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  • 福勒编著的《重构》一,我现在正在读大二,现在看这本书你认为是否为时过早,若你认可我的做法,你认为我读的这本书有意义吗,或者说能够锻炼我的哪些方面的编程能力。还有,目前的Java继承编译环境下自带了一些...

    【来信】

      贺老师,我目前正在读一本由马丁.福勒编著的《重构》一书,我现在正在读大二,现在看这本书你认为是否为时过早,若你认可我的做法,你认为我读的这本书有意义吗,或者说能够锻炼我的哪些方面的编程能力。还有,目前的Java继承编译环境下自带了一些重构工具,再来看这本书是否还有意义那,我期待你的答复。

    【回复】

      你既然正在读,说明这本书就适合你,没有什么不可以读的。

      好书并不仅是读一遍就可以的,为时过早的说法并不成立。不同阶段读同一本书,会有不同的感觉和收获。书读多遍,其义自现,大家常讲。我觉得应该深化一下,读多遍,书才能活起来,才能够成为读书者自己的东西。不同阶段的感受相互交融,就是阶梯式成长的过程。

      将知识编成一个既成的体系,有道理,也没有道理。哪个知识该先学,哪个知识该后学,也没有标准答案,过早过晚也无从说起。只要读得下去,读下去好了。读不下去时,就放一放。如果这是本好书,记得过段时间再读。早读、晚读,会各有味道。

      读书的价值在于接受书中知识,更重要的是与作者交流,处理专业领域问题的思维由此而深化。所以,即使某个技术已经“掌握”,读书也是必要的,任何时候都有其意义。

      对最后一个问题,举个旁例。已经有网页编辑工具了,学HTML有必要吗?Java的重构工具,只是一种途径。任何事物并不完美,还需要后来者的参与。这只是一种实现,还可以有另外其他的实现。工具有了,最重要的还是人。在实践中遇到问题将会千姿百态,让工具闪光的依然是人。马先生对重构的理解应该是已经非常深入,但断还需要继续跟进。还有重构之外更多的问题,基于对重构的理解,其发展空间中有你的一席。

      你说的书没有看过,听人说过,上卓越浏览一下,觉得应该是本值得关注的书。用自己的方法,凭自己的感觉,看出自己的味道来。

      关于个性化的,以个人体验为中心的学习,参看:破除“系统学习”的情结改变学习模式,在课外学习中获得突破让大学在个性化的学习中绽放



      



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    统计之都的成员编著、翻译了大量关于统计分析和R语言方面的图书。

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    摘要

    环境参数监控系统,价格高,功耗较大,移动性较差,需要较高的硬件与软件支持,数据采集端与监控端需要通过很多很长的通信线进行连接,从而使得系统稳定性不高,对于多参数多点监控的场所,传统设备不能满足其节点数量的要求,可行度不高,空间占用率较大。鉴于以上不足之处,我们设计一种多节点组网一监控终端的智能环境参数监控系统,以方便和适应现代化的信息管理模式。该系统采用数字化数据采集,模块化处理,便于系统维护以及数据收集。
    本系统设计是从低成本、低功耗、高效率等概念出发,采用32位单片机STM32F103C8T6为处理核心,在数据采集节点端控制一系列的传感器(如DS18B20、DHT11、MQ-135、光敏二极管、雨滴传感器、土壤水分传感器等)来采集环境参数,使用蜂鸣器与STM32F103C8T6连接做为系统的报警器,如有参数超标就发出声响进行警报,同时使用NRF24L01发送数据到监控终端。具有实时性、稳定性、高效性、操作简单等特点,这样便于解决环境参数的采集和监控。本文以STM32F103C8T6超低功耗单片机为核心,设计了多个环境数据采集节点和监控终端即环境参数智能监测站,重点介绍了该系统的设计任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面,介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及系统总硬件原理图;另外,为了实现系统低成本和低功耗,满足设计要求的前提下,尽可能选用价格低廉和低功耗的元器件。软件方面,采用时间触发的混合调度器模式设计,对系统各个任务进行设计,并给出系统软件低功耗设计方法。

