智能环境控制系统

智能环境控制系统（通用12篇）

智能环境控制系统 篇1

温室作为现代设施农业的一个方面,利用多种环境监控手段,实时监测和调控温室内温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数,使其达到作物生长所需的最佳状态。随着农业技术发展,温室规模和结构越来越复杂,对温室环境及其监控要求也越来越高,温室环境监控已成为现代农业技术研究的重要内容[1]。

目前我国温室环境监控系统结构较简单,环境调控能力弱,导致综合调控水平低。而传统的环境参数测量及调节的方法存在设备安装和维护工作量大的缺点。有线通信方式,难以保证数据的及时性,准确性及监控的高效性,不利于在大面积温室环境的集中远程监控和温室环境数据综合应用,更难与农业专家系统实现无缝链接[2]。

为满足现代温室环境远程监控和与农业专家系统无缝连接的要求,本文设计并实现了一种温室环境远程监控与应用的智能无线传感系统。系统传感节点以MCU51为主控芯片,通过光强、温湿度及二氧化碳浓度传感器实时采集环境参数,所得到的环境参数通过Zig Bee网络传到系统的Zig Bee-Wi Fi无线网关,该网关既是Zig Bee网的协调器,又是无线Wi Fi的节点。通过网关转换,环境参数可以在Internet上得到应用并可与农业专家系统实现无缝连接。

1 环境智能传感器网络硬件设计

1.1 硬件总体结构

环境智能传感网系统硬件基本结构如图1所示,传感网的节点是以MCU51为主控芯片,连接光强、温湿度、二氧化碳浓度传感器,实现对环境参数的测量传输,测量的数据通过Zig Bee-Wi Fi网关传送到上位机。上位机既可以显示智能节点发送的监测环境参数,供工作人员查询记录,也可发送命令改善农作物生长的温室环境。

1.2 Zig Bee-Wi Fi网关

Zig Bee和Wi Fi各自具特点,并且有互补性,二者结合具有很好的应用前景[3]。基于Zig Bee技术的无线传感器网络具有可快部署、成本低、无人值守等优点,但其无线传输数据速率低,需与Wi Fi技术相结合,才能组建远程无线监控应用。

Zig Bee-Wi Fi网关在Zig Bee网络中作为协调器一直处于监听状态,采用自组织方式组网,可随时建立无线通信链路[4]。Zig Bee-Wi Fi网关同时又是Wi Fi网络的一个节点,环境参数经网关转换后可实现Internet的远程应用,为用户提供实时监控服务[5]。Wi Fi无线模块添加进控制系统之后,就可以基于TCP/IP协议开发各种网络应用程序。

1.3 智能传感节点

无线传感网络智能节点外接传感器有温湿度、光强、二氧化碳浓度。传感器采集环境参数数据,将通过Zig Bee模块发送Zig Bee-WIFI网关。环境无线智能传感节点的硬件结构如图2所示。

无线传感网智能节点是整个系统的数据采集和环境调控主要执行机构,无线传感网智能节点的软件流程图如3所示:

智能节点加电后首先进行初始化,启动Zig Bee无线模块,设备加入网络后建立绑定后即可进行数据接收和发送。启动传感器采集数据并将获得的环境参数打包发送;接收时首先将接收到的数据解包,根据接收到的数据进行相应环境参数调控处理,如控制相应的继电器打开或者关闭有关设备。

2 远程应用软件及其实现

环境参数被采集并通过Zig Bee-Wi Fi网关发送到PDA、手机、平板电脑或者PC上,进行多种形式监控温室环境,也可发布到Internet上,并将有关数据保存在指定位置,根据专家系统对温室环境进行调控。远程应用程序实现的主要功能有温室环境的实时监测、人工监控以及自动监控三大功能。

远程应用程序与Zig Bee-Wi Fi网关之间的通信通过Socket来完成[6]。常用的套接字有两种,即流式套接字和数据报套接字。本网络通信程序使用TCP/IP协议下的流式套接字编写[7]。通过对Socket的读、写操作实现网络通信功能。

在监控系统与上位机进行数据交互时,启用多线程技术。Socket和多线程结合可以满足应用程序之间数据通信的要求,同时进行数据发送与接收[8]。多线程和进程联系在一起,进程是应用程序的执行实例,每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据等系统资源组成的,所有资源在进程终止时释放。而线程是进程内部的一个执行单元,每个进程至少有一个线程—主执行线程,无须用户创建,是由系统在程序启动后创建的,用户可根据需要在应用程序中建立其它的线程,多个线程并发运行在同一进程中[9]。一个进程的多个线程都在该进程的虚拟地址空间中,使用共有的资源。多线程就是允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务,可以更好地利用系统资源,用尽可能少的时间来对用户的要求做出响应,使得进程的整体运行效率得到较大提高,同时增强了应用程序的灵活性[10]。

监测数据与上位机通信是基于C/S模式的远程应用软件,本系统是将Wi Fi-Zig Bee网关作为服务器端,基于Windows XP操作系统的PC作为客户端。利用Socket编写客户端程序,架构用户界面,接收或传送数据,响应服务器的发送监测温室环境参数,完成对温室环境的实时控制。Socket是网络通信的基本单元,它提供了不同主机间进程双向通信的端点。软件流程图如图4所示。

系统的服务器要始终有处于运行状态,随时等待上位机客户端的连接请求,将智能节点的监控数据发送到PC端。上位机监控端作为客户端,连接服务器后便接收监测数据,可发送相应的命令或将监测数据发布到Internet上,在发送命令和数据时要调用端口控制代码。上位机发送命令到测控终端,测控终端接收后,判断是发送存储的温度数据还是改变控制参数,实现数据采样收集和现场控制的目标。实时监测数据如图5所示。

Zigbee-WiFi网关作为服务器端,设置的I P地址为:192.168.1.123;端口号为:60000。每个传感节点发送数据的格式为:

FD+长度+目标地址+数据+来源地址

其中:FD为数据起始标识;长度为该数据包中有效数据字节数,测试时为08;目标地址为Zig Bee网络协调器地址,本测试中为00 00共2个字节;数据为环境参数,依次为温度、湿度、光强、CO2浓度;来源地址为传感节点在Zig Bee中的地址,为2个字节。

3 结论

本系统的设计实现并满足现代温室环境远程监控和与农业专家系统无缝连接的要求。利用NXP LPC1766作为主控芯片,设计实现了一个Zig BeeWi Fi网关。利用此网关实现了温室环境参数从Zig Bee到无线以太网的双向转发。采用MCU51、传感器和CC2530芯片硬件实现了无线智能传感节点,并预留其他传感器接口以方便节点功能的扩展。

采用Socket和多线程技术,实现了一个基于C/S模式的远程应用软件,实现温室环境的远程监测、人工监控和自动监控。与农业专家系统实现无缝连接,保存的温室环境参数可为温室管理、农作物生长、病虫害诊断等提供可靠的数据。系统实现了温室环境的远程监控,提升了温室环境监控的自动化水平。

参考文献

[1]梁竹君,武丽.环境监控技术在设施农业中的应用[J].安徽农业科学,2009,37(16):7672-7673,7753.

[2]代媛,何东健,张建峰.基于ZigBee的农业信息无线传输网络研究与实现[J].传感器与微系统,2010,29(7):14-20.

[3]王建国,郭宝亿.基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统[J].西安工业大学学报,2008,28(5):460-465.

[4]姜文刚,蔡蓝图.智能家居无线传感器网络的研究[J].江苏科技大学学报:自然科学版,2010,24(2):170-173.

[5]刘红义,赵方,李朝辉,等.一种基于WiFi传感器网络的室内外环境远程监测系统设计与实现[J].计算机研究与发展,2010,47(z2):361-365.

[6]马增炜,马锦儒,李亚敏.基于WIFI的智能温室监控系统设计[J].农机化研究,2011,33(2):154-160.

[7]王艳平.Windows网络与通信程序设计(第2版)[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[8]张允刚,刘常春,刘伟,等.基于Socket和多线程的远程监控系统[J].控制工程,2006,13(2):175-177.

[9]周学威,闫鑫,赵榉云,等.基于SOCKET的多线程下载工具的开发[J].电子测试,2011,(8):104-106.

