測傳感器斷線或數(shù)據(jù)超出范圍。在出現(xiàn)異常情況時，采取相應(yīng)的處理措施，如報(bào)警、記錄日志或重啟系統(tǒng)。圖4-5壓力傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.6藍(lán)牙模塊的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過藍(lán)牙模塊連接電腦上位機(jī)，使得上位機(jī)實(shí)時顯示檢測數(shù)據(jù)信息。以下為該模塊的軟件設(shè)計(jì)：初始化設(shè)置：首先進(jìn)行藍(lán)牙模塊初始化設(shè)置，外部引腳輸入電平調(diào)試、選擇合適的工作模式。數(shù)據(jù)傳輸：連接后，為自動??連接工??作模式，將??自動根??據(jù)事先??設(shè)定??的方式??連接的??數(shù)據(jù)傳??輸；當(dāng)??模塊處??于命令??響應(yīng)工??作模式??時能執(zhí)??行下述??所有??AT??命令，??用戶可?向模??塊發(fā)送??各種??AT??指令，??為模塊??設(shè)定控??制參數(shù)??或發(fā)布??控制命??令。4.7顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中需要顯示雨水蒸發(fā)量、降雨量、風(fēng)速變化及溫濕度信息，系統(tǒng)通過顯示模塊顯示數(shù)據(jù)。圖4-6顯示模塊流程圖

第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖當(dāng)系統(tǒng)通電時，整體以單片機(jī)為核心開始工作，通過超聲波傳感器檢測降雨量，通過發(fā)射器向水面發(fā)射短脈沖的超聲波信號。通過接收器接收到返回的信號后，記錄下信號的到達(dá)時間。根據(jù)發(fā)射和接收信號之間的時間差計(jì)算出超聲波的往返時間。將往返時間與超聲波在空氣中的傳播速度相乘，可以得到超聲波在空氣中往返的距離。根據(jù)傳感器的位置和測距結(jié)果，將距離轉(zhuǎn)換為水位高度。對測量到的水位高度進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理和濾波，以獲得更穩(wěn)定和可靠的結(jié)果。通過溫濕度傳感器檢測溫濕度通過壓力傳感器采集儲存的雨水重量，壓力大電阻小，數(shù)值變大；壓力小電阻大，數(shù)值變小，從而判斷雨水蒸發(fā)量。通過風(fēng)速傳感器實(shí)時監(jiān)測濕地內(nèi)的風(fēng)速變化。系統(tǒng)通過藍(lán)牙模塊連接電腦上位機(jī)，向上位機(jī)傳輸采集到的數(shù)據(jù)，使得上位機(jī)實(shí)時顯示檢測數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)通過顯示模塊顯示數(shù)據(jù)。圖5-1系統(tǒng)完整實(shí)物圖5.2測試原理圖5-2-1超聲波傳感器實(shí)物圖如圖5-2-1為超聲波傳感器，用于實(shí)時檢測濕度降水量。通過超聲波對上方的檢測，接觸雨滴后返回，降雨量大反饋的數(shù)據(jù)大，降雨量小反饋的數(shù)據(jù)小。圖5-2-2壓力傳感器實(shí)物圖如圖5-2-2為壓力傳感器，用于實(shí)時監(jiān)測濕地雨水蒸發(fā)量。通過壓力感知濕地存水變化，存水量大，雨水蒸發(fā)量小，壓力大，傳感器電阻大，數(shù)值向小變化；存水量小，雨水蒸發(fā)量大，壓力小，傳感器電阻小，數(shù)值向大變化。圖5-2-3溫濕度傳感器實(shí)物圖如圖5-2-3為溫濕度模塊，實(shí)時采集溫濕度信息。通過傳感器感知附近溫濕度。圖5-2-4風(fēng)速傳感器實(shí)物圖如圖5-2-4為風(fēng)速傳感器，實(shí)時監(jiān)測濕地風(fēng)速變化。通過扇葉旋轉(zhuǎn)感知風(fēng)力，轉(zhuǎn)速越快電阻越小，轉(zhuǎn)速慢則電阻大，不轉(zhuǎn)時電阻最大，風(fēng)力為0。圖5-2-5OLED顯示模塊如圖5-2-5為OLED顯示模塊，實(shí)時顯示溫濕度、風(fēng)速、降雨量，通過一個按鍵切換頁面，第二個頁面顯示雨水蒸發(fā)量，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，向上位機(jī)反饋給出相應(yīng)提示。圖5-2-6手機(jī)端上位機(jī)圖如圖5-2-6為手機(jī)端上位機(jī)；通過藍(lán)牙模塊與下位機(jī)通信，登錄后，實(shí)時顯示當(dāng)前時間、溫濕度、風(fēng)速、降雨量和雨水蒸發(fā)量，可以設(shè)置溫濕度、風(fēng)速、降雨量及雨水蒸發(fā)量的閾值，當(dāng)超過閾值時，發(fā)送命令給下位機(jī)。還可以查看采集的數(shù)據(jù)的歷史記錄。