    关键词 : STM32 ; 环境监测 ; 多采集节点 ; NRF组网

    目录

    第一章 绪论

    1.1课题提出的背景

    1.2国内外研究现状

    1.3目前环境监控系统存在的问题

    1.4课题设计任务及要求

    第二章 环境参数智能监测站的总体设计

    2.1系统总体设计

    2.2系统工作原理

    第三章 系统硬件选择

    3.1 处理器选择

    3.1.1 单片机概述
    3.1.2 STM32F103C8T6单片机
    3.1.3 方案选择

    3.2 温度传感器选择

    3.2.1 热敏电阻
    3.2.2 DS18B20温度传感器

    3.3 湿度传感器选择

    3.3.1 湿敏电阻
    3.3.2 DHT11数字温湿度传感器

    3.4 光照强度传感器选择

    3.4.1 光敏电阻

    3.5空气质量传感器选择

    3.5.1 MQ-135空气质量检测传感器

    3.6土壤水分传感器选择

    3.6.1 土壤湿度检测传感器

    3.7雨情传感器选择

    3.7.1 雨滴传感器

    3.8 显示方式选择

    3.8.1 LCD显示
    3.8.2 OLED显示

    3.9 传感器数据输入方式选择

    3.9.1 单片机IO口并行输入方式
    3.9.2 单片机AD采集输入方式

    3.10 无线远程通讯选择

    3.10.1 蓝牙HC-05模块
    3.10.2 NRF24L01+2.4G模块

    第四章 系统硬件设计

    4.1 STM32F103C8T6 单片机最小系统

    4.2 传感器采集电路

    4.2.1 DS18b20温度采集电路
    4.2.2 DHT11湿度检测电路
    4.2.3 土壤水分检测电路
    4.2.4 MQ-135空气质量检测电路
    4.2.5 光照强度检测电路
    4.2.6 雨情检测电路

    4.3电源供电电路

    4.4 NRF无线通讯电路

    4.5 OLED显示电路

    第五章 系统软件设计

    5.1 总程序流程图

    5.2 各模块程序流程图

    5.2.1 DS18b20程序流程图
    5.2.2 DHT11程序流程图
    5.2.3 MQ-135程序流程图
    5.2.4 光照强度程序流程图
    5.2.5 NRF 程序流程图
    5.2.6 土壤水分程序流程图
    5.2.7 雨情程序流程图
    5.2.8 OLED 程序流程图

    5.3 主要程序设计

    5.3.1 NRF多对一通信
    5.3.2 ADC采集模拟信号

    第六章 系统总调试

    6.1系统软件及硬件调试

    6.2测试数据

    结论

    参考文献

    致谢

    附录

    第一章 绪论

    1.1课题提出的背景

    从国内现状看,环境参数监控系统,价格高,功耗较大,移动性较差,需要较高的硬件与软件支持,数据采集端与监控端需要通过很多很长的通信线进行连接,从而使得系统稳定性不高,对于多参数多点监控的场所,传统设备不能满足其节点数量的要求,可行度不高,空间占用率较大。一些传统设备对于传感器的更换极其不方便,更换完传感器后要对所有传感器进行重新编号,不便于维护,鉴于以上不足之处,我们拟采取一下措施:
    1、设计一种多节点组网一监控终端的智能环境参数监控系统,以方便和适应现代化的信息管理模式。
    2、该系统采用数字化数据采集,模块化处理,便于系统维护以及数据收集。

    1.2研究现状

    20世纪70年代,国外的温室生产开始以较快的速度发展,特别是欧美发达国家。当时由于水平的限制,对于生态环境因素采用单因子控制,即对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度进行单独分别控制的方法。
    随着电子技术的发展,市场上出现各种室内环境测量仪器,包括数字式的温湿度计、甲烷检测仪等。外早在20世纪80年代就开始对温湿度控制技术进行研究,其采用模拟式的组合仪表,采集温湿度信息并进行指标、记录以及控制。现在国外环境监测技术发展很快,正向完全自动化、无人化的方向发展。我国对环境监测技术起步较晚,国内传感器行业发展落后,国产化缺口巨大。
    综上,环境参数智能监测站的研究和设计,具有重要意义及实用价值。

    1.3监控系统存在的问题

    环境参数监控系统,价格高,功耗较大,移动性较差,需要较高的硬件与软件支持,数据采集端与监控端需要通过很多很长的通信线进行连接,从而使得系统稳定性不高,对于多参数多点监控的场所,传统设备不能满足其节点数量的要求,可行度不高,空间占用率较大。一些传统设备对于传感器的更换极其不方便,更换完传感器后要对所有传感器进行重新编号,不便于维护。

