《基于單片機(jī)的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》11000字（論文）

頁，共37頁1緒論1.1課題研究的背景和意義物聯(lián)網(wǎng)的誕生，造福了人類社會。在當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧產(chǎn)品已經(jīng)逐步占據(jù)人們工作和生活的各個陣地，成為了人們無法離開的智慧工具。這些智慧產(chǎn)品種類繁多，但都具有一個共通點，那就是幫助人們減輕工作，它們的出現(xiàn)，不僅為人類減輕了負(fù)擔(dān)，還幫助各種生產(chǎn)活動提高效率，加快了社會發(fā)展的步伐。智能產(chǎn)品對于人們的生活和工作而言，是非常具有前景的，對于智能產(chǎn)品的研究，依然存在大量需得以解決的難題?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能產(chǎn)品，可以實現(xiàn)大量人類需要花費大量精力才能完成的工作。例如采用紅外感應(yīng)技術(shù)實現(xiàn)家居防盜檢測、教室人數(shù)統(tǒng)計、圖書館座位是否空座等；例如采用無限通信技術(shù)實現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程操控、蔬菜大棚環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控、無線麥克風(fēng)等；例如GIS地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)人們出行的智能導(dǎo)航、老人兒童的實時定位、物品運送實時跟蹤等?；谶@些物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以研發(fā)出大量不同用途的智慧產(chǎn)品，在人類社會的各個角落發(fā)光發(fā)亮，使各種不可能變成了有可能。單片機(jī)是目前應(yīng)用在各種智能產(chǎn)品中最常使用的一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它是一種微型邏輯處理單元。由于社會發(fā)展的步伐與科學(xué)技術(shù)發(fā)展成正比，因此，各種新型材料的制造也越來越容易，其成本也得到控制，因此，單片機(jī)技術(shù)得到了推廣和應(yīng)用，走進(jìn)家家戶戶。在開發(fā)單片機(jī)智能產(chǎn)品時，需要對產(chǎn)品的智能性和實用性格外注重，這兩個特性決定了做開發(fā)出的智能產(chǎn)品是否具備價值以及滿足人們的需求。而本次雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)雞舍環(huán)境溫度、濕度以及二氧化碳濃度的實時監(jiān)測，智能通風(fēng)報警，在使用時，具備了實用性，為人們的生活和工作帶來極大的便利。1.2研究的現(xiàn)狀智慧產(chǎn)品的發(fā)展，無論是國內(nèi)還是國外都屬于備受關(guān)注的技術(shù)，由于智慧產(chǎn)品的發(fā)展，關(guān)系著一個國家的先進(jìn)程度以及國民幸福度，因此，許多國家都將發(fā)展中心放在科技和創(chuàng)新上，不惜成本培養(yǎng)大量新型人才，致力于促進(jìn)智慧產(chǎn)品的研發(fā)。發(fā)展至今，智慧產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入繁榮時期，涉足人類社會各個領(lǐng)域。世界上第一個單片機(jī)產(chǎn)品的出現(xiàn)，是在19世紀(jì)初，其具備的優(yōu)秀潛質(zhì)備受關(guān)注，在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)控制技術(shù)得到不斷的發(fā)展。在80年代初，單片機(jī)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)脫穎而出，單片機(jī)控制技術(shù)、傳感器測控技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在智慧產(chǎn)品上，這標(biāo)志著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展邁向了新階梯，開始走向成熟化。物聯(lián)網(wǎng)研究工作者們也開始專注于這項新興技術(shù)的研究，加快了單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的步伐，單片機(jī)技術(shù)開始朝著各行各業(yè)進(jìn)軍，各項創(chuàng)新產(chǎn)品相繼問世。雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)，也始于這個階段，目的是為促進(jìn)雞舍環(huán)境智能監(jiān)測的便利，加強(qiáng)雞舍環(huán)境智能監(jiān)測的智能化，減少人工操作成本。