[10]王险峰,刘宝宏.Windows环境下的多线程编程原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

智能环境控制系统 篇2

学生姓名 学院

学 号

计算机科学与技术学院

物联网工程 专

业

题

目 智能农业大棚环境监视系统的设计与实现 指导教师

2016 年 月 1 日

目录

1引言.............................................................................................................错误！未定义书签。

1.1智能农业大棚应用的背景...............................................................错误！未定义书签。1.2智能农业大棚设计的目的与意义...................................................错误！未定义书签。2监视系统ZigBee网络设计方案...................................................................................................1 2.1 ZigBee网络技术简介（这个抄一下老师给我们的那个参考）.....................................1 2.2两种典型网络配置结构...................................................................错误！未定义书签。

2.2.1两层网络，系统由两类点构成：........................................错误！未定义书签。2.2.2三层网络，系统由三类点构成：..........................................................................3 3智能农业大棚控制系统的总体方案............................................................................................3 3.1智能农业大棚的特点.................................................................................................................3 3.2设计的总体思路.........................................................................................................................4 3.3系统分为三个模块（说一说各部分的功能与工作的流程）.........................................5 3.3.1 ZigBee无线传感节点...........................................................................................5 3.3.2 ZigBee数据汇聚节点...........................................................................................5 3.3.3 控制系统...............................................................................................................6 3.4无线传感器网络拓扑连接图.............................................................................................6 4 结论..............................................................................................................................................6 4.1 系统应该完成的功能........................................................................................................6 4.2心得体会和感悟.................................................................................................................7 参考文献...........................................................................................................................................7

引言

1.1智能农业大棚应用的背景

在我国智能农业大棚控制系统还处于发展阶段，特别是传统农业与现代自动化控制技术相结合的研究成果还不够成熟。在传统的农业大棚中，浇水、通风，灯光等控制全凭经验、靠感觉。对农业大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳的浓度、土壤的酸碱度等环境参数都需要靠人工进行采集，这样的传统农业大棚不仅大大耗费人工成本，而且还会因为监测不到位而使农业大棚的环境得不到保障。因此智能的农业大棚应运而生。

1.2智能农业大棚设计的目的与意义

目的：

1)通过智能化的设计使得大棚的环境得到自动监视，便于管理员通过手机进行实时监查与管理。

2)将大棚内农作物的生长环境与温室环境有机结合，分析数据并确定适合温室大棚的控制系统。

意义：大大的缩减了人工巡查的成本，同时更加高效的实现了人工智能自动监管，使得农业大棚向信息化，网络化，智能化的方向发展。

2监视系统ZigBee网络设计方案 2.1 ZigBee网络技术简介

ZigBee是一组面向低速无线个人区域(LR-WPAN)的双向无线通信技术标准。它是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。其MAC层和物理层协议使用了IEEE 802.15.4标准，ZigBee联盟对网路层协议和API（应用层）进行了标准化，同时还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。与Wi-Fi,Bluetooth等其他无线接入技术相比，ZigBee具有的优势如下：

1、功耗低：工作非常省电，支持休眠状态。由于周期很短，收发信息功耗较低，以及采用了休眠模式，ZigBee可确报两节5号电池支持6个月至两年左右的使用时间；

2、工作频段灵活：使用的频段分别为2.4GHz(250Kb/s)、915MHz(40Kb/s)、和868MHz(20Kb/s)均为无须申请的ISM频段；

3、低成本：由于传输速率低，并且协议简单，降低了成本，另外使用ZigBee协议可以免专利费；

4、组网灵活、网络容量大：ZigBee可采用星型、树型和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一场网络节点管理，最多可支持达65000个节点。

5、安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128，应用层安全属性可根据需求来配置。

6、高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密。ZigBee网络具有三种拓扑结构，如图2-3所示。

图2-3 ZigBee网络拓扑结构图

1、星形拓扑结构：节点之间只有唯一的一条路径

2、树状拓扑结构：当从一个节点向另一个节点发送数据时，信息将沿着树的路径向上传递到最近的协调器节点，然后再向下传递到目标节点。

3、网状拓扑结构：网状拓扑结构是一种特殊的、按多跳方式传输的点对点的网络结构，其路由可自动建立和维护，并且具有多种强大的自组织、自愈功能。网络可以通过“多跳”方式通信，可以组成极为复杂的网络，具有很大的路由深度和网络节点规模。

2.2两种典型网络配置结构

2.2.1两层网络，系统由两类点构成：

无线传感器节点，包括无线空气温湿度传感器、无线土壤温度传感器、无线

土壤含水量传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等；

无线网关节点，包括Wi-Fi无线网关或GPRS无线网关。

该结构适用于园区已经有Wi-Fi局域网覆盖，或是可以采用GPRS直接上传数据的场景。在此结构中，只需要在合适的区域部署无线网关，即可实现传感器数据的采集和上传。（本次我所使用）

2.2.2三层网络，系统由三类点构成：

无线传感器节点，包括无线空气温湿度传感器、无线土壤温度传感器、无线土壤含水量传感器、无线光照度传感器、无线CO2传感器等；

无线网关节点；

数据路由器。

该结构适用于园区没有Wi-Fi局域网覆盖，也不准备采用GPRS直接上传数据的场景。在此结构中，需要部署数据路由节点和无线网关，无线网关与数据路由节点之间以长距离无线通信方式进行数据的交换，在区域较大，节点间通信距离不足时，无线网关还可以相互之间进行自动数据中继，扩大监控网络的覆盖范围。

3智能农业大棚控制系统的总体方案 3.1智能农业大棚的特点

通过使用智能无线节点CC2530模块形成的小型局域网（如下图所示）。红色为协调器模块（小型无线网络的网关），黄色为功能模块（子节点包括：温湿度采集模块、数字量输入/输出模块等）。

智能农业大棚事实的流程图

3.3系统分为三个模块

3.3.1 ZigBee无线传感器节点

根据总体设计的要求，ZigBee无线传感节点作为数据的采集节点，负责将温室大棚里的温湿度传感器，光照强度传感器，二氧化碳传感器等采集到的数据发送到ZigBee数据汇聚节点，即CC2530智能无线节点。

3.3.2 ZigBee数据汇聚节点

智能环境控制系统 篇3

【关键词】环境;PM2.5;智能;Android

1、引言（introduction）

环境监测是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。环境监测的目的是为了准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，為环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。

智能环境监测指通过计算机、传感器、通信网络等新技术，动态实时的获取和监测环境的各项指标。本系统设计重点集中在空气质量监测，对一个区域内的能够代表空气质量的污染物例如PM2.5等进行检测

2、系统功能设计（The system function design）

图1系统设计图

Fig.1 system design

（1）客户端

客户端运行在平板电脑上，操作系统采用 Android系统，用户可以过平板电脑实时看到当前环境指标数值，比如co2浓度、PM2.5数值，空气污染等级等;对每个传感器数值的极值（预警值）可以设置，当前值超过预警值时，页面会发生相应的变化。例如PM2.5值过大，页面会变得模糊等。

（2）服务端

服务端运行在定制实验箱硬件上，操作系统采用 Android系统，服务端一方面接受客户端数据读取请求，给予响应;另一方面通过串口读取外接zigbee模块采集到的环境指标数据;服务器端直接与传感器通信，通过zigbee模块获取数据，服务器端发送请求来获取数据进行分析和展示。

（3）客户端与服务端连接

通过wifi网络连接;客户端自动判断是否是Wifi或者是移动网络情况，提示用户连接网络。

（4）协调器

一个单片机，集成了 zigbee模块，与外部各种传感器以及继电器通信，传感器以及继电器也是集成了 zigbee模块;

（5）协调器与传感器连接

传感器和协调器之间通过zigbee通信;

（6）服务端与协调器

通过串口数据线连接;

3、系统环境搭建（System environment）

开发系统软件和工具版本：jdk1.7、adt-bundle-windows-x86_64-20130917（Eclipse）

系统运行版本：Android4.0及更高的Android版本

4、开发流程及关键技术（The Process and key technology development）

4.1、开发流程

系统开发的主要流程如图2所示：

图2 系统开发流程图

Fig.2 system development flow chart

4.2、关键技术

客户端与服务端通信采用 http 消息，消息的 body 采用 JSON 格式描述。使用HttpPost连接，移动端（Android）通过HttpPost请求获取服务器数据，服务器通过JSON数据格式返回给请求者。移动端解析数据和分析数据，对数据进行图表展示等操作。客户端每隔3秒向服务器端请求一次数据，对请求到的数据进行分析处理，以折线图、文本格式在界面上展示给用户。

系统的折线图部分使用Android自带画图工具，CharView类继承自View 复写Draw方法进行图形的绘制，新建方法upData更新图形，重新绘制图形。这样就可以展示实时动态折线图。

系统服务器端Http Server则负责接收来自客户端的请求，当请求到达时创建一个线程处理该请求，线内部首先解析请求，根据请求的参数区分进行后续的业务逻辑处理，业务逻辑处理过程会消息队列中读取采集到的串口数据，处理完毕后构造响应消息应答客户端设备。

5、结论（Conclusion）

当前，我国大气污染形势严峻，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定。随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，大气污染防治压力继续加大。反映到终端上，则是以用户为中心的设计，在给用户带来丰富的内容和服务的同时，更重要的是给用户提供良好的体验。该系统对大气环境检测，保障了环境不被污染，空气清新。提高用户的生活质量。

参考文献：

[1]Android A Programmers Guide . Jerome（J.F.）DiMarzio  DOI：10.1036、0071599886

[2]林城. Android 2.3 应用开发实战[J] . 机械工业出版社，2011：17-321.