    1.4题设计任务及要求

    务描述:设计并制作一个智能型环境参数监测站,实现对站点温湿度、土壤水分、空气质量、雨情、光照等信息的探测。该装置由1个监测终端和多个探测节点组成(实际制作2个),探测节点与监测终端可实现远程通讯。
    控制任务和要求:(1)探测节点。探测节点有编号预置功能,探测节点能够探测其环境温度、土壤水分、空气质量、雨情、光照等信息,获得的站点环境参数信息可本地临时存储或定时发送监测终点。探测节点采用电池供电方式,探测节点分布示意图如图1-1所示。
    在这里插入图片描述
    (2)监测终端。监测终端可远程通讯获得各探测节点的探测信息,并能本地显示,显示信息有探测节点编号、环境参数等,具体工作方式可通过键盘设定。

    第二章 环境参数智能监测站的总体设计

    2.1系统总体设计

    本系统具有对环境的温度、湿度、光照、空气质量、土壤水分、雨情的检测和控制等功能。系统运用STM32F103C8T6作为最小系统的中央处理器。整个系统主要从硬件电路设计和软件程序设计两部分来实现。可以将环境监控系统的硬件分为几大模块进行设计,分别为:信号采集模块、主控制模块、人机互动模块。本系统设计用DS18B20、DHT11、光敏二极管、MQ-135对温度、湿度、光照、环境质量等参数进行采集。再把采集的数据输送到STM32F103C8T6中进行处理。处理后的信息输送到OLED上进行显示。STM32F103C8T6根据键盘输入的设置参数值进行对比和判断是否有参数超过设置的范围,如有参数超标就发出声响进行警报,把环境参数通过NRF24L01模块发送到终端上。结构框图如2-1所示。
    在这里插入图片描述
    图2-1系统总体结构框图

    2.2系统工作原理

    环境参数采集端:
    温度采集模块、湿度采集模块将数据以总线形式传输给单片机,土壤水分采集模块、空气质量检测模块、光照强度、雨情检测模块采集模拟信号,模数转换后,将数字信号传输给单片机。单片机通过NRF模块将采集数据发送给监测终端。
    监控终端:
    NRF模块接收到各采集节点数据,并传输给监控终端核心STM32单片机。单片机对数据进行简单处理,进而显示在OLED屏幕,若有环境指数超出设定指标,蜂鸣器发出警报。

    第三章系统硬件选择

    3.1 处理器选择

    3.1.1 单片机概述

    51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机,后来随着Flash rom技术的发展,8004单片机取得了长足的进展,成为应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出,今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。需要注意的是51系列的单片机一般不具备自编程能力。
    AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精简指令集高速8位单片机。 1997年,由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生,利用Atmel公司的Flash新技术,共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机,简称AVR。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
    ARM单片机是以ARM处理器为核心的一种单片微型计算机,是近年来随着电子设备智能化和网络化程度不断提高而出现的新兴产物。ARM是一家微处理器设计公司的名称,ARM既不生产芯片也不销售芯片,是专业从事技术研发和授权转让的公司,世界知名的半导体电子公司都与ARM建立了合作伙伴关系,包括国内许多公司也从ARM购买芯核技术用于设计专用芯片。ARM单片机以其低功耗和高性价比的优势逐渐步入高端市场,成为了时下的主流产品。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按内核架构分为不同产品:其中STM32F系列有:STM32F103“增强型”系列STM32F101“基本型”系列STM32F105、STM32F107“互联型”系列增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能,是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存,不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时,从闪存执行代码,STM32功耗36mA,相当于0.5mA/MHz。

    3.1.2 STM32F103C8T6单片机

    STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器,程序存储器容量是64KB,需要电压2V~3.6V,工作温度为-40°C ~ 85°C。本产品使用高性能的 ARM® CortexTM-M3 为内核的 32 位微控制器,最高工作频率可达168MHZ,内置高速存储器,丰富的增强型 I/O 端口和外设连接到外部总线。本产品包含 1个 12 位的 ADC、2 个比较器、2 个 16 位通用定时器、2 个 32 位通用定时器、2 个 16 位基本定时器、2 个 16 位高级定时器。还包含标准的通信接口:2 个 I2C 接口、3 个 SPI 接口、1 个 USB 接口、1 个 CAN 接口、1 个 SDIO 接口和 8 个 UART 接口。本产品产品系列工作电压为 2.0V ~ 5.5V,工作温度范围包含-40◦C ~ +85◦C 常规型和-40◦C~ +105◦C 扩展型。多种省电工作模式保证低功耗应用的要求。本产品提供 LQFP100、LQFP64、LQFP48、LQFP32 和 QFN32 共 5 种封装形式;根据不同的封装形式,器件中的外设配置不尽相同。这些丰富的外设配置,使得本产品微控制器适合于多种应用场合:电机驱动和应用控制,医疗和手持设备,PC 游戏外设和 GPS 平台,工业应用:可编程控制器(PLC)、变频器、打印机和扫描仪,警报系统、视频对讲、和暖气通风空调系统等。