在國外雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中，在不斷的分析，層層篩選并改進(jìn)后，將雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的使用區(qū)域和實際值劃分出來，并要求雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)需要滿足公眾的可接受范圍，并承擔(dān)設(shè)計成本。本文對雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，是在查閱的大量關(guān)于雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)及其功能相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)，分析出的結(jié)論。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展初始階段，引來了互聯(lián)網(wǎng)巨頭的加盟，并促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的發(fā)展，智能產(chǎn)品進(jìn)入大眾視野，收到大眾追捧，相關(guān)人員就開始了雞舍環(huán)境智能監(jiān)測方面的研究，相關(guān)的企業(yè)也嗅到其中的商機(jī)，逐步引入相關(guān)產(chǎn)品的使用。2012年至2020年，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已十分成熟，并形成了關(guān)于雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)的單一產(chǎn)鏈，對產(chǎn)品進(jìn)行單獨布局，開發(fā)出了滿足雞舍環(huán)境智能監(jiān)測的單片機(jī)系統(tǒng)，但至目前為止，雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)，依然有待創(chuàng)新，需要研發(fā)出功能更全面，滿足人們個性化需求的產(chǎn)品。1.3研究的主要方法本次課題研究對象為雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)，為了更好設(shè)計出該系統(tǒng)，首先需要進(jìn)行功能的設(shè)定，根據(jù)功能設(shè)計來大體確定其所需要的硬件模塊類型，根據(jù)對比同類型的模塊，選取更適合本設(shè)計的硬件模塊。硬件部分設(shè)計好之后，還需要讓其更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和信息交互。了解其工作原理、模塊的引腳功能、電路的走向、焊接的方式等等都需要平時的積累或者通過查詢相關(guān)資料才能完成。對此，本次的研究主要工作具體如下所示：1、查詢該課題相關(guān)的文獻(xiàn)記錄：可以從網(wǎng)上或者線下圖書館來查詢有關(guān)雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)這類的文獻(xiàn)或者研究報告，來進(jìn)行功能方案的設(shè)定。2、選擇合適的的硬件模塊：根據(jù)設(shè)計好的功能，來確定本系統(tǒng)所需的硬件功能模塊，需要結(jié)合其工作方式、內(nèi)存以及性能等各個方面去考慮，比如，按鍵模塊，經(jīng)常用的有矩陣按鍵和獨立按鍵，因為在本系統(tǒng)中所用到的按鍵不需要很多，所以選擇獨立按鍵更符合本系統(tǒng)的設(shè)計。3、硬件實驗的驗證：完成硬件連接方式和程序的編寫之后，需要系統(tǒng)來進(jìn)行功能的驗證，通過驗證各個模塊的功能，來保證每一個模塊的正常，從而為整體系統(tǒng)的運行提供保障。1.4論文工作安排（一）緒論：緒論為論文的第一章，通過相關(guān)資料的查詢，本次詳細(xì)闡述了雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的背景和設(shè)計的意義、以及對雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)目前的研究狀況進(jìn)行分析，接著是對研究主要的工作進(jìn)行展開描述。（二）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案：系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案為系統(tǒng)的第二章，本章分為四個部分，分別為設(shè)計要求、系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇、元器件的選擇以及總體方案的設(shè)計，為后續(xù)的軟硬件展開描述打下了基礎(chǔ)。