遠(yuǎn)距離wifi云模組智能云的陽臺生態(tài)控制系統(tǒng)，陽臺是一種半封閉式生態(tài)系統(tǒng)，種植綠色植物能有效凈化室內(nèi)空氣，改善居住環(huán)境，增加生活情調(diào)。植株生長對環(huán)境.肥料等有特殊要求，居民可能因缺乏種植綠色植物知識，或由于工作繁忙，長時(shí)間不在家，無法實(shí)時(shí)了解植物生長情況，導(dǎo)致植株死亡。本論文以家庭陽臺生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，運(yùn)用現(xiàn)代遠(yuǎn)距離wifi云模組物聯(lián)網(wǎng)嵌入式技術(shù)，通過濕度、溫度、光照等傳感器實(shí)時(shí)采集植物生長環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過物聯(lián)網(wǎng)上傳至云服務(wù)器。使用者透過電腦、移動電話等終端設(shè)備，實(shí)時(shí)了解植物生長環(huán)境，并根據(jù)植物生長，遙控調(diào)節(jié)光度、濕度、溫度等生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)，以保證植物健康生長。

對于陽臺農(nóng)業(yè)管理體系，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一定的研究。以S為核心的等，以TJ芯片CAN總線營養(yǎng)液循環(huán)控制系統(tǒng)、無土陽臺農(nóng)業(yè)立體栽培機(jī)控制器；研究開發(fā)了陽臺農(nóng)場控制系統(tǒng)；基于S微控制器，研究開發(fā)了立體栽培陽臺自動控制系統(tǒng)，通過軟件和硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)水和補(bǔ)光控制；設(shè)計(jì)開發(fā)了基于An系統(tǒng)的手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，采用S單片機(jī)作為控制核心，可以遠(yuǎn)距離操縱陽臺晾衣架、澆花等功能；將Ar作為主芯片，利用GSM模塊與手機(jī)通訊，設(shè)計(jì)了一種基于遠(yuǎn)距離wifi云模組的智能溫室控制系統(tǒng)。也有不少學(xué)者在研究控制策略。總而言之，生態(tài)控制系統(tǒng)或基于STM的開發(fā)版本，通過設(shè)定閾值來實(shí)現(xiàn)自動控制；或利用GSM模塊.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用嵌入式開發(fā)，通過短信等形式對溫室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，控制模塊接入部分采用有線接入。

陽臺植物生態(tài)環(huán)境為一個(gè)半封閉、小空間生態(tài)系統(tǒng)，是一個(gè)時(shí)變非線性、多輸入多輸出的系統(tǒng)。溫度、濕度、光照強(qiáng)度等各參數(shù)相互影響，很難建立較為正確的控制模型。由于簡單的控制策略難以實(shí)現(xiàn)正確的控制，生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境控制策略通常采用智能控制組合策略，能解決由于各種參數(shù)相互耦合而引起的超調(diào)和振蕩，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的良好控制，使系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和適應(yīng)性。常見的控制策略有基于模糊PID控制策略、遺傳模糊控制策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略、專家控制策略等，針對陽臺生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用較為成熟的模糊PID控制策略，設(shè)計(jì)出wifi控制系統(tǒng)。

陽臺植物生態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：環(huán)境調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離wifi云模組、環(huán)境參數(shù)顯示模塊和環(huán)境調(diào)節(jié)執(zhí)行模塊。提供了一種用于環(huán)境檢測的土壤水分、溫度、光強(qiáng)等信息。實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，環(huán)境調(diào)整控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，并利用Ar開發(fā)板，一邊接收感知模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一邊上載云計(jì)算服務(wù)器，一邊接收遠(yuǎn)程控制指令；發(fā)出執(zhí)行模塊；調(diào)節(jié)執(zhí)行模塊由灌水控制電機(jī)、開窗控制電機(jī)等組成；通過液晶顯示遙控終端實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)顯示。

感知模組的傳感器實(shí)時(shí)采集陽臺植物生態(tài)環(huán)境的溫度、濕度、光照參數(shù)，并上傳至Ar開發(fā)控制板。在本機(jī)的LCD顯示器上顯示環(huán)境參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展部分上傳到物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，手機(jī)終端遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)接入。該系統(tǒng)通過云服務(wù)器，根據(jù)植物所處環(huán)境參數(shù)，在APP端通過云服務(wù)器發(fā)出指令，通過灌溉、開窗等方式調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境參數(shù)。此外，該控制系統(tǒng)還可以設(shè)定環(huán)境參數(shù)門限，自動調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)。環(huán)境執(zhí)行模塊接到遠(yuǎn)距離wifi云模組云上的指令，啟動灌溉電機(jī)進(jìn)行灌水，打開開關(guān)電機(jī).補(bǔ)光進(jìn)行環(huán)境參數(shù)調(diào)整。