    3.1.3 方案选择

    选择STM32F103C8T6单片机作为控制核心,接收传感器采集的环境信息,并做相应简单处理。

    3.2 温度传感器选择

    3.2.1 热敏电阻

    热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。阻值与温度的关系非线性严重,绝大多数热敏电阻仅适合0~150℃范围。

    3.2.2 DS18B20温度传感器

    DS18B20是人们在日常中最经常使用的的测温传感器,具备体积小,生产成本低,精度高,抗干扰能力强的特性。能够在3V至5.5V的电压范围内工作,相对于其它同类别元件具有更宽的电压适用范围,可以通过寄生电源接入数据线完成硬件的供电;具有特殊的一线总线接口,DS18B20可以通过一线总线接口实现微处理器与DS18B20之间的双向通信;DS18B20不需要任何外部器件都可以将所有的传感器和转换电路集中到电路中的一个类似于晶体管的形状里。在零下55度到零上一百二十度内能正常工作,其精度为0.5℃;在可编程的分辨率9至12位中分别对应着0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃可以分辨出数据的温度值,以此来提高对温度采集数据的精度值;DS18B20即使在电源接反的情况下芯片也不会由于过热而导致芯片的损坏,但在此种情况下原件是无法工作的。

    3.3 湿度传感器选择

    3.3.1 湿敏电阻

    湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。工业上流行的湿敏电阻主要有氯化锂湿敏电阻,有机高分子膜湿敏电阻。湿敏电阻只能用交流的,直流会导致湿敏失效,因为直流的电场会导致高分子材料中的带电粒子偏向两极,一定时间以后湿敏电阻就会失效。所以必须用交流维持其动态平衡,这也是为什么测湿敏电阻阻值要用电桥而不能用普通万用表的原因。

    3.3.2 DHT11数字温湿度传感器

    DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 精度湿度±5%RH, 温度±2℃,量程湿度20-90%RH, 温度0~50℃。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。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。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中,传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,使其成为该类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装,连接方便。

    3.4 光照强度传感器选择

    3.4.1 光敏电阻

    光照传感器一般由光敏层、玻璃基片与电阻组成的,它的主要器件是一个对光照敏感的电阻器。在光照不足的情况下,它的电阻为几十兆欧,反之电阻则为十到二十千欧。光敏电阻的灵敏度与人眼对0.4~0.76um范围的可见光的灵敏度很相近。光敏电阻的最大电压为100V,最大功耗为50mv,光谱峰值为540nm,正常工作的温度范围为-30℃~70℃。

    3.5空气质量传感器选择

    3.5.1 MQ-135空气质量检测传感器

    MQ-135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽等有较高的灵敏度。还具有长期的使用寿命和优异的稳定性。它由四个器件组成敏感元件。该传感器有四个管脚输出信号,两个为器件提供正常工作条件。封装内的A与B是互相短接的。MQ-135气体传感器采用二氧化锡(SnO2)作为敏感材料。他能随着环境中的有害气体的不同导电率也不同。使用简单的电路将导电率的变化转为其相应的输出信号。

    3.6土壤水分传感器选择

    3.6.1 土壤湿度检测传感器

    这是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分,当土壤缺水时,模块输出一个高电平,反之输出低电平。使用这个传感器制作一款自动浇花装置,让您的花园里的植物不用人去管理。灵敏度可调(图中蓝色数字电位器调节)工作电压3.3V-5V模块双输出模式,数字量输出简单,模拟量输出更精确。设有固定螺栓孔,方便安装小板PCB尺寸:3cm * 1.6cm电源指示灯(红色)和数字开关量输出指示灯(绿色)比较器采用LM393芯片,工作稳定。