（三）硬件電路設(shè)計：硬件電路設(shè)計為系統(tǒng)的第三章，本章開頭描述了硬件設(shè)計的原則，主要闡述的是設(shè)計硬件時的一些注意事項。接著就是對本系統(tǒng)核心模塊的設(shè)計，包括其工作原理、電路連接以及在本系統(tǒng)的作用展開了詳細(xì)的闡述。（四）軟件設(shè)計：軟件設(shè)計為系統(tǒng)的第四章，本章主要分為四個部分，分別為軟件設(shè)計的思路、采用到的軟件編程工具和編程語言進(jìn)行描述、接著是系統(tǒng)主流程圖的設(shè)計以及主要子程序的設(shè)計，采用了圖文結(jié)合的方式進(jìn)行描述，可清楚了解軟件的設(shè)計流程。（五）調(diào)試與分析：調(diào)試與分析為本章的第五章，本章分為三個部分，分別為硬件測試、軟件測試以及測試之后進(jìn)行整體的分析。2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案2.1設(shè)計要求考慮到本系統(tǒng)設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢測，顯示以及數(shù)據(jù)的交互和處理，同時還要考慮到各個模塊之間的聯(lián)系和性能，為此本次的設(shè)計原則需要從以下幾點去考慮。數(shù)據(jù)更新快：本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)需要實時進(jìn)行對數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)據(jù)的顯示，如果反應(yīng)不及時，那么對于最終獲得到的數(shù)據(jù)跟現(xiàn)實檢測到的就會有誤差，那這樣的數(shù)據(jù)是毫無意義的，而且數(shù)據(jù)的及時性對于系統(tǒng)來說能提高用戶對雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)使用的體驗也會更好，所以數(shù)據(jù)更新及時是非常重要的。適應(yīng)能力強(qiáng)：本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)可能面對各種各樣的環(huán)境因素，所以系統(tǒng)適應(yīng)性就需要進(jìn)一步去提高，如果因為環(huán)境原因而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能及時檢測和交互，那對于本次的核心自動化檢測那變得毫無意義，所以考慮性價比的同時也不能忽略各個模塊的性能要求。數(shù)據(jù)處理智能性：當(dāng)硬件連接完成，需要對軟件程序的編寫，在編寫數(shù)據(jù)采集和交互的時候，需要考慮到系統(tǒng)會因為程序的異常或者某個錯誤而有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，所以在編寫程序的時候就需要考慮這些情況并進(jìn)行相應(yīng)的方式去彌補(bǔ)，從而才能提升整個系統(tǒng)的性能。數(shù)據(jù)的獨立性：本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)是通過各個模塊的共同協(xié)助來完成的，在設(shè)計中不能局限于目前已有的設(shè)計，我們還需要提高整個系統(tǒng)的復(fù)用性，當(dāng)我們需要添加某一功能，就需要系統(tǒng)留有合適的IO口來連接，不僅硬件如此，在編寫程序的時候，模塊化的編寫方式對于查找錯誤、功能模塊的測試以及新增新模塊等來說都可以讓我們更直觀去編寫和查找錯誤，而且對于以后的開發(fā)來說，我們也不用大費周章的重新編寫，只需要把當(dāng)前的程序重新封裝好添加相應(yīng)的功能即可，對于系統(tǒng)的正常運作大大提高了性能。2.2系統(tǒng)設(shè)計方案選擇根據(jù)雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，進(jìn)行設(shè)計方案選擇是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵步驟。本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)可以供我們選擇核心控制電路主要有兩種。一是智能控制電路，另外一種就是非智能控制電路。具體介紹如下：方案一：非智能控制電路，這種電路主要由許多不同邏輯元器件組成系統(tǒng)所需的各種邏輯功能電路以此實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能；采用繁多的電容和電阻調(diào)整系統(tǒng)中的電流與電壓。這種電路設(shè)計過程及其復(fù)雜不能保證其穩(wěn)定性，想要進(jìn)行簡單的功能拓展時則需要對整個電路進(jìn)行改變，靈活性低且功能單一。方案二：智能控制電路。這種電路采用可編程的控制器件作為核心進(jìn)行設(shè)計的電路。