[3]韩超. Android经典应用程序开发[J] . 人力资源出版社，2011：5-18.

[4]刘卫国，姚昱禹. Android与J2ME平台间即时通信的研究与实现[J]. 中南大学 信息科学与工程学院.  2008年12期：118-120.

[5]刘平.  Android手机访问服务器的一种数据交互方法[J] . 西安财经学院 网络与现在教育技术中心，2010-09：96-102.

[6]研究领域：软件开发.

农业大棚智能检测环境系统 篇4

随着科学技术的不断发展,人们的生产对周围环境的要求也越来越高,比如农作物大棚、工厂以及一些大型机械设备,都需要实时掌握工作条件的温度、光照等。传统的人工测量方法浪费人力物力,效率低,安全性差。随着单片微型机技术的发展[1],人们已越来越多地采用单片机[2]对一些工业控制[3]系统参数进行检测和控制。与此同时,PC机具有强大的监控和管理功能,而单片机则具有简洁、灵活、快速的控制特点。通过PC机的RS 232串行接口与外部设备进行通信,是现在测控中常用的一种通信解决方案,所以PC机与单片机之间的通信具有非常重要的现实意义。

1 系统硬件总体设计

系统总体设计是基于上位机利用串口通信与单片机环境监控系统设计,由上位机、通信接口和下位机三部分组成。微控制器采用STC89C52[4];光传感器采用TSL2561;温度传感器采用DALLAS公司生产的 DS18B20[5]。单片机将传感器采集到的数据通过串口通信方式传输给PC机[6],PC机将获得的数据实时显示在监控画面中,同时实时显示温度曲线和光照曲线。系统总体结构如图1所示。

1.1 控制模块功能

主控板采用一片STC89C52作为控制器。STC89C52是一个高性能CMOS 8位单片机,片内含8 KB可反复擦写的FLASH ROM和256 B的RAM。STC89C52性能优越且成本低,非常适合应用于本系统。核心控制模块STC89C52的主要功能是负责将传感器所采集的数据进行处理,通过RS 232串口通信接口传输到上位机,同时,将数据实时显示到LCM12864液晶屏上。当自动判断所采集到的数据高于设定数值时,立即启动相关的蜂鸣器,完成报警功能。

1.2 串口通信模块

该模块采用RS 232,它是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准,采用异步传输方式,其特点是使用简单,价格低廉。它将单片机采集到的数据传送到上位机中,实现远程监控。

1.3 光采集模块

TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程、灵活配置的光强度数字转换芯片,它是光-数字转换器,单片机通过I2C总线从TSL2561内部获得CH0和CH1通道的数值,通过软件计算,将所采集到的数字信号转换为lux的光学单位,最后将光强转换成数字信号输出。光强算法如下:

For 0 < CH1/CH0 _ 0.52 Lux = 0.0315 _ CH0-0.0593 _ CH0 _ ((CH1/CH0)1.4)

For 0.52 < CH1/CH0 _ 0.65 Lux = 0.0229 _ CH0-0.0291 _ CH1

For 0.65 < CH1/CH0 _ 0.80 Lux = 0.0157 _ CH0- 0.0180 _ CH1

For 0.80 < CH1/CH0 _ 1.30 Lux = 0.00338 _ CH0-0.00260 _ CH1

For CH1/CH0 > 1.30 Lux = 0

1.4 温度采集模块

DS18B20是数字温度传感器,它提供9位二进制温度读数,其为单线结构,信息经由单线接口送入DS18B20或输出DS18B20。在该设计中,可以自行设置高温警报数值上限,当温度高于设定值时,则启动蜂鸣器,提示采取相应的措施。

1.5 显示模块

该显示模块采用LCM12864液晶显示,其模块内置字库,链接方便,显示质量高,且成本低。它主要显示系统光强信息和温度信息的采集,以及定时器计数值,以便系统的整体调试和现场观看。

1.6 串口软件模块

在VC 6.0下,采用其自带的MSComm控件,可以实现单片机与PC机的串口通信,利用RS 232实现数据的接收。在此,选择com1口,波特率为9 600 b/s,以二进制方式检取数据,

主要代码如下:

m_ctrlComm.SetCommPort(1); //选择com1

m_ctrlComm.SetSettings("9600,n,8,1"); //波特率9 600 b/s,无校验,8个数据位,1停止位

m_ctrlComm.SetInputModel(1); //1表示以二进制方式检取数据

1.7 数据存储模块

在完成数据接收之后,就要将数据存储到Access数据库中,数据库中的变量与接收的数据完全对应。在Access 2000中创建数据库biao.Mdb,添加对ODBC数据库的支持, 在项目stdafx.h文件中添#include<afxdb.h>,完成ODBC类的加入。采用ODBC访问Access 2000数据库, 存储速度快,内存消耗少,操作简单。

1.8 上位机数据读取和曲线显示模块

通过软件VC 6.0编程,将采集到的数据在PC机上进行曲线显示。本模块采用VC 6.0自带的teechart8控件编写,此控件具有很好的绘制实时曲线功能,操作简单。 上位机检测界面如图2所示。

2 系统软件设计

该设计中单片机部分采用模块化设计,通过Keil公司开发的μVision 4编译器用C语言编写[7],主要包括光强采集、温度采集、液晶显示,以及串口发送模块程序[8]。上位机部分在VC 6.0环境下,通过VC++语言进行编写[9],其中包括串口通信、数据库保存和曲线绘制模块[10]。上、下位机主程序流程图如图3、图4所示。

3 结 语

本文基于STC89C52,在VC 6.0的环境下提供了一种农业大棚光照与温度检测系统。其光传感器TSL2561和温度传感器DS18B20均是高精度测量传感器,是一个具有高精度、远程监控的检测系统。上位机界面为友好的动态曲线观测,可供用户方便地查看和记录数据。同时,本设计的下位机还可以实现多点测控,具有很强的扩展能力,性价比高,实用性强。

参考文献

[1]刘湘涛.单片机原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2006.

[2]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3]张箐.单片机温度控制系统方案的研究[J].上海交通大学学报,2007,14(1):144-146.

[4]潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安:西安电子科技大学,2003.

[5]黄河.基于DS18B20的单总线数字温度计[J].湘潭师范学院学报:自然科学报,2008,30(4):278-280.

[6]王福瑞.单片微机测控系统大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[7]龚运新.单片机C语言开发技术[M].北京:清华大学出版社,2006.

[8]谭浩强.C程序设计题解与上机指导[M].北京:清华大学出版社,2000.

[9]孙鑫.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版社,2006.

智能环境控制系统 篇5

关键词：智能化；大数据；云技术；参数化设计；VR

1智能化与大数据的概述

进入21世纪以来，信息技术加速发展。尤其是近十年，智能化和大数据的高速发展完全改变了我们这个时代，这种改变渗透至方方面面，影响着我们生活的每一个角落。以现代人使用的智能手机为例。现代的智能手机可以作为智能化的终端，而智能手机所连接的网络以及智能手机中的各类应用都可视作大数据。有了智能终端和大数据，我们就可以做任何事情，就像我们现在能用手机干很多事一样。另一方面，智能化与大数据对艺术设计专业也有深刻的影响。对于智能化和大数据的衍生，笔者总结了四个方面的内容，分别是云技术、参数化设计、VR技术、3D打印技术。这些技术的联合，将深刻改变环境设计专业。

2云技术

大数据的出现直接催生了云技术。云技术，专业称作分布式计算技术。云技术在应用中大致分成两个类别，即云计算和云存储。所谓“云计算”是指透过网络将庞大的计算处理程序自动拆分成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统计算分析后将计算结果传回给用户。云存储是指在网络服务器上存储用户信息，并通过高速网络让用户对所存储信息即时管理的技术。云技术的出现彻底解决了用户的操作瓶颈，有了云存储，很多海量信息就可直接放置在云上，普通用户不必再增加硬盘容量。有了云计算，用户在做大量信息处理时就能不受个人微型电脑的束缚，大型计算准确高效。

3参数化设计

参数化设计是设计领域一项较新的设计方式，其明显区别于传统的参数化辅助设计。传统的CAD制图即典型的参数化辅助设计，如我们设计一间房屋，所有的尺寸都是预先设定好的，再按照设定的尺寸数据做成三维图形。而参数化设计最大的特点就是所设定的尺寸数值不再是固定的常数，而是函数，通过函数的数值变化来改变设计的外观造型。简而言之，参数化设计是将复杂的造型通过函数写出来。参数化设计带来了两大优势，一是在造型上可以更加富有想象力和创意，二是结构数据更加精确。近年来，许多前卫的建筑设计都是采用参数化设计完成的，如2015年米兰世博会中国馆、哈尔滨大剧院和还未建成的东京奥运馆。

