水质检测机器人的信息采集与传输外文翻译资料

本科生毕业设计（论文）外文资料译文

（ 2019届）

外文资料译文规范说明

一、外文资料译文：

基于wifi的温室环境动态监测系统

摘要：温度、相对湿度和光照强度等环境因素对温室作物的生长有着深远的影响。目前，中国的生产温室一般采用人工方式监测环境信息，浪费人力，无法准确检测环境信息。在一些温室环境自动监测系统中，485bus或CAN总线用于实现对温室环境的远程监测。布线方法复杂，线条容易老化。基于以上问题，本文提出了一种基于WIFI的温室环境动态监测方法，通过设计的温室设备和开发的服务器软件实现温室温度、湿度和光照强度的远程监测。

关键词：温室环境，传感器，监视器，WIFI，服务器

1.简介

随着设施农业技术的发展，中国的温室建设逐渐从单棚，单阳光温室发展到大型连栋温室，温室建设规模不断扩大。近年来，温室作物的种植面积迅速增加（Haan，1998; Yoo，2002）。温室是设施农业的主体。通过调整和控制当地的环境因素，可以为作物提供适宜的生长条件，保证农产品的高质量和高产量。在温室作物栽培过程中，温度、湿度、光照强度、CO2浓度、土壤水分和肥料都对作物生长产生重要影响。很难依靠传统的监测方法进行科学合理的种植（Xiao，2017）。

近年来，国内外温室环境监测系统逐渐取代传统的人工监测方法。陆曼提出了一种基于RS-485总线的温室监测系统方案。监控系统由主机、232/485转换层和现场监控节点组成（Lu，2013）。为响应温室环境智能监测的需要，杨静提出了基于CAN总线和无线传感器网络（WSNs）的温室环境监测系统实施方案（Yang，2012）。李力结合嵌入式技术和无线传感器网络技术，通过GPRS实现与远程管理中心的通信（Li，2009）。国外学者在温室环境监测研究方面取得了许多成果。 Foughali Karim等使用GPRS模块实现温室环境的远程监控（Foughali，2017）。廖敏生设计了基于ZigBee和ZigBee的无线温室传感器CC2420（辽，2017年）。韩等人利用DSP和3G无线通信技术建立了虫害远程诊断和识别系统（Han，2012）。

然而，在实际应用中，中国大多数典型的温室监测系统都使用室内布线解决方案。发现室内湿度高，光线强，容易导致线路老化（Zhang，2013; Ma，2015; Gao，2013）。同时，复杂的布线也增加了温室中的障碍物数量。在GPRS，ZigBee，蓝牙等无线通信技术中，WIFI网络由于具有带宽宽、传输速度快、兼容性强、抗干扰性强等优点，对农业温室监控系统具有重要意义（He， 2013），这也是温室信息传输技术的重要研究方向（Lin，2014）。针对上述问题，本文提出了一种基于WIFI的温室环境远程监控系统。

2.温室环境动态监测系统

2.1传感器设计程序

本节介绍系统设计和框架。基于WIFI的监控系统通过WIFI模块将传感器模块上的TTL信号转换为无线WIFI信号，实现与服务器的网络连接和数据传输。 WIFI模块采用济南友仁网络公司生产的高性能WIFI模块USR-WIFI232-A2。 该模块用于实现从串口到WIFI数据包的双向透明传输。 该模块在内部完成协议转换。通过该模块，物理设备可以连接到WIFI网络，实现温室环境的控制和管理。

WIFI模块可以工作在AP模式和STA模式。它连接到该系统中的传感器电路板，并在STA模式下工作。 WIFI模块需要与服务器建立套接字网络连接，以实现传感器与服务器之间的通信。传感器和服务器之间的通信框图如图1所示。服务器和传感器各自添加到无线路由器，然后我们将服务器计算机获得的IP映射到其路由器的公共IP。同时，传感器上的WIFI模块设置为STA模式，并添加到无线路由器中。 WIFI模块的网络参数设置为TCP Client模式。同时，WIFI模块被添加到服务器打开的端口和服务器映射的公共IP。这样，在远程传感器上电后，它可以主动搜索服务器，等待服务器接收其请求，并建立套接字网络连接以执行数据传输。

图1 传感器和服务器之间通信的框图

2.2服务器设计程序

服务器程序实现的功能是与传感器模块建立TCP网络连接，定期向传感器发送命令，然后接收，显示和存储传感器返回的环境参数。 此程序是用Visual Basic 6.0编写的，它在调试程序时生成.exe文件。 程序结构如图2所示。

图2 服务器的程序结构

程序运行时，它首先侦听客户端（传感器）发送的连接请求。当收到请求时，将允许请求并与之建立SOCKET连接。当程序中的计时器到期时，服务器向当前连接的客户端发送“$ 35T”，“$ 35H”，“$ 35E”。当返回的数据到达时，接收的数据显示在“已接收的内容”文本框中，依次显示在温度，湿度和光照强度文本框中。此时，传感器的数据收集完成。之后，服务器继续收集剩余传感器的数据并显示它们。收集并更新所有传感器数据后，它们将存储在文本文件中。