這種器件相當(dāng)于微型計算機(jī)，其內(nèi)部集成了運算器，控制器和存儲器等等，能夠高效率地控制電路中每個電子器件有條不紊地工作。且這種電路中電路圖設(shè)計普遍比較簡潔，當(dāng)電路出現(xiàn)異常時，能夠方便技術(shù)人員進(jìn)行排查。綜合考慮，本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，精確性與便攜性。所以本次采用智能控制電路和微控制器為核心的控制單元作為設(shè)計的基礎(chǔ)來實現(xiàn)系統(tǒng)的各個功能的開發(fā)。2.3元件選擇2.3.1主控制器選擇方案一、可以選擇AT89C51單片機(jī)，AT89C51屬于51單片機(jī)中的一種，屬于8位處理器，其簡單的IO口和特性對于初學(xué)者來說是非常友好的，51單片機(jī)不僅能進(jìn)行某些寄存器的某位處理，還能夠進(jìn)行位的邏輯運算，使得使用起來非常得心應(yīng)手。同時在RAM空間還開辟了一個雙重區(qū)間，無疑給使用者帶來了很大的便利，但是也具有一些缺點，比如需要擴(kuò)展多功能的時候，就會給系統(tǒng)的軟件和硬件帶來負(fù)擔(dān)，同時其簡單的IO口，使得該類型的單片機(jī)不具備輸出高電平的能力。方案二、可以選擇STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)屬于32位單片機(jī)，了解的人都知道，STM32是一款性價比級其高的一款處理器，具有非常優(yōu)秀的外設(shè)和處理速度,不僅如此，最高頻率可達(dá)72mhz，同時功耗、集成以及功能也有著不錯的表現(xiàn)，使得STM32得到了很多人的青睞，相比51單片機(jī)，其價格會稍微貴些，但是帶來了極大的功能和處理速度。STM32單片機(jī)和51單片機(jī)是當(dāng)前比較熱門的兩款處理器，通過方案一和方案二的優(yōu)缺點比較可知，STM32單片機(jī)更能滿足本系統(tǒng)的開發(fā)，所以最終選擇STM32單片機(jī)來作為本系統(tǒng)的核心處理器2.3.2顯示模塊選擇方案一、可以選擇LCD1602液晶顯示屏，LCD1602顯示屏總共分為兩行，每行16個字符，加起來就是32個字符，相當(dāng)于32個數(shù)碼管，但是相比數(shù)碼管，其體積更小，可顯示的內(nèi)容更多，進(jìn)行簡單的控制就可以得到各式各樣的內(nèi)容顯示，比如字符、數(shù)字以及字母等效果，不僅如此，LCD1602液晶顯示屏價格還便宜，性價比又高，所以其得到了很多人的青睞。方案二、可以選擇OLED12864液晶顯示屏，OLED12864顯示屏分為64行，每行有128列，其具有超薄、輕巧、響應(yīng)速度快以及顯示效果優(yōu)秀等優(yōu)點，可以顯示字符、數(shù)字、動畫以及曲線等多種顯示效果，被公認(rèn)為新的一代顯示技術(shù)。不僅如此，其還可以通過IO口直接和八位處理器直接連接，通過編程指令就可以直接驅(qū)動其顯示效果，可見其優(yōu)越的性能和廣泛性。LCD1602和OLED12864是當(dāng)前比較熱門的兩款顯示屏，通過方案一和方案二的優(yōu)比較可知，OLED12864更能滿足本系統(tǒng)的開發(fā)，所以最終選擇OLED12864來作為本系統(tǒng)的顯示模塊。2.4總體設(shè)計方案本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，使用溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、繼電器模塊以及報警模塊等組成，通過采用溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器來實時采集雞舍環(huán)境中的溫度、濕度和二氧化碳數(shù)值，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到OLED液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過按鍵設(shè)置的閾值范圍時，STM32主控制器則觸發(fā)繼電器打開風(fēng)扇操作，同時也會觸發(fā)蜂鳴器進(jìn)行報警，從而達(dá)到雞舍環(huán)境智能監(jiān)測的目的。系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)構(gòu)架圖3硬件電路設(shè)計3.1硬件設(shè)計原則圖3.1硬件原理圖硬件電路是一個系統(tǒng)的重要組成部分，對硬件的研究的是十分必要的，它重要影響著系統(tǒng)的功能是否得以實現(xiàn)。所以這次主要從以下幾個方面來考慮硬件電路的實施。其一、為了保證硬件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)計電路時應(yīng)該盡可能地選擇使用一些經(jīng)典的電路，經(jīng)典的電路可以讓我們走前人走的路，更加容易上手，同時前人也出現(xiàn)過錯誤，在排查錯誤時可以借鑒前人的寶貴經(jīng)驗，為我們節(jié)約大量的時間。