第二章 系统硬件设计

2.1总体方案设计

2.1.1 系统需求分析

本次设计的系统如前面研究内容中介绍的要实现自动化、智能化、高效化，对于系统需求主要可以分为3部分讨论，首先是对植物的生长环境的监测部分，可以对光照强度、湿度、温度，甚至二氧化碳浓度、土壤湿度都可以在监测范围内，对他们进行分析，光照，主要是日光，受天气的影响，尤其是阴雨天气会影响到光照，可以增加一些人工光源在阴雨天气等光照强度不足时进行补光。通常将温度、湿度一起讨论，他们主要是影响植物生长的速度，适宜的温湿度才能保证植物的正常生长，当温湿度不足时可以增加空气湿度、加热空气环境等进行调节。二氧化碳浓度主要影响植物的光合作用，是植物生长必须的条件。而土壤的湿度则是环境的一种综合性的指标，会受到空气温湿度、植物生长水分消耗等多方面的影响，可以表示植物生长所处环境的整体状况，用于衡量植物的生长状态情况，因此我们选择土壤的湿度作为我们监测的指标。同时对植物的湿度的调节也比较简单，采取浇水的方式就可以将湿度改变，并且浇水可以实现自动化的方式，便于人们在不方便时自动管理，我们利用现代智能技术对土壤的湿度的变化进行综合判断，依据判断结果对系统进行调节。

2.1.2 总体方案设计

从前面的系统需求分析可以看出，我们的系统主要由三部分组成，一是土壤环境监测部分，对植物的生长环境土壤进行监测，采集土壤的湿度，将采集到的信号进行处理，作为系统的一个输入，传送给系统控制处理部分。二是系统主控部分，采用微处理器对前面采集处理后的信号进行判断、综合所有信息做出控制，是整个系统的大脑，既要对前面采集的数据合理判断，还要实时适宜对前面的输入做出相应的控制以恢复平衡。三是控制调节部分，主要是及时响应主控部分的输出，采用浇水的方式对系统进行调节，采用自动化的方式实现，避免需要频繁的人工操作。由此我们可以看出，系统的数据在土壤环境监测作为输入，主控部分作为控制单元，调节部分作为输出，而下一次的监测数据则是本次数据实施结果的反馈，这样就实现了一个数据信息的闭环，可以满足系统稳定、高效运行的需要，在系统的主要功能外还设计有一个手动按键功能，可以设置系统判断的阈值范围，设置上下限，甚至可以人工控制系统的浇水作业，便于人工干预调节。

第三章 系统软件设计

3.1 软件总体设计

前面介绍了系统的硬件设计，如果没有相关的软件运行，那么整个系统就不能发挥作用，将形同虚设，所以软件控制着系统的运行，软件的好坏也会影响到系统的功能及性能，硬件犹如骨肉，而软件则相当于血脉，将他们连接起来系统才能动起来，所以软件设计对整个系统的重要性从某种意义上说比硬件更加重要。

系统的软件程序涉及到很多方面，既有中控芯片与AD芯片的通信控制，也有对继电器、液晶显示器的控制，需要众多的软件程序，故我们决定采用模块化的软件开发思路，将整个系统按功能、按应用分为多个功能模块，对每个模块单独进行开发，这样可以降低开发的难度，提高开发的效率，也是嵌入式开发中经常使用的方法^[21]。

本次系统软件设计采用的模块化设计方法，便于功能扩展，其主要流程是：首先系统上电，对系统进行初始化，然后是对按键触发的判断，如有按键触发则及时响应进行设置操作或浇水操作，如没有，则由YL-69采集土壤的湿度信息，然后AD芯片进行AD转换，将其结果发送给51单片机，单片机将湿度值送至液晶显示器中进行显示，同时进行数据分析判断，依据系统的湿度上下限报警值来决定水泵开启与否，如当前湿度值是否阈值，则蜂鸣器报警，LED灯闪烁，同时进行浇水操作，重复前面的步骤，直到环境的湿度值回到设定的范围，取消报警，关闭浇水，主要流程如图3.1所示。