    3.7雨情传感器选择

    3.7.1 雨滴传感器

    传感器采用高品质FR-04双面材料,超大面积5.0*4.0CM,并用镀镍处理表面,具有对抗氧化,导电性,及寿命方面更优越的性能。小板PCB尺寸:50x40mm灵敏度可调(图中蓝色数字电位器调节)工作电压3.3V-5V模块双输出模式,数字量输出简单,模拟量输出更精确。电源指示灯(红色)和数字开关量输出指示灯(绿色)比较器采用LM393芯片,工作稳定。

    3.8 显示方式选择

    3.8.1 LCD显示

    带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64, 内置8192 个1616 点汉字,和128 个168 点ASCII 字符 集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

    3.8.2 OLED显示

    OLED 屏幕作为一种新型的显示技术,其自身可以发光,亮度,对比度高,功耗低,在当下备受追捧。而在我们正常的显示调整参数过程中,我们越来越多的使用这种屏幕。我们使用的一般是分辨率为 128x64 ,屏幕尺寸为 0.96 寸。由于其较小的尺寸和比较高的分辨率,让它有着很好的显示效果和便携性。目前我们经常使用的 OLED 屏幕一般有两种接口,IIC 或者 SPI ,两者使用的通信协议稍有不同。OLED 还可以实现更多的显示功能,如描绘几何图形,实现动态波形显示。

    3.9 传感器数据输入方式选择

    3.9.1 单片机IO口并行输入方式

    输入模式,浮空输入:没有外界电压输入时,电压不确定。上拉输入:没有外界电压输入时,IO口经过一个上拉电阻接高电压Vcc,再经过施密特触发器转换成1信号,此时为高电平。(无输入,高电平) 有外界电压输入时,电压进入芯片后加了一个上拉电阻,再经过施密特触发器转换成0、1信号,读取此时的引脚电平是高电平还是低电平。下拉输入:没有外界电压输入时,IO口经过一个上拉电阻接低电压Vss,再经过施密特触发器转换成0信号,此时为低电平。(无输入,低电平)有外界电压输入时,电压进入芯片后加了一个下拉电阻,再经过施密特触发器转换成0、1信号,读取此时的引脚电平是高电平还是低电平。 模拟输入: 信号进入后不经过上拉电阻或者下拉电阻,关闭施密特触发器,经由另一线路把电压信号传送到片上外设模块。比如传送给ADC模块,由ADC采集电压信号。所以可以理解为模拟输入的信号是未经处理的信号,是原汁原味的信号。

    3.9.2 单片机AD采集输入方式

    ADC又称’模拟/数字转换器’,在STM32单片机中模拟/数字转换器(ADC)是一种提供可选择多通道输入,逐次逼近型的模数转换器。分辨率为12位,在一般的信号采集应用中已经算是很高的分辨率了。它有18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。
    土壤水分采集、雨情检测、空气质量检测等都需要AD采集,模拟信号转换成数字信号,进而单片机进行处理,分析。

    3.10 无线远程通讯选择

    3.10.1 蓝牙HC-05模块

    蓝牙模块BT-HC05模块是一款高性能的蓝牙串口模块。 1、可用于各种带蓝牙功能的电脑、蓝牙主机、手机、PDA、PSP等智能终端配对。 2、宽波特率范围4800~1382400,并且模块兼容单片机系统。 3、当主从模式两个蓝牙模块配对成功后,可以简单的,更改为无线的蓝牙,让您设备或者产品更高级,更时尚。
    但是蓝牙模块BT-HC05模块传输距离有限,且不适用于环境监测站无线通信。

    3.10.2 NRF24L01+2.4G模块

    NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括:频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。
    此模块传输距离远,有6个通道,可组网,适用于环境监测站的无线通信。

    第四章系统硬件设计

    4.1 STM32F103C8T6 单片机最小系统

    STM32F103C8T6最小系统由晶振电路,复位按键电路及SWD下载电路构成。具体原理图见图4-1所示。
    在这里插入图片描述
    图4-1 STM32F103最小系统