其二、為了系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行，對系統(tǒng)的各個元件選擇要與系統(tǒng)的性能匹配，當(dāng)外圍電路過多時會造成系統(tǒng)的驅(qū)動能力不足，從而系統(tǒng)工作不平穩(wěn)，應(yīng)該減少降低芯片的功耗或者增加驅(qū)動能力，此外也要考慮系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)的抗干擾能力問題。其三、對于硬件電路的設(shè)計，不能單獨只考慮硬件，硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)與應(yīng)用軟件結(jié)合在一起考慮，硬件結(jié)構(gòu)也會受軟件方案的影響，為了使硬件結(jié)構(gòu)更加簡化，降低功耗。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，應(yīng)該由軟件部分來實現(xiàn)，但使用軟件來實現(xiàn)的話會增加CPU處理時間，降低工作效率，需要經(jīng)過合理地分析研究，才能設(shè)計出最佳電路。3.2單片機(jī)電路本設(shè)計使用的STM32單片機(jī)的型號為STM32F103，選用的是基于Cortex-M內(nèi)核的具有32位的STM32芯片，芯片內(nèi)包含高性能的微控制單元，STM32單片機(jī)的工作模式分別是睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式。時鐘頻率高達(dá)72M赫茲，存儲器容量高達(dá)64KB，存儲類型為閃存，具有豐富的I/O接口和外設(shè)接口，A/D轉(zhuǎn)換器為10*12b，封裝類型為48-LQFP。芯片工作電壓為2.0V-3.6V，I/O接口電壓兼容5V，適用溫度范圍在零下四十?dāng)z氏度到八十五攝氏度之間。STM32單片機(jī)電路的示意圖如圖3.1所示：圖3.1STM32模塊電路圖3.3顯示模塊本系統(tǒng)顯示模塊主要用于對雞舍環(huán)境溫濕度、二氧化碳濃度數(shù)據(jù)的顯示，選用的是OLED12864顯示模塊。本設(shè)計采用0.96寸的OLED屏實時顯示信息。OLED屏的7個引腳分別為GND、VCC（3.3-5V）、D0、D1、RES、DC、CS，其中GND端接地，VCC端接3.3V，其他引腳與STM32F103C8T6的SPI端口連接。本設(shè)計的電路圖如下所示：圖3.2顯示模塊電路圖3.4溫濕度傳感器模塊本系統(tǒng)溫濕度傳感器模塊主要用于雞舍環(huán)境溫濕度信息的采集。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和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC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。其設(shè)計電路原理圖如圖3.3所示：圖3.3溫濕度傳感器模塊電路圖3.5二氧化碳傳感器模塊本次設(shè)計具有測量環(huán)境二氧化碳濃度的功能，二氧化碳傳感器利用二氧化碳?xì)怏w對特定紅外光譜波段的吸收能力，通過計算測量室輻射能的變化規(guī)律，準(zhǔn)確計算出測量環(huán)境中二氧化碳的濃度。在本次設(shè)計的電路中，引腳1對接電源部分，引腳2對接接地部分，引腳3、4對接單片機(jī)上的SGSDA、SGSCL，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的傳輸功能。其設(shè)計電路原理圖如圖3.4所示：圖3.4二氧化碳模塊電路圖3.6按鍵模塊本次設(shè)計選擇采用四個獨立按鍵來進(jìn)行閾值的設(shè)置。獨立按鍵一端與地相連，而另一端則分別與STM32單片機(jī)的I/O口相連，這個I/O口均自帶內(nèi)部上拉，即作為輸入引腳時，除非外部電平為低電平，否則一直為高電平?；谝陨想娐房芍?，按下的按鍵對應(yīng)的引腳電平變低。因此，當(dāng)檢測到某一I/O口電平產(chǎn)生了下降沿時，代表該I/O口對應(yīng)的按鍵被按下。其原理圖如下圖3.5所示：圖3.5按鍵模塊電路圖3.7報警模塊在此次設(shè)計中，還設(shè)計了報警功能，當(dāng)所采集的數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值范圍的時候，就會啟動蜂鳴器完成報警功能。本次設(shè)計的蜂鳴器報警模塊采用的是有源蜂鳴器，可通過FMQ端輸入的高或低電平從而實現(xiàn)蜂鳴器的導(dǎo)通和關(guān)閉，從而完成報警這個動作，通過一個NPN三極管，可將信號進(jìn)行放大，從而保證了聲音的響亮。蜂鳴器報警電路原理圖如圖3.6所示。圖3.6蜂鳴器電路圖