４VR（虚拟现实技术）

近年来，VR（虚拟现实技术）可谓异常火爆，配合智能手机的廉价VR眼镜已经相当普及，高端的VR眼镜也开始进入许多领域。所谓VR（虚拟现实技术），就是利用人左右眼的视线差异来分别演示图像，当人左右眼睛分别看到同步后的差异化图像时就能欺骗大脑，产生三维空间感，就好像置身于虚拟空间中一样。VR（虚拟现实技术）是一种显示技术，本质上和我们常用的平面显示器一样。不同的是VR可以显示更生动的三维图像，给人更强烈的带入感。以此为基础，今后在虚拟场景漫游、虚拟演示、软件操作以及电子游戏都将发生革命性的变化。

53D打印技术

3D打印并不算是一项新技术，但这项技术在近些年得到了快速发展。3D打印是一种快速成型的技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用特定材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。如今，3D打印的种类及材料繁多，所打印产品涉及的领域广泛，小到艺术设计作品，再到人体植入物，大到房屋建筑乃至航天飞船的部件，都能通过3D打印完成。近些年，甚至有人发明用3D打印机打印食物。3D打印带来的最大便利是解决了形态加工的难题，任何三维形态都可打印成型。另一方面，3D打印有利于提高建造速度。在2014年4月，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内揭开神秘面纱。这些建筑的墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，依据电脑设计的图纸和方案，经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。这些还只是3D打印技术的冰山一角。

真正的智能家居环境 篇6

云罐的遥控器采用了常见的智能设备遥控器设计，操作采用方向键与确定键合作进行。按下遥控器上以麦克风为图标的按键后，可以对遥控器发出语音指令，云罐则会识别相应的语音命令进行操作。

如果说CHIP在智能电视不够智能的指责针对仅有媒体播放功能的话，云罐的智能设计需要全面加分。其中生活、健康两大板块智能价值更高。

云罐与健康e站进行深度合作，对健康管理的需求可以通过选购橙视e倍泰配件实现健康监控。橙视e倍泰配件包括血压计、耳温枪、血糖仪、体重秤等设备，这些设备均可与云罐进行连接，使用相应设备即可进行身体检查，相关的数据则会自动同步到云罐。基于智能设备的数据统计整理，日常生活中随时进行简单的操作完成的体检信息即可收录归纳，还会根据体检的信息提醒注意身体异常。

云罐对智能家居管理更强大。通过相关的配件，可以对门窗开关、漏水等状况进行监测，还可以调动摄像头进行视频监控，此外还可以依靠遥控器的操作进行电源开关，操作灯具、窗帘和其他家电。

相比其他的电视盒类产品，云罐更注重的是智能生态环境建设，目前已经拥有了较丰富的周边设备，推进智能家居的普及。

功能丰富全面，瞄准普通家庭智能升级需求。

更多功能实现需要另行购买周边设备，产生二次消费。

749元起

App安装操作十分简便。

芒果TV的搜索功能录入设计更优秀。

智能环境控制系统 篇7

近年来, 随着人们生活节奏的加快和生活压力的增加, 人们越来越需要一个控制简单、智能、安全、方便的家居系统。智能家居系统尽可能的去自动控制, 减少人为的控制, 让智能家居帮助人们解决一些家中不需要人为控制的家居环境如温度、湿度、光线等。本设计是用STM32微控制器搭建的智能家居环境控制器, 通过控制家庭中的光线强度、温度、湿度等来为人们营造舒适的家居环境。

系统硬件设计

本智能家居系统是以控制家庭环境温度、湿度和光线为目的, 具有简单、方便和快捷等优点。整个系统以STM32微控制器作为主控制器, 以GY-30为光线强度传感、DHT11温湿度传感器、人体红外传感器作为环境数据采集模块;以2.8寸触控式液晶显示屏 (液晶控制器为ILI9320、触控芯片为XPT2046) 做为显示模块和控制输入;以ENC28J60以太网控制器作为互联网接入模块;以继电器作为驱动模块, 驱动如加湿器、加热板、电灯等设备;系统通过数据采集模块进行数据采集后传送给控制器并按照预定的模式进行处理, 并通过控制继电器的通断来改善环境条件, 并通过显示屏把数据及设备工作状态显示出来。系统结构如图1所示。

HC-SR501人体红外传感器是一种通过检测是否有人体发出的红外线而输出不同电平的模块化传感器。当人进入其测量范围时输出高电平, 人离开时则自动延时关闭高电平, 输出低电平。可以通过滑动变阻器调节延迟时间, 本设计延迟时间设为2.5秒, 以应对人突然离开时电平过快的变化。将输出引脚与单片机的IO口相连, 通过对IO口的高低电平查询, 可以对房间内是否有人进行判断。

DHT11温湿度传感器

DHT11温湿度传感器是一种经过数字校准过的并且采用数字信号输出的温湿度传感器, 具有优秀的可靠性和稳定性。DHT11传感器在通信设计上使用了单总线模式, 在与微控制器之间通讯可以通过一根数据总线完成。一次数据传输所需要时间在4ms左右, 一次数据传输会送出40bit的完整数据。数据分为湿度数据、温度数据和校验数据, 温度数据和湿度数据都各占16bit, 校验数据占8bit。其中温度数据和湿度数据的各16bit数据中, 前八位为整数数据, 后八位为小数数据。

完整数据格式为:16bit湿度数据+16bit温度数据+8bit校验数据。

在设计上, 总线处于空闲状态时为高电平, 在主机需要进行数据读取时, 由主机将数据总线的高电平拉低成低电平并保持20ms以上 (起始信号) , 以保证DHT11能检测到起始信号。当DHT11从总线上接收到由主机发送的低电平信号后, 等待主机结束开始信号 (交出后总线后为高电平) 并交出总线的控制权 (交出后总线由上拉电阻拉高) , 然后由DHT11发送80us低电平应答信号。主机交出总线的控制权后, 延时等待20~40us, 从总线上读取DHT11的响应信号, 并进行数据读取, 数据读取结束后DHT11交出总线控制权, 交由主机控制, 然后由主机控制何时进行数据的读取。

GY-30光线强度传感器

GY-30光线强度传感器是一个16位数字输出型的环境光强度传感器, 高分辨率传感器可以测量较大光线强度范围 (1lx-65535lx) 。通信接口采用I2C总线。GY-30可以通过给ADDR高电平或低电平设置出两个GY-30的地址。这样就可以在同一个I2C总线上挂载两个GY-30光线强度传感器, 采集多个房间的信息。并且可以设置其工作模式, 该系统设置为“连续高分辨率模式”。 (“00010000”为连续高分辨率模式命令)

主机从机之间的通信格式: (ADDR=’L’)

对读取出数据进行处理变为标准光照强度;

光照强度= (高八位数据x256+低八位数据) /1.2。

触控显示屏模块和ENC28J60以太网控制器模块

触控显示屏模块有两部分组成, 液晶控制器的2.8寸 (分辨率:240x320) 液晶屏和以XPT2046为触控芯片触控屏。微控制器通过内部自带的FSMC控制器与液晶屏相连, 这样就可以像访问内存一样的访问ILI9320控制器的GRAM显存, 提高屏幕的刷新速度。单片机通过SPI串行外设接口与XPT2046触控芯片相连, 触摸控制操作是通过SPI接口查询是否有AD值转换过来来判断是否有触控操作的, 并且可以通过对AD值的换算, 可以算出触控的位置, 即屏幕的坐标值。根据坐标值就可以知道要进行的操作了。

ENC28J60以太网控制器是带有行业标准串行外设接口 (SPI接口) 的独立以太网控制器。ENC28J60支持IEEE 802.3标准的全部规范。由于它有一个内部DMA模块, 可以实现高速数据吞吐, 并且在硬件上支持的IP校验和CRC计算。通过利用u IP协议栈和以太网控制器构建简单的WEB服务器。

继电器控制模块

继电器模块是整个系统的输出模块, 通过继电器控制电灯、加湿器、加热设备和电源插座等。继电器是一种弱电控制强电的控制器件, 并且具有很好的安全性和可靠性。它有控制系统 (即弱电部分) 和被控制系统 (即强电部分) , 广泛应用于自动控制电路中, 它实际上是通过较小的电流电压去控制较大电流电压的一种“自动开关”。故可以在电路中担负起安全保护和转换电路的功能。

继电器模块如图2所示。图中电阻起到限制电流的作用。当给三级管的基极加高电平时, 由于1端和2端之间没有管压降, 三级管工作在截止工作状态, 继电器的控制系统部分没有电流流过, 被控制系统系统不会做出反应, 继电器处于断开状态。当给三极管的基极加低电平时, 1端和2端之间有管压降三极管工作在导通状态, 继电器的控制系统部分有电流流过, 被控制系统系统会做出反应及继电器处于闭合状态。