存储格式如下所示：

年/月/ dayHour：分：秒

传感器1：温度，湿度，lightintensity

传感器2：温度，湿度，lightintensity

传感器3：温度，湿度，lightintensity

Sensor4：温度，湿度，lightintensity

Sensor5：温度，湿度，lightintensity

3.传感器实现

3.1基于WIFI的温室环境监测系统电路与原理

传感器模块的工作原理如图3所示。电路板由 5V DC供电，通过AMS1086-3.3电源模块降压至 3.3V，为电路中的WIFI模块供电。温度传感器、光传感器和湿度传感器将相应的信号发送到SCM。该模块通过WIFI或485总线与外界通信。该程序通过JTAG写入C8051F020，这是传感器模块的SCM。需要时，可以通过复位按钮复位SCM。

图3 传感器模块的工作原理

3.2传感器软件设计

传感器模块的另一个主要部分是其软件的设计。 通过在传感器模块上编程SCM C8051F020，实现了传感器的各种功能，框图如图4所示。

传感器模块的软件部分主要包括以下内容：

系统初始化：系统初始化包括程序中变量和函数的声明和定义，看门狗初始化，时钟初始化，定时器初始化，端口初始化和UART初始化。

发送和接收数据：发送和接收数据分别由函数sendBuf（）和recBuf（）完成。

定时器设置：SCM中有五个定时器：Timer0~Timer4。 Timer1用于产生9600波特率; Timer3用作看门狗; Timer4设置为定时模式，用于定时20ms; Timer0和Timer2设置为计数模式，用于计算光和湿度测量电路的输出频率。 命令和响应：程序运行后，首先进行初始化，然后进入循环。 在循环中，它查询是否有数据到达。

具体命令和含义如下：

$ 35T：获得温室温度;

$ 35H：获得温室相对湿度;

$ 35E：获得温室光照强度;

图4 传感器程序框图

4.SERVER软件设计

建立网络连接是服务器软件的重要组成部分。 我们首先添加两个winsock控件，其中一个用于监视在线请求信号，名为Listener; 另一个是初始连接，名为Sock。 应将此控件设置为动态数组。 在此软件中，服务器可以同时连接多达15个客户端。 建立套接字连接的过程如图5所示。

图4 建立套接字连接的过程

该软件的初始欢迎界面如图5所示。 然后，它会在3秒后自动进入环境监控界面，如图6所示。 在环境监控界面中，我们可以看到，打开的默认端口是2020，默认命令是$ 35~ $ 39，以上两者都可以在文本框中修改。在里面建立连接的过程，客户端ID，客户端连接请求和服务器接受都记录在日志区域中。 同时，客户端的IP和远程端口号显示在客户端列表中。 Text1~Text15用于显示每个传感器的当前温度，相对湿度和光强度。 每次更新5个传感器的所有数据后，程序将打开数据存储文本并将数据写入其中。

图5 服务器的初始欢迎界面

图6 环境监控界面

5.测试和结果

首先，将运行服务器的计算机添加到无线路由器中，并将服务器的IP映射到路由器的公共IP地址。然后将WIFI模块配置为STA模式，并添加到任何无线路由器中。波特率设置为9600，网络参数设置为TCP Client。服务器IP是映射到路由器的公共IP。以上设置可以通过网页配置或AT命令配置进行配置，由WIFI模块公司提供。配置完成后，传感器模块上电，服务器软件运行。此时，传感器模块可以主动向服务器发送连接请求。服务器收到请求后，与服务器模块建立连接，并定期发送命令。我们根据上述过程配置系统后测试系统。测试周期为7天，从2018年4月20日到2018年4月27日。传感器放置在北京中国农业大学信息与电子工程学院作者实验室的朝东窗口。测试过程中的软件如图7所示，测试过程中的传感器如图8所示。最终测量数据结果如图9-11所示。

图7 测试界面

图8 传感器的实物图

图9 温度结果

图10 相对湿度结果

图11 光强度结果

6.结论

该系统基于WIFI模块进行温室环境信息采集的软硬件设计。从上述测试结果可以看出，在7天的测试中，传感器模块继续工作而没有碰撞或异常;服务器软件继续运行，没有中断等异常现象;服务器与传感器之间的网络连接没有中断，传输性能良好。由于白天建筑物的阴影，可能会出现一些突然的变化，尤其是光照强度，这是一种正常现象。此外，从结果可以看出，湿度和温度往往成反比，这也是没有下雨或下雪的日子里的正常现象。因此，该系统为温室温度，湿度，光照强度等环境信息的远程无线动态监测提供了可行的方法，为温室生产管理提供了一种稳定，可行，低成本的解决方案。

外文原文资料信息

[1] 外文原文作者：Mei-Hui Liang,Yao-Feng He, Li-Jun Chen,Shang-FengD

[2] 外文原文所在书名或论文题目：Greenhouse Environment dynamic Monitoring system based on WIFI

[3] 外文原文来源：IFAC-PapersOnLine, Volume 51, Issue 17, 2018, Pages 736-7

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Greenhouse Environment dynamic Monitoring system based on WIFI

Keywords: Greenhouse environment, sensor, monitor, WIFI, server.