主要用于城市家庭陽臺的控制系統(tǒng)，為方便推廣應(yīng)用，硬件的選擇原則是價(jià)格低廉、性能可靠，精度足夠。Ar控制板是一種廣泛使用的開放源代碼硬件平臺，其價(jià)格低廉.功能強(qiáng)大，對硬件配置要求低。選擇Ar開發(fā)版作為系統(tǒng)控制核心，開發(fā)版通過WIFI擴(kuò)展模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。單片機(jī)使用At的AT8芯片。關(guān)于軟件，Ar擁有自己的基于Ec的IDE開發(fā)環(huán)境的軟件平臺，用C語言編程，模塊化封裝功能由程序開發(fā)人員調(diào)用，安裝Bootloader程序，無需外部打印，可以通過USB接口編寫代碼和下載到開發(fā)板。使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程簡化。

選擇土壤濕度傳感器，它是通過測定土壤相對含水量來測定土壤濕度。其作用機(jī)理是土壤中不同含水量的電阻值，通過兩個(gè)探針之間的阻值變化來反映土壤濕度狀況。在此情況下，三極管基極處于開啟狀態(tài)的傳感器探頭，輸出為0。土層濕度的差異使得三極管的基極提供大小不同的導(dǎo)通電流，發(fā)射極經(jīng)過下拉電阻后轉(zhuǎn)化為電壓。確定土壤出水量與濕度的關(guān)系，干土0~30℃為濕土，70~95為水分。土溫傳感器共有3個(gè)插針，分別為電源正向電源GND.信號端GND，將土壤濕度傳感器與Ar控制器的模擬管腳相連。

溫度傳感器采用DH溫濕度傳感器，體積小，功耗低，反應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，并標(biāo)定輸出的數(shù)字信號。內(nèi)設(shè)8位單片機(jī)，連接空氣濕度元件和溫控元件，數(shù)據(jù)采集裝置可直接讀取輸出數(shù)據(jù)。傳感OTP存儲器中存在程序形式的校準(zhǔn)系數(shù)，在檢測信號處理期間，調(diào)用校準(zhǔn)系數(shù)加以修正。單管串行輸出接口，4針單排管腳封裝。DH數(shù)字式溫度傳感器模塊共有三個(gè)插頭，分別為地線GND.電源Vcc和數(shù)據(jù)線S。當(dāng)實(shí)際使用時(shí)，將S端連接到Ar的數(shù)字輸入界面。在-40°C~80°C的分辨率下，測量精度在±0.5°C，工作電壓3.3~5.5V之間。類似于圖4。3.2.4光照強(qiáng)度傳感器GY-30光強(qiáng)傳感器，采用RO原裝BH芯片，I2C數(shù)字接口，大支持率400Kbps。該傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器直接數(shù)字輸出，省略復(fù)雜計(jì)算，忽略校準(zhǔn)，通過計(jì)算電壓得到有效數(shù)據(jù)。提供電源的功率為3~5V，光照范圍在0~65535lx之間，分辨率在1lx以內(nèi)。

遠(yuǎn)距離wifi云模組CV5200 WIFI接入模塊Ar以WIFI形式接入因特網(wǎng)，利用遠(yuǎn)距離wifi云模組CV5200模塊集成到Ar開發(fā)版中。采用超低功耗UART-WIFI模塊，封裝尺寸小，可將用戶的物理設(shè)備與WIFI相連，與Internet或LAN通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。大的度差為±20%。能夠高精度地測量大范圍亮度，不區(qū)分環(huán)境光源和接近視覺敏感性的分光特性。NXPIIC標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議模塊內(nèi)部包括通信電平轉(zhuǎn)換，并與5V單片機(jī)IO直接連接。A4.A5連接到GY-30的SDA.SCL管腳，在Ar硬件上。