软件系统设计

系统软件由C语言开发, 由于STM32提供了集成库, 所以系统软件是基于STM32的官方库开发的。软件采用模块化的设计方式, 将触控显示屏、以太网服务、温度控制、湿度控制、灯光控制等进行分开设计, 模块之间的数据传递采用全局变量的方式。由于一个工程是由多个C语言文件够成, 在一些文件中要使用extern关键字对全局变量进行声明, 方便C语言文件进行编译。整个软件系统的流程是先进行系统的硬件初始化, 在进行软件模块的初始化, 之后进入主循环。在主循环中通过if语句的方式判断是否进入各个模块。模块的顺序为数据读取模块、触控显示屏、以太网服务、温度控制、湿度控制、灯光控制。软件系统流程图如图3所示。

结束语

智能生猪生长环境的故障诊断系统 篇8

关键词：生猪生长环境,故障诊断,模糊神经网络,专家系统

0 引言

生猪生长环境控制系统故障诊断技术是在控制系统正常和不正常工作的前提下, 依靠先进的传感器技术和检测技术, 采集控制机构状态和生猪生长环境等参数, 并对这些信息进行分析、处理、区分和识别, 确认其异常表现, 预测其发展趋势, 查明其产生原因、发生部位和严重程度, 提出针对性的维修措施和处理方法。本文采用了专家系统负责系统故障案例库的建立和故障信号的模糊化, 并对推理结果进行比较和验证, 采用模糊神经网络[1]对故障进行推理, 设计了生猪生长环境控制的故障诊断系统。

本系统以温度、湿度、风速、光照度和有害气体控制为例进行说明。控制温度效果的机构依次为风机、加热器、天窗、南北风窗、东西湿帘、灯光和温度传感器;影响控制湿度效果的机构依次为东西湿帘、加热器、风机、天窗、南北风窗、灯光和湿度传感器。影响控制光照度效果的机构依次为天窗、南北风窗、灯光和光照度传感器;影响风速控制效果的机构依次为风机、南北风窗和风速传感器;影响有害气体控制效果的机构依次为南北风窗、风机和气体传感器。

本文根据维修人员长期积累的经验和专家知识, 建立了标准故障知识库。传统的基于规则的专家系统在进行故障诊断时存在着知识获取瓶颈, 不具备联想、自学习功能和无穷递归等难于解决的问题。

1 系统总体结构

基于模糊神经网络的生猪生长环境控制系统的故障诊断系统, 充分利用专家系统 (ES) 和模糊神经网络 (FNN) 的特点, 由ES负责信号处理, FNN负责数值计算。各部分工作相互独立, 同时又有机地结合在一起。整个系统结构如图1所示[2]。

FNN 嵌入在 ES 中, 它是模糊神经网络专家系统的核心, 负责完成知识获取和推理等工作。

1) 知识获取。

通道1共有6个模块。通过专家和维修人员的经验, 建立了标准的故障案例知识库;通过模糊化得到故障现象的模糊输入, 形成领域问题组织的训练样本而获得领域知识;通过模糊神经网络学习, 这些知识分布在网络各节点的连接权值上 (即作为知识库) 。

2) 信息的获取, 通道2共有6个模块。

根据生猪生长环境的故障现象和专家故障库中的相关知识, 对故障进行模糊化, 作为推理模糊神经网络的输入。

3) 推理。

训练后的神经网络对输入模式进行前向计算, 其输出即为推理结论。根据得到的推理结果与标准的故障案例库比较, 得到最终故障诊断结论。

ES 则通过与用户的交互, 负责系统信息的输入和输出, 并对 FNN 的计算数据进行处理。通过人机界面从用户那里获得有关的故障征兆模式, 并转化为模糊神经网络可以接受的输入模式。经FNN 推理得出的结论通过人机界面向用户输出。基于模糊神经网络的故障诊断专家系统, 结合了ES和FNN 的优势, 由专家系统来实现用户信息的处理, 由模糊神经网络来实现知识的获取、存储和推理, 推理速度快, 具有容错性, 而且便于用户操作使用。

2 模糊神经网络的建立及故障诊断

2.1 故障现象的模糊化与神经网络的建立

根据生猪生长环境控制系统实验、实际维修经验、专家知识以及有关生猪生长环境控制系统故障诊断方面的资料, 对生猪生长环境控制系统故障的表现做出其故障程度的隶属度分布。

温度异常X1=1/50℃以上 + 0.7/40℃以上 + 0.3/28℃以上+0/20℃左右+ 0.3/10℃以上+ 0.7/0℃以上+1/ 0℃以下

湿度异常X2=0.7/80%以上+ 0/60%左右+0.3/60%以下+0.7/40%以下+1/30%以下

光照度异常X3=1/80lx以上+0.7/70lx以上+0.3/60lx以上+0/50lx左右+0.3/30lx以上+0.7/20lx以上+1/20lx以下

风速异常X4=1/1m·s-1以上+0.7/0.5m·s-1以上 +0/0.4m·s-1左右+0.2/0.3m·s-1以下+0.7/0.2m·s-1以下+1/0.1m·s-1以下 (以夏季肥猪为例)

气体异常X5=1/50mg·m-3以上+0.7/40mg·m-3以上+0.2/30mg·m-3以上+0/30mg·m-3以下 (肥猪氨气)

温湿度传感器异常X6, 气体传感器异常X7, 风速传感器异常X8, 光照度传感器异常X9=1/误差环境实际值20%以上+ 0.7/误差环境实际值10%以上+0.2 /误差环境实际值5%以上+ 0/在环境实际值5%左右。

对于故障原因 (y1表示控制器故障, y2表示风机故障, y3表示加热器故障, y4表示天窗故障, y5表示南北风窗故障, y6表示东西湿帘故障, y7表示灯光故障, y8表示气体传感器故障, y9表示温湿度传感器故障, y10表示光照度传感器故障, y11表示风速传感器故障) 采用如1表的模糊范畴描述。

根据领域专家的经验知识, 故障征兆和原因的对应关系即模糊规则库。该规则库就是神经网络的训练样本。对于模糊化了的训练样本集, 采用BP 神经网络[3,4]进行学习训练。确定BP网络结构为3层:输入层有9个节点, 对应于12个故障征兆;输出层有 11 个节点, 对应于 11个故障原因;隐含层的神经元个数结合网络的收敛性、仿真速度及精度的要求选取 17 个。采用快速BP 算法对神经网络进行训练, 设定训练的目标误差平方和指标为 0.001, 最大循环次数为 3 000 次, 初始学习速率为 0.012, 动量常数取 0.95。由于模糊逻辑的隶属度是在[0, 1]之间取值, 所以各神经元的激活函数均取对数 S型 (log-Sigmoid) 函数。它把输入映射到 (0, 1) , 从而能与模糊逻辑很好地联系起来。模糊神经网络训练不到300 次, 误差已满足要求, 网络就训练成功。

2.2 生猪生长环境控制系统的故障诊断

将样本输入, 假设生猪生长环境的故障症状为

X =0.2/X1+0.3 /X2+ 0 /X3+ 1 /X4+

1/X5+0/X6+1/X7+0/X8+0/X9

将其输入已训练好的模糊神经网络中, 得到神经网络的输出为

Y=[-0.024 4;-0.002 5;0.002 1;0.102 2;0.043 4;

-0.033 7;-0.017 8;0.962 5;-0.000 9;

-0.005;0.007]

采用最大隶属度法进行清晰化, 根据故障原因的隶属函数描述可知, 存在 y8所述的故障原因, 即气体传感器故障。与给定的样本输出数据比较, 可知诊断完全正确。

再用一个非样本输入, 检测模糊神经网络的泛化和容错能力, 设生猪生长环境控制的故障症状为

X =0.3/X1+0.2 /X2+0.3 /X3+0.2 /X4+

0/X5+0/X6+0/X7+0/X8+0/X9

将待识别的故障数据X输入到已训练好的神经网络中并运行, 可以得到神经网络的输出为

Y=[-0.025 6;0.000 0;0.069 0;0.936 8; 0.098 0;

0.062 0;-0.022 2;0.008 1;-0.010 4;

-0.028 2;0.006]

同样采用最大隶属度法对计算结果进行清晰化处理, 根据故障原因的隶属函数描述可知, 存在y4所述的故障原因, 即生猪生长环境的天窗故障。

将上述的非样本输入与样本输入做对比, 再将它们的诊断输出结果比较, 可以看出模糊神经网络能够很好地完成生猪生长环境控制系统的故障诊断, 诊断结果准确, 容错能力强, 而且符合人们的思维习惯, 具有一定的实用性。本文采用3a中300个典型的生猪生长环境控制系统的故障现象, 分别用训练过的BP神经网络和训练过的模糊神经网络进行比较诊断。其结果如表2所示。从表2可以看出, 本文的模糊神经网络诊断系统应用在生猪生长环境控制系统的故障诊断中, 其正确率大大提高。它考虑了故障现象的模糊度, 诊断方法基本满足用户的要求, 经过多次的实验, 诊断结果对比如表2所示。