4軟件設(shè)計4.1設(shè)計思路結(jié)合原理圖連接制作完成硬件設(shè)計之后，下一步就需要對軟件程序進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)采用了的是C語言技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)工具使用的是KEIL。本設(shè)計的程序設(shè)計，首先進(jìn)行各個功能模塊程序的編寫，接著進(jìn)行main()主程序的編寫，把各個功能模塊調(diào)入進(jìn)去，編寫完成之后進(jìn)行程序的BUG調(diào)試。采用模塊化的程序編寫有利于檢查以及后期類似開發(fā)工作的使用，使用到相關(guān)模塊的時候，直接拿來使用即可。比如顯示模塊，當(dāng)在以后的開發(fā)工作中使用到的時候可以直接把之前寫好的程序進(jìn)行使用即可，增強(qiáng)了程序的復(fù)用性。不僅如此，當(dāng)我們的系統(tǒng)出現(xiàn)代碼的錯誤時候，可以進(jìn)行各個模塊的調(diào)試來確認(rèn)發(fā)生的錯誤，為開發(fā)工作提高了很大的效率。4.2編程環(huán)境及語言簡介雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的程序設(shè)計開發(fā)，采用的是Keil開發(fā)軟件以及C語言技術(shù)。系統(tǒng)能夠順利完成，程序能夠順利編寫，其中離不開優(yōu)秀的開發(fā)編程軟件Keil軟件，Keil軟件是一款常用的單片機(jī)開發(fā)程序軟件，這個軟件可以使用C語言以及匯編語言的開發(fā)，簡單明了的操作界面以及編寫程序規(guī)則的提示都對開發(fā)者帶來了極好的體驗，可以大大減少開發(fā)者的開發(fā)周期。以至于，開發(fā)者進(jìn)行51單片機(jī)或者STM32單片機(jī)系統(tǒng)的軟件程序開發(fā)時幾乎都是使用Keil軟件來編寫，等待編寫完成之后，Keil還可以進(jìn)行程序的仿真，來進(jìn)一步確認(rèn)程序的編寫是否存在明顯的錯誤。51單片機(jī)或者STM32單片機(jī)系統(tǒng)的程序軟件的開發(fā)通常采用兩種語言，C語言或者匯編語言這兩種，這兩種語言經(jīng)過編譯之后都可以讓單片機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行識別。C語言對于初學(xué)者來說更友好，無論是在語言上、功能結(jié)構(gòu)上都很清楚的看出每個程序要做的動作，匯編語言則需要學(xué)習(xí)更多的匯編知識才可上手。為了系統(tǒng)更快的開發(fā)，本次選用了C語言來作為開發(fā)雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的軟件程序語言。通過編寫完各個模塊的功能程序的時候，需要在主程序main()方法中調(diào)用使用。編寫完成程序之后，就可以進(jìn)行編譯而生成HEX文件來被單片機(jī)系統(tǒng)的主控制器來識別，從而完成本次系統(tǒng)的開發(fā)。4.3主流程序設(shè)計系統(tǒng)開始啟動工作之后，完成初始化，以STM32單片機(jī)為核心微控制器，其外圍包括溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、繼電器模塊以及報警模塊。通電以后，傳感器來實時采集雞舍環(huán)境中的溫度、濕度和二氧化碳數(shù)值，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到OLED液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過按鍵設(shè)置的閾值范圍時，STM32主控制器則觸發(fā)繼電器打開風(fēng)扇操作。系統(tǒng)主程序流程圖如下所示：圖4.1主流程圖4.4主要模塊子程序設(shè)計4.4.1顯示子程序單片機(jī)獲取到溫度、濕度、二氧化碳濃度數(shù)據(jù)后,數(shù)據(jù)可視化查看操作采用液晶屏進(jìn)行顯示處理。實時顯示當(dāng)前的監(jiān)測數(shù)據(jù)。液晶顯示子程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2液晶顯示子程序流程圖4.4.2信號采集子程序本設(shè)計溫度、濕度、二氧化碳濃度的信號采集，主要是市場上常用的單片機(jī)控制，需要錄取傳感器探測到的信號，這里使用真實模擬來進(jìn)行采集，最后輸出的ADC信號由用到的單片機(jī)上面集成的ADC采集模塊作進(jìn)一步的相應(yīng)處理。執(zhí)行的過程如圖所示：圖4.3數(shù)據(jù)采集子程序流程圖4.4.3報警子程序設(shè)計報警功能在本次設(shè)計中起著重要的提示作用，當(dāng)系統(tǒng)檢測到相關(guān)環(huán)境因素的數(shù)值后，會與設(shè)定的閾值范圍進(jìn)行比較，如果該值在閾值范圍之外，則控制單元會發(fā)出信號，進(jìn)行報警。其流程如下所示：圖4.4報警流程圖