圖5-2-7手機(jī)端上位機(jī)反饋信息圖（1）圖5-2-8手機(jī)端上位機(jī)反饋信息圖（2）第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)系統(tǒng)軟件的調(diào)試過程并不是一帆風(fēng)順，在調(diào)試過程中出現(xiàn)了一些錯誤。但在老師的輔導(dǎo)下，我總算發(fā)現(xiàn)了問題，并糾正了設(shè)計(jì)中的錯誤和不科學(xué)的地區(qū)。設(shè)計(jì)方案中的問題和解決方法主要包含下面一些層面。(1)在功率模塊模擬仿真過程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試輸出值一直達(dá)不上設(shè)計(jì)規(guī)定。查驗(yàn)基本原理錯誤后，發(fā)現(xiàn)電路板焊接時出現(xiàn)了一些技術(shù)問題，于是重新焊接。(2)應(yīng)用仿真軟件，發(fā)現(xiàn)錯誤代碼。然后調(diào)整，發(fā)現(xiàn)在啟用程序流程時，單片機(jī)沒有正常復(fù)位，在程序流程中添加復(fù)位程序流程后才獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。(3)在模擬仿真時，一直提醒存有邏輯錯誤。盡管不危害效果的輸出，但在具體印刷制版過程中確實(shí)會危害電源電路。之后通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯誤代碼表明時，未能分辨忙碌情況。之后在制定中添加忙碌情況分辨后，系統(tǒng)軟件工作中一切正常，數(shù)據(jù)信息口也沒有提醒邏輯錯誤。6.2展望保護(hù)濕地環(huán)境監(jiān)測反饋遠(yuǎn)程信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模擬仿真說明全部設(shè)計(jì)徹底可以達(dá)到濕地環(huán)境遠(yuǎn)程測控技術(shù)的規(guī)定，但是全部系統(tǒng)軟件還具有一些問題和優(yōu)化的地區(qū)，必須在之后的探討中進(jìn)行健全。（1）設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)包括一個藍(lán)牙通信模塊。在具體運(yùn)用中，在一定距離內(nèi)才能完成通信，滿足當(dāng)代測控技術(shù)的發(fā)展趨勢規(guī)定，希望可以不斷完善以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的通信傳輸。（2）在應(yīng)對不同地區(qū)地形問題上出現(xiàn)不適配情況，希望可以完善成對應(yīng)地形環(huán)境的對應(yīng)系統(tǒng)并更為精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)，給出更具體的評價對策。（3）本設(shè)計(jì)需要人為的操作環(huán)境變化，后續(xù)的完善中希望可以做到自主根據(jù)地形環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測反饋，達(dá)到智能的效果。（4）本設(shè)計(jì)中沒有操縱誤差實(shí)行的優(yōu)化算法。在具體運(yùn)用中，應(yīng)引入優(yōu)化算法操縱，如PID優(yōu)化算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法等。根據(jù)引入該優(yōu)化算法，可以進(jìn)一步提高實(shí)行高效率。

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附錄電路圖程序代碼#include"delay.h"#include"sys.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"key.h"#include"usart.h"#include"usart2.h"#include"usart3.h"#include"led.h"#include"adc.h"#include"DHT11.h"#include"UltrasonicCtrol.h"#include"timer.h"unsignedcharduoji_count=0;unsignedcharzhuanjiao=11;u8temperature; u8humidity;u8shidu[15];u8tem[15];u8temperaturedyu=29; u8temperaturehyu=32; u8humidityyu=60;u8shiduyu[15];u8temgyu[15];u8temdyu[15];u16yan;u8yans[15];unsignedintyanyu=300;u8yanyus[15];unsignedintzhenyu=150;u16zhen;u8zhens[15];u8zhenyus[15];intfragment=0;u8send[50];u16jl;u16jlyu=50;u8jls[8];u8jlyus[8];intbeepnum=0;intbiaozhi=0;intbiaozhi1=0;intbiaozhi2=0;intbiaozhi3=0;intbiaozhi4=0;intbiaozhi5=0;intbiaozhi6=0;u16feng;u8fengs[15];unsignedintfengyu=3;u8fengyus[15];voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}voidUSART3_Puts(char*str){while(*str){USART3->DR=*str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}voidESP8266_Init(){ USART3_Puts("AT\r\n"); delay_ms(1000); USART3_Puts("AT\r\n"); delay_ms(1000);// USART3_Puts("AT+CWMODE=2\r\n");//sta??// delay_ms(1000);// delay_ms(1000); //USART3_Puts("AT+RST\r\n");//wifi????//AT+UART=9600,8,1,0,0 //delay_ms(1000);USART3_Puts("AT+CIPMUX=1\r\n");//????? delay_ms(1000); delay_ms(1000); USART3_Puts("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n"); delay_ms(1000); delay_ms(1000); }intmain(void){ u8temp[9]; inti,j; int32_tn_brightness; floatf_temp; delay_init(); delay_ms(1000); NVIC_Configuration(); OLED_Init(); OLED_ColorTurn(0);//0正常顯示，1反色顯示OLED_DisplayTurn(0);//0正常顯示1屏幕翻轉(zhuǎn)顯示 OLED_Refresh(); OLED_Clear(); KEY_Init(); LED_Init(); beep_Init(); beep=0; Adc_Init(); //ADC初始化 usart2_init(9600);usart3_init(9600); OLED_ShowChinese(0,0,0,16);//系 OLED_ShowChinese(18,0,1,16);//統(tǒng) OLED_ShowString(36,0,":",16); OLED_ShowChinese(0,16,2,16);//系 OLED_ShowChinese(18,16,3,16);//統(tǒng) OLED_ShowString(36,16,":",16); OLED_ShowChinese(0,32,4,16);//系 OLED_ShowChinese(18,32,5,16);//統(tǒng) OLED_ShowString(36,32,":",16); OLED_ShowChinese(0,48,6,16); OLED_ShowChinese(18,48,7,16);// OLED_ShowChinese(36,48,8,16);// OLED_ShowString(54,48,":",16); OLED_Refresh();LED1=0; while(DHT11_Init()) //DHT11初始化 { delay_ms(200);} UltraSoundInit(); KEY_Init(); temdyu[0]=temperaturedyu/10+'0'; temdyu[1]=temperaturedyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,0,temdyu,16); shiduyu[0]=humidityyu/10+'0'; shiduyu[1]=humidityyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,16,shiduyu,16); fengyus[0]=fengyu%100/10+'0'; fengyus[1]='.'; fengyus[2]=fengyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,32,fengyus,16); jlyus[0]=jlyu/100+'0'; jlyus[1]=jlyu%100/10+'0'; jlyus[2]=jlyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,48,jlyus,16); OLED_Refresh(); while(1) { if(USART3_RX_STA==1){ USART3_RX_STA=0; if(USART3_TX_BUF[1]=='1'){ temperaturedyu=(USART3_TX_BUF[2]-'0')*10+USART3_TX_BUF[3]-'0'; humidityyu=(USART3_TX_BUF[4]-'0')*10+USART3_TX_BUF[5]-'0'; fengyu=(USART3_TX_BUF[6]-'0')*10+USART3_TX_BUF[7]-'0'; zhenyu=(USART3_TX_BUF[8]-'0')*100+(USART3_TX_BUF[9]-'0')*10+USART3_TX_BUF[10]-'0'; jlyu=(USART3_TX_BUF[11]-'0')*100+(USART3_TX_BUF[12]-'0')*10+USART3_TX_BUF[13]-'0'; if(fragment==0){ temdyu[0]=temperaturedyu/10+'0'; temdyu[1]=temperaturedyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,0,temdyu,16); shiduyu[0]=humidityyu/10+'0'; shiduyu[1]=humidityyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,16,shiduyu,16); fengyus[0]=fengyu%100/10+'0'; fengyus[1]='.'; fengyus[2]=fengyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,32,fengyus,16); jlyus[0]=jlyu/100+'0'; jlyus[1]=jlyu%100/10+'0'; jlyus[2]=jlyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,48,jlyus,16); OLED_Refresh(); }else{ zhenyus[0]=zhenyu/100+'0'; zhenyus[1]=zhenyu%100/10+'0'; zhenyus[2]=zhenyu%10+'0'; OLED_ShowString(90,0,zhenyus,16); OLED_Refresh(); } } } zhen=200-Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10)/10; DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); //讀取溫濕度值 feng=Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,10)*300/4096; if(fragment==0){ tem[0]=temperature/10+'0'; tem[1]=temperature%10+'0';tem[2]=0; OLED_ShowString(54,0,tem,16); shidu[0]=humidity/10+'0'; shidu[1]=humidity%10+'0';shidu[2]=0; OLED_ShowString(54,16,shidu,16); fengs[0]=feng/100+'0'; fengs[1]=feng%100/10+'0'; fengs[2]='.'; fengs[3]=feng%10+'0'; fengs[4]=0; OLED_ShowString(54,32,fengs,16); Distance();//計(jì)算距離 jls[0]=distance_cm%10000/1000+'0'; jls[1]=distance_cm%1000/100+'0'; jls[2]=distance_cm%100/10+'0'; jls[3]=distance_cm%10+'0'; jls[4]=0; OLED_ShowString(54,48,jls,16); OLED_Refresh(); }else{ zhens[0]=zhen/1000+'0'; zhens[1]=zhen%1000/100+'0'; zhens[2]=zhen%100/10+'0'; zhens[3]=zhen%10+'0'; zhens[4]=0; OLED_ShowString(54,0,zhens,16); OLED_Refresh(); } if(temperature>temperaturedyu){ biaozhi1=1; }else{ biaozhi1=0; } if(humidity>humidityyu){ biaozhi2=1; }else{ biaozhi2=0; } if(zhen>zhenyu){ biaozhi5=1; }else{ biaozhi5=0; } if(feng>fengyu){ biaozhi4=1; }else{ biaozhi4=0; } if(distance_cm<jlyu){ biaozhi4=1; }else{ biaozhi4=0; } if(biaozhi2==1||biaozhi1==1||biaozhi4==1||biaozhi5==1){ beep=1; }else{ beep=0; } send[0]='w';send[1]='1'; send[2]=temperature/10+'0'; send[3]=temperature%10+'0'; send[4]=humidity/10+'0'; send[5]=humidity%10+'0'; send[6]=feng/100+'0';