2.3 专家系统的实现

本文将模糊神经网络作为专家系统的核心嵌入ES中, 完成故障诊断的任务, 而专家系统的符号处理功能则通过设计功能强大的用户界面及相关的程序模块来实现。由于本文中采用 MATLAB 提供的图形用户界面 (GUI) 来设计人机界面, 可以不考虑不同语言的接口问题, 使设计更加简单实用。用户在界面上选择所见到的故障征兆, 单击确定后, 系统进行诊断推理;然后根据故障征兆, 可以得到诊断结果, 并显示在界面上。用户不仅可以看到诊断结果, 也可以设定模糊神经网络仿真运行学习率, 看到训练的关系曲线和结果误差, 从而极大地方便了用户的操作使用。

3 结束语

本文通过仿真和实验结果, 证实模糊神经网络用于生猪生长环境控制系统的故障诊断是可行的。它结合了神经网络和模糊理论的优点, 推理速度快, 泛化能力和容错能力强, 而且知识表达准确, 符合实际需要。本文在建立故障诊断系统时, 通过传感器和系统故障现象的异常情况, 得到定量的故障征兆输入, 从而实现真正意义上的在线和离线诊断的结合。

参考文献

[1]武剑辉, 杨学良.模糊BP神经网络及其在故障诊断中的应用[J].系统工程与电子技术, 2001, 23 (10) :73-75.

[2]姚洪兴, 赵林度, 盛昭瀚.多级模糊神经网络在故障诊断中的应用[J].东南大学学报 (自然科学版) , 2001, 31 (2) :59-63.

[3]丛爽.神经网络、模糊系统及其在运动控制中的应用[M].合肥:中国科学技术大学出版社, 2001.

[4]张建华, 王占宁.基于模糊神经网络的故障诊断方法的研究[J].北京航空航天大学学报, 1997, 23 (4) :502-506.

[5]张小栋, 苗晓燕, 朱均.模糊神经网络诊断模型理论及应用研究[J].航空动力学报, 2000, 15 (2) :196-200.

智能环境控制系统 篇9

关键词：智能温室,单片机,环境控制

0 引言

智能温室是合理利用农业资源的重要途径,温室环境控制技术是实现温室智能化的关键,由计算机辅助系统强化处理温室内的光照度、温度、湿度及CO2浓度等环境因子,并实现室内保温、空气调节,以达到对温室环境的控制要求。本系统在较低的成本下,采用较新且稳定的电子元件、技术标准以及自动化程度较高的执行机构来设计整个温室环境控制系统,依靠模块化的设计方法达到系统的易扩展性,并实现温室内各个环境因子的综合控制。

1 智能温室系统的总体结构

本系统以PIC 16F877单片机为温室控制核心模块,可以向PC机报告温室的运行状况,从PC机中得到控制参数值,收集温室环境监测值;同时可以进行控制运算,并根据控制运算结果向执行机构发送控制命令,从而实现对温室环境的控制调节。温室系统总体框图如图1所示。

环境控制系统可分为个模块:一是测量模块,实现对环境参数的监测和收集,包括光照度、温度、湿度和CO2浓度;二是控制核心模块,对收集的监测值进行运算处理,并发送控制命令;三是控制模块,执行控制命令的机构,包括空调、钠灯和风扇等;四是通信模块,完成模块之间的通信,主要由软件来实现。

2 智能温室环境控制系统的电路设计

2.1 控制核心模块的电路

控制核心电路部分主要由4个元器件构成,分别是PIC 16F877单片机、DS12C 877日历时钟、MGLS12864液晶显示器以及MAX 487电平转换器。日历时钟在系统中起到定时和计时的作用,单片机通过它可以方便地得到当前的时间值以及时间差值;液晶显示器用来实时显示收集到的监测值以及各个模块的通信状态,通过与日历时钟的连接还可以显示时间;MAX 487主要进行单片机信号与RS485总线信号之间的转换,实现单片机与PC机之间的通信。图2给出了具体的电路原理图。

2.2 监测模块的电路

在本温室系统中要测量4个环境参数值,即光照度、温度、湿度以及CO2浓度。不同的环境参数值分别有不同的信号处理电路或传感器。

2.2.1 光照强度测量电路

光照强度信号收集电路图如图3所示。图3中:D 1光敏二极管作为感光元件;随着光照强度的增加,运算放大器第3脚的电压上升,通过电压跟随器,1脚的电压也上升;UIB,R 3,R 4以及R 5构成一个同相比例放大器,将电压信号放大;C 1的作用在于可以将信号中的属于干扰的交流信号削弱;R 4为一个可变电阻,通过调节它的大小能够改变Vout的大小,使之适合于单片机内部A/D转换器的电压接收范围。通过制作电路板,上述光照度电路工作较稳定,同时也有较好的线性度。

2.2.2 CO2的测量电路

选择价格便宜的国内生产的MG 811型CO2气体传感器,并采用固体电解质电池原理。该元件加热电压由外电路提供,当其表面温度足够高时,元件相当于一个电池,其两端会输出一个电压信号,其值与能斯特方程符合得很好。元件测量时,放大器阻抗必须在100~1000GΨ之间,测试电流应控制在1pA以下,具有较好的响应恢复特性。电压信号再经过滤波和放大,直接与单片机A/D转换脚相接。

2.2.3 湿度测量电路

湿度传感器选用的是Honeywell的相对湿度传感器。它是热固聚酯电容式具有信号处理功能的传感器,线性放大输出,具体型号为HIH-3602-A。其具有以下特点:低漂移,高稳定性,反应快速,互换性至5%;低功耗设计,200μA驱动电流;6针的TO-5金属封装,烧结的滤网防尘放凝结。由于HIH-3602-A具有较好的线性度,且输出的电压较大,在0.8~4.07V范围内,所以其输出脚可以直接与单片机A/D转换脚相接。

2.2.4 温度处理电路

对温室中温度的控制采用的是空调,该空调本身具有温度测量功能。为了简便起见,对空调进行了一系列的改造,以便利用该功能。

2.3 控制模块的电路

为了控制智能温室中的执行机构(如钠灯、风扇和空调),应用交流接触器。线圈的工作电压要求是交流电,且工作电流一般较大,通常使用双向晶闸管或中间继电器驱动,其原理图如图4所示。

3 控制核心单片机软件程序设计

控制核心单片机要完成以下一些工作:

1)在指定的时间间隔内向PC机传送一系列的环境参数值;

2)响应PC机的呼叫,接收PC机对监测模块测量值的查询和对参数的修改;

3)与各个监测模块通信,获得环境监测值;

4)与各个控制模块通信,发送控制命令并检测执行机构的运行状态;

5)控制算法的实现;

6)辅助功能的实现,如液晶显示功能和日历时钟功能等。

控制核心单片机的主程序流程图如图5所示。

4 结论

1)系统使用了性价比很高的PIC系列单片机,充分利用了单片上的A/D转换和从动并行端口等系统,简化了硬件电路设计。

2)单片机结合控制器件构成的控制模块和单片机结合测量器件构成的测量模块的方法,使整个系统通信灵活,简洁可靠。

3)该系统实现管理与控制分开,可实现远距离通信,方便用户统一管理。同时,无论PC机工作与否,都不影响温室控制系统的正常工作。另外,由于采用模块化设计,非常方便系统的扩展,为现代化智能温室提供了新的思路。

参考文献

[1]李学海.PIC单片机实用教程(2版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

[2]李维缇,郭强.液晶显示技术[M].北京:电子工业出版社,2000.

[3]马莉丽,李庆东,何培祥,等.智能温室控制系统的实现[J].山东农机,2004(2):11-12.

[4]史磊,何培祥,郎同永,等.智能温室环境参数计算机测控系统的研究[J].西南师范大学学报(自然科学版),2008(4):109-112.