5調(diào)試與分析5.1硬件調(diào)試5.1.1硬件連接測試完成系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)之后，接下來的一個重要步驟那就是硬件電路的調(diào)試。首先通過原理圖來查看電路連接順序是否錯誤，查看一些線路是否已經(jīng)完全連接在其相應(yīng)的管腳上，因為模塊需要飛線加上線路多的情況下是非常容易連接錯誤的，接著需要借助萬能表來測試焊接電路是否能夠正確導(dǎo)通，用萬能表測試過程中如果萬能表的蜂鳴器正常響起那就說明是可以導(dǎo)通，反之就是不導(dǎo)通，有可能就是存在虛焊、焊接錯誤等問題，這時就需要仔細(xì)去排查，虛焊問題可以通過電烙鐵來重新焊接，焊接完成再用萬能表測試，蜂鳴器正常響起那就說明是焊接正確的，最后需要對電源進(jìn)行測試，在給系統(tǒng)上電之前，需要對各個模塊承受電流的估量，可以借助穩(wěn)壓電源來進(jìn)行測試，系統(tǒng)上電之后需要仔細(xì)觀察各個模塊的反應(yīng)是否正常，發(fā)現(xiàn)異常后，需要立即斷掉電源，正常運行一分鐘后，在單片機(jī)附件按下復(fù)位鍵，觀察系統(tǒng)整體反應(yīng)，正常運行就完成了硬件電路的測試。5.1.2硬件功能測試連接完系統(tǒng)之后，確認(rèn)無誤可以進(jìn)行功能測試，本次的功能測試先從各個模塊來進(jìn)行調(diào)試，看是否能夠正常運行，確認(rèn)好各個模塊正常運行之后，就可以進(jìn)行聯(lián)調(diào)，看是否能夠達(dá)到我們的所需的要求。系統(tǒng)功能測試用例與結(jié)果如表5.1所示。表5.1硬件模塊測試結(jié)果編號測試目標(biāo)測試內(nèi)容測試結(jié)果1單片機(jī)模塊1．測試單片機(jī)是否可以正常工作成功2傳感器模塊1．測試傳感器模塊是否正常工作2．測試傳感器模塊數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性成功3報警模塊1．測試蜂鳴器模塊是否正常工作2．驗證超出閾值是否有響應(yīng)成功4液晶顯示模塊1．驗證是否可顯示數(shù)值2．驗證顯示數(shù)據(jù)的正確性成功5.2軟件調(diào)試在完成硬件測試后，接下來就是軟件測試了。借助Keil4軟件來打開程序，因為采用的是模塊化的開發(fā)方式，單個模塊程序放在一個文件里，最后通過直接調(diào)用在main()主程序就可以使用了，該方法可以讓main()主程序看起來沒那么繁瑣，也為了更好去查看問題。運行程序后，注意查看是否會出現(xiàn)錯誤警告，當(dāng)出現(xiàn)錯誤的時候，需要根據(jù)Keil4編譯運行的日志進(jìn)行仔細(xì)盤查，日志里會顯示錯誤的具體行數(shù)，根據(jù)提示的行數(shù)，一行行去解決，多數(shù)的錯誤會出現(xiàn)在大小寫，標(biāo)點符號以及括號是否對應(yīng)等小問題，這時候就需要很仔細(xì)去查看了，當(dāng)發(fā)現(xiàn)是程序出了問題，可查看是否是配置參數(shù)、指針變量或者聲明類型等常見類型的錯誤，嘗試去解決，解決不了，可以通過網(wǎng)上查閱資料、書籍搜索或者咨詢同學(xué)和老師的方式去解決這個問題。不斷嘗試、不斷編譯，當(dāng)出現(xiàn)零錯誤零警告才是軟件程序測試步驟的完成。5.2.1軟件測試方案本系統(tǒng)的對于軟件的測試方案選擇黑盒測試方法，這樣比較簡便。5.2.2軟件測試過程（1）使用Keil軟件編寫雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計代碼；（2）完成代碼編程，代碼編譯，調(diào)試過程中出現(xiàn)顯示異常，出現(xiàn)亂碼，通過修訂代碼，編譯成功；（3）將編譯成功的HEX文件下載到STM32單片機(jī)；（4）連接下載口，打開KEIL軟件進(jìn)行程序燒錄。此時可以觀察OLED顯示屏的初始界面，觀察是否有溫度、濕度、二氧化碳濃度信息。（5）進(jìn)行傳感器子程序調(diào)試。觀察是否能夠正確獲取數(shù)據(jù)。（6）報警子程序，使溫度、濕度、二氧化碳濃度超出閾值范圍，看單片機(jī)是否能驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報警。5.3整機(jī)調(diào)試分析完成硬件和軟件的調(diào)試之后，就是對系統(tǒng)的整體測試了，這時候需要借助程序下載工具來完成，在下載時，需要注意選好單片機(jī)型號芯片、串口號以及波特率,下載成功后，觀察單片機(jī)系統(tǒng)上出現(xiàn)的情況，接著對單個模塊功能分別進(jìn)行功能測試，觀察是否成功實現(xiàn)功能，出現(xiàn)模塊未能成功實現(xiàn)，就需要去進(jìn)行軟件結(jié)合硬件的測試了，直到找到問題并解決。經(jīng)過多次測試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)其基本的功能，供電穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)正常運行時能夠?qū)崟r顯示數(shù)據(jù)和進(jìn)行報警等功能。