物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)距離wifi云模組云服務(wù)平臺接受系統(tǒng)傳感器上載的參數(shù)，供遠(yuǎn)程客戶訪問；接受遠(yuǎn)程用戶的命令，將其發(fā)送到Ar控制器，通過執(zhí)行模塊調(diào)整系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)。提供了開發(fā)人員API接口，為開發(fā)人員提供數(shù)據(jù)處理和存儲服務(wù)。大型平臺包括Scinan、Arrayent、COSM/Pachube、智能云等等。COSM是目前使用量大的開放式物聯(lián)網(wǎng)平臺，可以通過開源的硬件或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的上傳與存儲，同時(shí)也提供了一系列數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式。本論文采用機(jī)智云平臺，為開發(fā)人員提供了便利的智能硬件開發(fā)框架和云服務(wù)功能。直接定義產(chǎn)品并在平臺上進(jìn)行設(shè)備端開發(fā)。

在應(yīng)用開發(fā)硬件層，Agent提供了一個(gè)已經(jīng)燒錄的GAgent(固件)的通信模塊，以實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用(APP應(yīng)用，機(jī)智云)到設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)通訊，以及配置入網(wǎng)。在軟件層次上，云提供開發(fā)框架代碼，實(shí)現(xiàn)底層通信協(xié)議解析封包，通訊數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以及開發(fā)API接口。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在編碼框架事件處理邏輯中加入了環(huán)境傳感器、電機(jī)、泵等控制功能。在設(shè)備監(jiān)聽到云或APP端的數(shù)據(jù)之后，代碼就會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為事件，通知應(yīng)用層設(shè)備。發(fā)送設(shè)備數(shù)據(jù)為APP，通過云控制的設(shè)備通過云直接發(fā)送到GAgent。通過系統(tǒng)中的設(shè)備主動報(bào)告當(dāng)前狀態(tài)，由MCU接收到WIFI模塊控制所產(chǎn)生的狀態(tài)變化，立即啟動設(shè)備MCU進(jìn)行調(diào)試，并提供應(yīng)用開發(fā)，產(chǎn)品測試，云開發(fā)，數(shù)據(jù)服務(wù)功能，涵蓋智能硬件的全壽命服務(wù)。

創(chuàng)建一個(gè)虛擬設(shè)備，在PowerPoint創(chuàng)建一個(gè)開發(fā)者賬戶，輸入物理地址，輸入產(chǎn)品數(shù)據(jù)點(diǎn)，創(chuàng)建產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息。前臺狀態(tài)，發(fā)送頻率是無限的。

遠(yuǎn)距離wifi云模組開發(fā)的智能陽臺生態(tài)系統(tǒng)以Ar作為控制核心，支持C語言和匯編語言混合編寫，底層的驅(qū)動程序由匯編語言編寫，外部使用C語言接口。編程環(huán)境選擇了Ar，操作系統(tǒng)是MW7(32位)。采用Ar配置開發(fā)環(huán)境，導(dǎo)入機(jī)智云平臺硬件開發(fā)庫文件，開發(fā)各個(gè)模塊庫功能，編譯好程序后下載到開發(fā)版進(jìn)行調(diào)試。本系統(tǒng)程序主要由主程序、初始化、監(jiān)聽遙控器功能、遙控APP、讀取環(huán)境光照子程序、讀出土壤濕度子程序、讀出空氣溫度子程序組成。

遠(yuǎn)距離wifi云模組遠(yuǎn)程控制端APP開發(fā)云Android平臺SDK封裝了手機(jī)和智能硬件之間的通信過程，以及手機(jī)和云之間的通信過程。提供網(wǎng)絡(luò)配置，發(fā)現(xiàn)，連接，控制，心跳，狀態(tài)報(bào)告，報(bào)警通知等。提供了APP開放源框用戶注冊登錄、配置設(shè)備接入、設(shè)備發(fā)現(xiàn)控制、消息推送等功能。

系統(tǒng)在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行測試時(shí)，陽臺已安裝寬帶，并提供遠(yuǎn)距離wifi云模組WIFI環(huán)境，控制板通過WIFI連接到網(wǎng)絡(luò)。打開手機(jī)APP，讀出陽臺溫度、土壤濕度、光照環(huán)境參數(shù)、測溫濕度、測光感應(yīng)器是否工作正常，還能通過Arduino終端控制燈光，并遙控照明繼電器開關(guān)。

基于Ar+遠(yuǎn)距離wifi云模組云的陽臺生態(tài)控制系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，能有效地實(shí)現(xiàn)陽臺生態(tài)環(huán)境的遠(yuǎn)程控制，具有安全可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，可推廣應(yīng)用于寵物飼養(yǎng)等系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可操作性，在城市中有著廣闊的應(yīng)用空間，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。