智能环境控制系统 篇10

目前,我国环境监测行业的监测技术设备比较落后,许多地方仍然是以人工现场采样、实验室仪器分析为主要手段进行室内环境污染检测,这样使得检测的效率太低,成本也较高,不容易推广普及[2]。

鉴于现有室内环境监测存在的弊端和问题,本文提出一种基于物联网技术的无线传感器网络在室内环境监测中的应用方案,旨在克服室内环境监测存在的弊端,解决室内环境参数实时采集和信息交互的技术问题。

1 系统架构

室内环境智能控制系统由房间控制器、前端检测传感器、末端控制装置、受控部分组成;前端检测传感器包括温湿度传感器、甲醛传感器、照度传感器、一氧化碳传感器;末端控制装置由学习型红外遥控器、智能控制器组成;受控部分包括空调、电动窗帘、加湿器、新风系统、灯具等。前端检测传感器检测到的数据发送至房间控制器,房间控制器对数据进行分析,根据控制算法控制末端控制装置工作,从而调节受控部分的工作状态,实现室内环境的舒适、稳定。各个部分之间的信息交互通过Wi Fi实现。系统的结构框图如图1所示,系统的通信结构如图2所示。

2 系统模块设计

室内环境智能控制系统的设计包括前端检测传感器的设计、末端控制装置的设计、房间控制器的设计、通信模块的设计。各个传感器设有登陆按键,方便传感器的组网。

2.1 前端检测传感器设计

前端检测传感器由湿度传感器、甲醛传感器、照度传感器、一氧化碳传感器组成,实现室内环境参数的测量如温湿度、照度、甲醛、CO等,并将数据实时上传至房间控制器。

2.1.1 温湿度传感器设计

温湿度传感器要实现室内温湿度的测量,温度测量范围为-20oC~50oC,测量精度为0.01;湿度测量范围0%~99%,测量精度为0.1。因此选用SHT10作为温湿度传感器,该传感器体积小、功耗低,是一款已校准的数字化温湿度复合传感器。它应用专利的工业COMS过程微加工技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式聚合体测湿元件和一个能隙式测温元件,并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接[3]。因此,该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

SHT10芯片传感器通过串行接口与MCU之间进行数据传输,该接口异于I2C接口,用一组“启动传输”时序,来表示数据传输的初始化,后续跟8位的数据命令用于温度测量、湿度测量、状态寄存器的读写等;在发送测量命令之后,等待收到“数据备妥”信号之后方可读出来读出数据。该模块的结构框图图如图3所示。

2.1.2 照度传感器设计

照度模块要实现室内照度测量,测量照度范围要满足室内最大照度的要求,精度越高越好。因此,照度模块采用BH1750FVI芯片,该芯片是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据光谱灵敏度特性,可以探测出最高65536lux的照度。该芯片同串行数据总线与MCU通信,按照标准的I2C协议进行数据读取[4]。该模块结构框图如图4所示。

2.1.3 一氧化碳传感器设计

室内CO的含量对人体影响剧大,CO含量过高,会对人造成致命伤害。CO模块要满足室内CO的浓度范围即可,选用MS2200模块作为CO传感器,该模块用于检测还原性气体,半导体氧化厚膜在CO中,阻值会发生变化,CO浓度越高,阻值越大。采用单片机内部10位A/D,采集模块两端电压值,根据灵敏度特性换算出CO的浓度值。在程序中,设计算法,超过阈值之后,设置自动报警功能。图5为CO传感器的结构框图。

2.1.4 甲醛传感器设计

甲醛传感器要实现室内甲醛浓度的测量,且需要较高的精度,因此选用WSP2110作为甲醛传感器,WSP2110型半导体有机蒸汽敏感元件采用先进的平面生产工艺,在微Al2O3陶瓷基片上形成加热器和金属氧化物半导体气敏材料,用电极引线引出,封装在金属管座、管帽内。当有被检测气体存在时,空气中VOC气体的浓度越高传感器的电导率就越高。使用模数电路即可将这种电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号。甲醛传感器的结构框图如图6所示。

2.2 末端控制装置设计

末端控制装置由红外遥控器、智能控制器组成,实现空调、家用电器等设备的控制。

2.2.1 红外遥控器的设计

该红外遥控器集学习、存储、发射于一身,可以学习各种遥控器的指令。红外接收头选用VS1838,其内部集成放大电路,因而可以实现远距离的学习;它同时对信号进行检波、整形得到TTL电平的编码信号,MCU根据信号的引导码来判断是否需要存储数据;该遥控器外部设有256K的存储单元,可以存储海量数据。红外发射部分选用5.0mm的红外发射头,用PNP的三极管作为开关,发射时附加38K载波以提高信号的发射功率[5]。

2.2.2 智能控制器设计

智能控制器选用晶闸管实现控制器的通断,负载功率可达2000W,可以有效的控制大功率电器,如空调、微波炉等。当输入端加电信号时,发光器发出光线,照射在受光器上,受光器接受光线后导通,产生光电流从输出端输出,从而实现了“电-光-电”的转换,实现晶闸管的正向导通,电路正常工作。内设WIFI模块可以实现远程数据传输及电路的通断;智能控制器通断控制原理图如图7所示。

2.3 房间控制器设计

房间控制器选用Andriod系统的平板电脑,以Java作为开发语言,以开源IDE Eclipse作为开发环境,使用Android SDK、Java开发包JDK、开发插件ADT进行软件开发与调试。

房间控制器可以直观显示出房间内的各环境参数的信息,方便用户的使用[6]。

2.4 无线通信模块设计

无线通信方式选用Wi Fi通信,替代了传统的Zig Bee、433、蓝牙等通信方式,真正实现远程控制。选用ESP8266模块,该模块可以通过RS232与MCU进行交互,MCU可以用AT指令集对其进行配置,其内部集成256K的RAM资源,作为服务器可以带动30个终端设备。系统进行通信时,设置Andriod平板电脑作为服务器,激发出AP热点;其余各个传感器、控制装置作为终端,建立TCP连接,即可实现无线通信。用户可通过手机加入到平板电脑的无线网络当中,实现手机远程获取室内的环境参数及实现控制终端的手动控制。系统的通信结构图如图2所示。

3 系统的软件设计

系统的软件设计包括前端检测传感器的软件设计和末端控制装置软件设计。

3.1 前端检测传感器的软件设计

前端检测传感器的软件设计包括温湿度传感器、照度传感器、CO传感器、甲醛传感器等的软件设计;温湿度传感器、照度传感器采用串行总线接口进行数据的获取,CO传感器和甲醛传感器采用模数转换进行数据的获取。前端检测传感器的软件流程图如图8所示。

3.2 末端控制装置软件设计

末端控制装置软件设计主要实现红外遥控器的软件设计。红外遥控器通过定时器的捕获功能,完成码值的学习,并通过串行数据总线将数据存储到外部存储单元,串口接受命令实现指令的发送。软件设计流程图如图9所示。

4 总结

经过测试,环境智能控制系统可以实时显示房间内的环境参数,并可以通过末端控制装置智能的控制家用电器的工作,有效的保证了室内环境的安全舒适。

摘要：本文设计了室内环境智能控制系统,它可以实时的监测室内的环境参数,并根据BP神经网络算法,智能控制房间内的电器设备,来满足人们对舒适度的要求。由传感器采集到的数据通过WiF i无线网络汇聚到房间控制器,并可以通过房间控制器观察房间内的环境参数,也可以通过手机登陆到房间控制器远程查看和控制。

智能环境控制系统 篇11

【关键词】外贸企业 商务智能 内部环境 社会环境

1. 我国外贸企业商务智能发展的内部环境

1.1我国外贸企业商务智能发展的现状分析

长期以来，外贸企业在拉动我国经济增长、提高财税收入、稳定就业和促进产业发展等方面一直占有举足轻重的地位，由于近两年世界经济持续下滑，国际市场需求严重萎缩，中国外贸行业发展遇到前所未有的困难。不断变化的市场形势与国家政策，迫使我国外贸企业在短期内改变经营理念，加速信息化发展，以减少交易成本，提高效率；以赢得更多客户，扩大交易数量；以全方位管理，提高竞争力。在此基础上，各企业对数据的要求不再满足于收集和整理，而是需要更加完善的查询、归纳、总结、提炼和分析系统，许多外贸企业不惜花巨资寻找软件开发商定向开发适合自身的商务智能系统。

在我国，外贸企业商务智能化开展的层次较低，尽管近几年国家大力投入信息化基础设施建设，但企业信息化基础薄弱的事实并非一时所能改变。绝大多数外贸企业的信息化水平仅停留在文字处理、财务管理等办公自动化管理阶段，而对产、供、销、人、财、物等重要资源实现信息化管理的很少，信息处理能力仅是世界平均水平的2.1%，而且仍以提供单纯的技术产品信息为主，不擅长动态信息的跟踪和获取。

1.2我国外贸企业商务智能发展的不足

1.2.1数据积累不充分、不全面

任何一个外贸企业从开始经营的那一天起总是在产生各种各样的数据，比如海关进/出口提（关）单实时数据、关单统计数据、买家名录数据、买家采购信息、卖家供应信息、市场分析数据、企业资信数据等等。每个部门在企业执行着不同的功能，收集着不同的数据，而这些数据的源头部分，都是从MIS、CRM、ERP等基于业务处理的信息系统中抽取整合到数据仓库中的，而目前这些系统本身就缺乏标准，各种原始数据结构百花齐放、参差不齐，甚至同一个企业的信息系统的不同产品，同一个产品之间的不同模块，同一个模块的不同版本的数据都是不统一的。