（1）溫濕度傳感器測試測試內(nèi)容：首先要檢查溫濕度傳感器測試是否正確，能否靈敏感知雞舍的溫濕度。測試方式：設(shè)置溫濕度預(yù)置，靠近溫濕度傳感器呼氣。檢測結(jié)果：如圖所示，對溫濕度傳感器呼氣后，溫度由27度變?yōu)?9度。在正常環(huán)境的環(huán)境下，空氣濕度為58,呼氣后，空氣濕度變?yōu)?0。說明了溫濕度傳感器面對不同的溫度和濕度環(huán)境時，變化數(shù)值較為準(zhǔn)確。圖5.31溫濕度傳感器溫度變化測試圖（2）二氧化碳模塊測試測試內(nèi)容：當(dāng)雞舍內(nèi)二氧化碳濃度嚴(yán)重超過預(yù)先設(shè)置值。測試方式：將打火機(jī)靠近二氧化碳傳感器，看蜂鳴器有無報警，風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動，若有，則正常，反之，不正常。檢測結(jié)果：如圖所示，二氧化碳濃度嚴(yán)重超出正常范圍時系統(tǒng)報警，此時蜂鳴器發(fā)出聲音報警，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動。圖5.34二氧化碳傳感器濕度變化測試圖（3）風(fēng)扇測試測試內(nèi)容：當(dāng)溫度超過預(yù)先設(shè)置值時，看風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動進(jìn)行降溫。測試方式：當(dāng)上位機(jī)溫度顯示高于雞舍適合的溫度27攝氏度時，看電機(jī)是否轉(zhuǎn)動，若轉(zhuǎn)動，則正常，反之，不正常。檢測結(jié)果：如圖所示，當(dāng)溫度超過27攝氏度，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，說明風(fēng)扇正常。圖5.35排風(fēng)扇測試圖6總結(jié)本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，使用溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、液晶顯示模塊、按鍵模塊、繼電器模塊以及報警模塊等組成，通過采用溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器來實時采集雞舍環(huán)境中的溫度、濕度和二氧化碳數(shù)值，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到OLED液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過按鍵設(shè)置的閾值范圍時，STM32主控制器則觸發(fā)繼電器打開風(fēng)扇操作，同時也會觸發(fā)蜂鳴器進(jìn)行報警，從而達(dá)到雞舍環(huán)境智能監(jiān)測的目的。當(dāng)進(jìn)行到系統(tǒng)測試部分，并且能夠正常運行顯示的時候，就預(yù)示著已經(jīng)實現(xiàn)完最初設(shè)計的功能。本次設(shè)計的雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)，從選題到完成整個系統(tǒng)的開發(fā)，經(jīng)過了幾個月的時間，期間不斷去查找相關(guān)文獻(xiàn)以及詢問老師、舍友以及實現(xiàn)的學(xué)長學(xué)姐，經(jīng)過不斷的努力，最終完成了本次雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。經(jīng)過本次設(shè)計讓我對51單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及顯示技術(shù)有了更好的研究。通過對系統(tǒng)的整體設(shè)計、硬件設(shè)計以及軟件程序的設(shè)計等等，每一塊的設(shè)計都讓我學(xué)習(xí)到了很多，硬件設(shè)計這部分，了解到了每個模塊的作用、IO口的功能以及其注意事項。軟件程序這部分，讓我了解到了程序規(guī)范的重要性，好的編程風(fēng)格能讓自己的代碼重復(fù)使用，本次雞舍環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究，充分體會到了程序模塊化設(shè)計的便利性，最后經(jīng)過系統(tǒng)測試，從單個功能再到系統(tǒng)整體功能均得到了很好的實現(xiàn)，并且在數(shù)據(jù)響應(yīng)及時性、數(shù)據(jù)請求性以及數(shù)據(jù)處理能力等等，表現(xiàn)得都很好。當(dāng)然，本次設(shè)計也有很多不足之處，比如數(shù)據(jù)智能處理部分，沒能很好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能化處理，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展