    4.2 传感器采集电路

    4.2.1 DS18b20温度采集电路

    温度采集电路,输出端加4.7K电阻上拉,电路如图4-2-1所示。
    在这里插入图片描述
    图4-2-1 DS18B20电路

    4.2.2 DHT11湿度检测电路

    DHT11湿度检测电路,输出端加4.7K电阻上拉,电路如4-2-2所示。

    4.2.3 土壤水分检测电路

    土壤水分检测电路,使用土壤水分传感器,AD采集模拟电压,进而计算
    土壤水分,电路如图4-2-3所示。

    4.2.4 MQ-135空气质量检测电路

    空气质量检测电路,使用MQ-135传感器,AD采集模拟电压,进而计算
    有害气体浓度,反应空气质量,电路如图4-2-4所示。

    4.2.5 光照强度检测电路

    光照强度检测电路,使用光敏电阻传感器,AD采集模拟电压,进而计算
    有光照强度,电路如图4-2-5所示。

    4.2.6 雨情检测电路

    雨情检测电路,使用雨滴传感器,AD采集模拟电压,进而计算
    雨情,电路如图4-2-6所示。

    4.3电源供电电路

    电源包括5V电源,3.3V单片机供电电源,3.3VNRF供电电源。电源如图4-3所示。

    4.4 NRF无线通讯电路

    NRF模块电路如图4-4所示。

    4.5 OLED显示电路

    OLED模块电路如图4-5所示。

    第五章系统软件设计

    5.1 总程序流程图

    本系统采用单片机作为主控制部分,主程序是一个无限循环的程序,通过keil开发环境下载到单片机中工作。系统开始工作时,主程序运行,先对系统的硬件进行初始化,然后判断是否有键盘摁下,运用键盘进行环境参数的设置,然后通过传感器采集环境中的温度、湿度、光照、有害气体的参数。在OLED上显示采集到的环境参数。在与我们所设置的环境参数进行比较看是否有参数超标。总程序流程图如图5-1所示。

    5.2 各模块程序流程图

    5.2.1 DS18b20程序流程图

    温度监控的子程序也是一个循环的程序。当单片机接上电之后,单片机向DS18B20传感器发出指令,DS18b20传感器采集环境中温度参数,把温度值传输到液晶显示屏上显示出来。同时在STM32中将采集的温度参数的实际值与我们设置的参数范围进行比较。如果实际的参数值在设置的范围内,则返回重新采集。如果不在范围之内就发出警报并把数值通过蓝牙传输到终端上,同时开启相应的设备控制温度,并返回重新采集数据。DS18b20程序流程图如图5-2-1所示。

    5.2.2 DHT11程序流程图

    湿度监控也是一个循环的子程序。当STM32通上电之后,STM32向DHT11发出采集指令,它就采集养殖舍内的湿度参数值,把该参数值传送到OLED上显示出来。同时在STM32中将采集的湿度参数的实际值与我们设置的参数范围进行比较。如果实际的参数值在设置的范围内,则返回重新采集。如果不在范围之内就发出警报并把数值通过蓝牙传输到终端上,同时开启相应的设备控制湿度,并返回重新采集数据。DHT11程序流程图如图5-2-2所示。

    5.2.3 MQ-135程序流程图

    有害气体监控的子程序也是一个循环的程序。当单片机接上电之后,单片机向MQ-135传感器发出指令,MQ-135传感器采集环境中有害气体浓度,把有害气体浓度值传输到液晶显示屏上显示出来。同时有害气体浓度值在单片机中与我们设定的参数浓度值进行对比是否在设定的浓度范围之内。如果在设定的范围之内,则返回重新采集数据。如果不在范围之内发出警报把数值通过NRF传输到终端上,提醒管理人员进行人工处理降低有害气体浓度,并返回重新采集数据。

    5.2.4 光照强度程序流程图

    当STM32通上电之后,STM32向光照传感器发出工作指令,其通过光敏电阻采集养殖舍内的光照参数,并把该参数值传送到OLED上显示出来。同时实际的光照与系统内设定的光照范围进行比较,看实际值在哪个范围内,系统会对不同的范围开启不同的灯光数值,并返回重新采集数值。

    5.2.5 NRF 程序流程图

    5.2.6 土壤水分程序流程图

    5.2.7 雨情程序流程图

    5.2.8 OLED 程序流程图

    5.3 主要程序设计

    5.3.1 NRF多对一通信

    5.3.2 ADC采集模拟信号

    第六章系统总调试

    6.1系统软件及硬件调试

    将各传感器部分软件部分分别调试,NRF通信部分单独调试,最终将各部分结合,整个系统调试。先单节点调试即NRF一对一通信,进而实现NER多对一通信,NRF组网。
    软件及硬件调试图片如图6-1所示

    6.2测试数据

    分别对宿舍,梦工厂,银杏林,田径场等地方进行数据采集,不同时间点,不同天气情况采集数据,使得采集数据有分析意义。采集数据表格如表6-2所示。

    6.3数据MATLAB分析处理

    对采集的数据,运用MATLAB软件进行分析处理,拟合变化曲线,预测天气情况,具体处理如图6-3所示。

    结论

    参考文献

    致谢

    附录

    硬件部分及软件部分框图和流程图均在“软件篇”和“硬件篇”有介绍。

    最后,大家有什么疑问或建议均可留言,感谢大家支持!!!