Abstract: Environmental factors such as temperature, relative humidity, and light intensity have a profound effect on the growth of greenhouse crops. At present, Chinas production greenhouses generally use artificial means to monitor environmental information, which wastes manpower and cannot accurately detect environmental information. In some greenhouse environment automatic monitoring systems, 485 bus or CAN bus are often used to realize remote monitoring of the green house environment. The wiring method is complicated and the lines are easy to age. Based on the above problems, this paper proposes a method of dynamic monitoring of green house environment based on WIFI, and realizes remote monitoring of greenhouse temperature, humidity and light intensity through the designed green house sensor and the developed server software.

1.INTRODUCTION

With the development of facility agriculture technology, Chinas greenhouse construction has gradually evolved from simple sheds, single sunlight greenhouses to large multi-span greenhouses, and the scale of greenhouse construction has continued to expand. The cultivation area of greenhouse crops is raising fast these years(Haan,1998; Yoo,2002). The greenhouse is the main body in the facility agriculture industry. Through adjusting and controlling the environmental factors in the local area, the crops can be provided with suitable growth conditions to guarantee high quality and high yield of agricultural products. During the cultivation of greenhouse crops, temperature, humidity, light intensity, CO2 concentration, soil water and fertilizer all have an important impact on crop growth. It is difficult to rely on traditional monitoring methods for scientific and rational planting(Xiao,2017).

In recent years, domestic and foreign greenhouse environmental monitoring systems have gradually replaced traditional manual monitoring methods. Lu Man proposed a scheme of greenhouse monitoring system based on the RS-485 bus. The monitoring system consists of a host computer, 232/485 conversion layer and on-site monitoring nodes(Lu,2013). In response to the need for intelligent monitoring of greenhouse environments, Yang Jing proposed an implementation plan for a greenhouse environmental monitoring system based on CAN bus and wireless sensor networks (WSNs) (Yang,2012). Li Li combined with embedded technology and wireless sensor network technology to achieve communication with remote management center through GPRS(Li,2009). Foreign scholars have made many achievements in greenhouse environmental monitoring research. Foughali Karim et al. used GPRS modules to implement remote monitoring of greenhouse environments(Foughali,2017). Min-Sheng Liao designed wireless greenhouse sensors based on ZigBee and CC2420(Liao,2017). Han et al. used DSP and 3G wireless communication technology to establish a remote diagnosis and recognition system for insect pests(Han,2012).

However, in practical applications, most of the typical greenhouse monitoring systems in China use indoor cabling solutions. It is found that the indoor humidity is high and the light is strong, which can easily lead to the aging of the lines(Zhang,2013; Ma,2015; Gao,2013). At the same time, the complex wiring also increases the number of obstacles in greenhouse. In many wireless communication technologies such as GPRS, ZigBee, and Bluetooth, WIFI networks will become important for the monitoring system of agricultural greenhouses due to their advantages such as wide bandwidth, high transmission speed, strong compatibility, and strong anti-interference ability (He,2013), which is also an important research direction for greenhouse information transmission technologies (Lin,2014). In view of the above problems, this paper proposes a WIFI-based greenhouse environment remote monitoring system.

2.GREENHOUSE ENVIRONMENT DYNAMIC MONITORING PROGRAM

2.1 Design Program of Sensor

This section describes the system design and framework .The WIFI-based monitoring system converts the TTL signal on the sensor module into a wireless WIFI signal through a WIFI module, then realize network connection and data transmission with the server. The WIFI module uses the high performance WIFI module USR-WIFI232-A2 produced by You Ren networking company in Jinan. The module issused to implement bi-directional transparent transmission from serial port to WIFI data packets. The module internally completes protocol conversion. Through this module, physical devices can be connected to the WIFI network to implement control and management of the greenhouse environment.

The WIFI module can work in AP mode and STA mode. It is connected to the sensor circuit board in this system, and works in STA mode. The WIFI module needs to establish a socket network connection with the server to achieve communication between the sensor and the server. The block diagram of the communication between the sensor and the server is shown in Figure 1. The server and the sensor each add into a wireless router, then we mapping the IP obtained by the server computer to the public IP of its router. At the same time, the WIFI module on the sensor is set to STA mode, and is added into a wireless router. The network parameter of the WIFI module is set to TCP Client mode.In the meanwhile, the WIFI module is added into the port opened by the server and the public IP mapped by the server. In this way, after a remote sensor is powered on, it can actively search for a server, waiting for the server to receive its request, and establish a socket network connection to perform data transmission.

2.2 Design Program of Server

The function implemented by the server program is to establish a TCP network connection with the sensor modu

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