1.2.2业务模型构建困难

商务智能的实施需要通过数据挖掘构建一个合适的分析模型，这个模型需要历史数据的积累，更需要数据质量的保证。商务智能的核心功能是数据分析，然而现有信息系统整合的数据通常不完整、不一致，存在大量无用的数据，这不仅大幅增加了商务智能实施过程中数据抽取、转换、清洗、加载的成本，而且还直接影响分析结果的质量。另外，我国大多数外贸企业对买家需求变化趋势等情况的分析缺乏可靠的依据，较多的是停留在数据和信息的流水账通报，只是画一些简单的曲线图、柱形图、饼图，但是又不对这些数据和信息进行深入分析，造成经营分析报告质量不高，其价值和意义大打折扣。

1.2.3缺少有经验的实施者

商务智能在我国起步较晚，相应的专业培训机构也刚刚才形成，导致国内企业缺少有经验的商务智能实施者。在商务智能市场，数据仓库、OLAP、数据挖掘等领域的人才相当缺乏，而既懂贸易规则又懂商务智能技术的复合型人才更是难觅，从而难以满足商务智能发展而带来的研发、咨询、实施和维护等人力需求。

2. 我国外贸企业商务智能发展的社会环境

2.1我国外贸企业商务智能发展的宏观环境分析

在经济全球化与经济信息化互动发展的世界经济格局下，各个企业必须按照全球范围内最低成本、最佳质量、最好服务的标准来经营发展，这样才能在全球化的竞争中立于不败之地。

外贸行业是我国主要经济支柱产业，也是国家对外的一道经济窗口，它所直接面对的必然是国际大市场和国际同行的竞争。随着信息产业技术的发展，商务智能在外贸企业也和在其他企业一样得到了广泛的应用和发展。商务智能软件为外贸企业提供分析决策系统，将信息技术从消费延伸到销供产的全过程，并通过电子技术把众多的生产厂商、零售商和消费者以及中间政府管理服务机构联系在一起，在各环节建立起多极化的产销联通体系。

在国际市场上，SAP公司、IBM公司、Oracle公司、微软公司等世界著名的商务智能厂商在我国市场规模不断扩大的环境下，纷纷登陆中国，凭借其深厚的技术实力推出自己的商务智能产品，希望借助自身在国际市场上积累的经验快速打开中国市场，并占有一席之地。商务智能技术进入我国市场十几年来，走过了艰难的市场培育期，目前国内高端市场仍然被国际商务智能厂商占据主动位置，而在中低端商务智能市场，国内商务智能厂商优势则更明显。

2.2我国外贸企业商务智能发展的社会问题

2.2.1商务智能基础设施建设问题

商务智能是基于计算机信息网络的商务活动，其发展在一定程度上可以说取决于信息基础设施的规模，可是由于我国经济实力和技术等方面的原因，信息网络基础设施建设还比较缓慢和落后。近几年来，我国计算机信息网络发展虽然在进步，但从商务智能的要求来看无论是网络技术、网络管理、信息内容、技术标准、资费水平、通信速度和安全保密等各方面都存在不足，在互联網主机数量方面，美国要远远多于我国，另外在互联网连接速度方面，美国同样远远领先我国，平均连接速度是我国的5倍，这些问题都极大制约了我国商务智能的发展。

2.2.2商务智能系统实施效果问题

改革开放以来，我国经济飞速发展，商务智能的主要用户如银行、保险、电信、航空等行业的发展过程在借鉴西方经验的同时，也形成了极强的中国特色。由于体制的差异及发展的时间较短，国内这些行业的商业模式远不如西方成熟，多数国内用户希望借助商务智能技术解决的问题与希望部署的行业应用往往是没有先例可借鉴的，这就使得国际商务智能厂商借助西方的商业模式与应用经验开发出的产品并不能切合我国用户的需要，而国内商务智能人才的严重不足又使得国际商务智能厂商很难找到专业的实施队伍为用户进行合理的部署，从而造成我国众多企业花费了巨额资金的同时却没有得到理想的效果。

2.2.3商务智能安全问题

安全问题是商务智能应用推广中面临的重大障碍，引起了产业界和学术界的广泛关注。目前公认的安全威胁主要包括有数据的丢失和泄露问题、信息资源的滥用和非法使用、恶意的内部用户、账户和服务的劫持问题、不能被用户感知的风险态势等。其中，最重要的问题就是信息资源的滥用和非法使用，信息被部门所共享不乏有这样的员工把自己得到的信息与公司外界共享，而这样做也会变相的使信息共享向信息的无政府化靠近，出现信息的控制权分散管理的问题；又或者资源未授权侵用、未授权信息流出现、系统拒绝信息流和系统否认等。安全问题如果不能妥善解决，我国外贸企业发展商务智能就是一句空话。

参考文献

[1] 胡翠华，陈登科.商务智能在我国的发展现状、问题及对策[J].科技管理研究，2007.

[2] 刘泽.我国企业应用商务智能的现状、挑战及对策研究[J].科技管理研究，2012.

基于物联网的智能环境监测系统 篇12

1、系统硬件设计

1.1 系统设计框图

该系统分为两个部分:数据采集发送部分 (众多子节点) 、数据接收处理部分 (一个总节点) 。数据采集部分包括传感器、嵌入式处理器、无线发送部分。数据接收处理部分包括无线数据接收部分、嵌入式处理器、显示模块、GSM模块。各个子节点传感器采集环境数据经处理器处理后由无线发送模块把环境数据发送出去, 在总节点无线接收模块接收到的数据由处理器处理后显示在显示模块上, 若环境数据超出安全范围则由GSM模块向管理人员发送报警短信。

1.2 嵌入式处理器的选择

我们选择了宏晶科技生产的51系列STC89C51RD+单片机。它是新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机, 指令代码完全兼容8051单片机, 实际的工作频率可达48MHz.可ISP、IAP, 内部有EEPROM。内部集成MAX810复位电路, 工作稳定。

1.3 传感器部分

传感器部分包括两个在环境监测方面常用的传感器:MQ-3烟雾传感器、DS18B20温度传感器。这两个传感器接口简单, 测量精度高。另外, 子节点由于采用嵌入式处理器, 具有易扩展的特点, 可以根据具体环境监测的需要扩展相应的传感器。

MQ-3烟雾传感器用来监测环境中的有毒气体。它又快速的响应恢复特性, 稳定性高、寿命长, 驱动电路简单, 成本低。可以探测乙醇、烷类、煤气、液化气、一氧化碳等气体。

DS18B20温度传感器是一种常用的温度传感器。它的特点有:独特的单线接口仅需一个端口进行通信、零待机功耗、温度范围-55~+125℃、适用于简单的多点分布应用场合。

1.4 无线通信模块

无线通信模块我们选择了CC1101微功率无线通讯模块, 负责发送和接收环境数据。工作电压:1.8V~3.6V, 推荐3.3V, 但不超过3.6V。工作在433M ISM频段。最高工作速率500kbps, 支持2-FSK、GFSK和MSK调制方式。较低的电流消耗 (RX中, 15.6m A, 2.4kbps, 433MHz) 。

1.5 显示模块

显示模块采用LCD12864, 由于该模块技术成熟, 故不再赘述。

1.6 GSM模块

我们选用西门子公司的TC35 GSM模块。在环境数据超出安全范围的时候负责向管理人员发送报警短信。它主要由四个部分组成, GSM基带处理器、射频电路、电源电路、FLASH。TC35的信息传送内容是语音和数据。单电源3.3V~5.5V。频段:双频GSM900M Hz和DCS1800 MHz (Phase 2+) 。发射功率:2W (GSM900MHz Class 4) 1W (DCS1800MHz Class 1) 。短信息:MT, MO, CB和PDU模式。模块复位:采用AT指令或掉电复位。具有丰富的AT指令。

2、系统软件设计

该系统软件设计分为两个部分:子节点的软件设计和总节点的软件设计。子节点的软件设计为, 首先初始化系统, 传感器采集环境数据, 然后由CC1101无线模块发送出去, 该部分的软件设计较为简单不再赘述。总节点首先系统初始化, 然后无线模块接收环境数据, 经单片机处理后显示在LCD12864液晶上, 若发现环境数据超出安全范围则发出声光报警并且由TC35 GSM模块向管理人员发送报警短信。下图为总节点的软件设计流程图:

3、结语

本文设计了一个基于GSM的智能环境监测系统, 对物联网做了有益探讨。该系统功耗低, 可稳定工作, 易扩展, 具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]吴玉田, 王瑞光, 郑喜凤, 肖传武.GSM模块TC35及其应用[J].计算机测量与控制, 2002.10 (8) .

[2]崔周华.基于GPRS与ARM的环境监测系统的研究与实现[D].华中师范大学, 2010-05-01.