    环境参数智能监测站设计(硬件篇) 链接: link.
    环境参数智能监测站设计(软件篇)链接: link.

    展开全文
  • 关于读书的几个问题

    千次阅读 热门讨论 2013-09-30 08:19:10
    ”读书中的愉悦和享受,体现在精神、境界上的享受和在慎思方面的提升,自不是网络冲浪中能够获得的。“中自有黄金屋,中自有颜如玉”也道出了读书中我们渴望求得的功名与利禄。如今已经不像古时那般可读之太少...

      读书,并不是穷酸秀才秀穷秀酸的时候才出来卖弄于人的。笛卡儿说:“读一切好书,就是和许多高尚的人谈话。”读书中的愉悦和享受,体现在精神、境界上的享受和在慎思方面的提升,自不是网络冲浪中能够获得的。“书中自有黄金屋,书中自有颜如玉”也道出了读书中我们渴望求得的功名与利禄。如今已经不像古时那般可读之书太少,但如今读书的风气却不振,原因在于很多人在受教育的过程中完全为了考试而读书,结果是非考不学,非教不读。在重名重利的时下,精神的追求不是每个人都能很容易体味到其妙所在的,而“有用”恐怕是一个更重要的读书理由,这大概与大学生期望大学课程也能一是一、二是二地将用处列出来的道理是一样的。因为没有找到读书的感觉而不读书,进而一直找不到读书的感觉,这与兴趣不来而不投入学习,进而兴趣总是不来的逻辑一样,要读书,也要先以读书的行动为起点。

      在我的周围,也能发现一些读书丰富的学生,他们也在安排着对自己有效的教育。从读书中获得专业知识的积累,从读书中也获得人生境界的提高。我没有见过有阅读习惯的学生会陷入到让自己不能自拔的迷茫。每一个人的情况不一样,学会了读书的人,常常能够知道自己的问题所在,并且自己将问题解决。更为神奇的是,由于阅读,头脑中会产生出的更多的问题,而问题会由于读书自行解答,却又产生了更多的问题。读书的愉悦,就是始终与各种疑问为伴。这样的一种读书人的状态,在与书的互动中,主动地把握着自己。

    读什么书?

      大学生该读的书是要因人而异。围绕专业和研究方向的阅读会有很大差异,出于兴趣的就更是五花八门了。每个人都应该有个性的阅读清单。

      专业学习的书

      在大学生的学习中,我极力建议大家摒弃只用教科书学习的方式,其中包含着两方面的意思:一方面,教科书需要用好,教科书中体现的是学科中最基本的内容,教科书方便在一定的学时之内组织教学,是入门学习中非常必要和合适的学习材料;另一方面,大学生的学习需要有其他参考,包括对同样的内容,用不同的体系介绍的书籍,以及学科中经典的教材等。在学习中,听讲、看教材后,经常还是觉得不明白,而通过其他书中另外的讲法和例子,一点就通。计算机类专业课程的许多国外经典教材还提供了更为深入、全面的材料。像学习C++语言程序设计的,应当看C++之父Bjarne Stroustrup的《C++程序设计》,学习算法的,不妨去啃一啃著名的《算法导论》。这种同步阅读会带来意想不到的收获,因为这些书拓展内容多,也可以适当延后一些读。

      不少同学感叹,大学为什么不直接用高水平的经典教材?实际上,有不少的学校在不断地做着这样的尝试,有用得好的,但教训也不少。在有限的学时内,驾驭好大厚本的教材,有取舍地将其中的内容在理论、实践的层面上把握好,对教师是一个巨大的挑战,而面临更大挑战的是学生的学习技术。在采用班级制的学习组织中,注定了教学工作中处处需要有折中。正如培养方案只是对学业的基本要求一样,在教学大纲、教材体系内的课堂也只是基本要求,用好有针对性的教材,再用高水平的经典著作作为补充,这是一种折中的选择。

      与专业无关的书

      与专业无关的阅读,是个非常个性化的问题。围绕自己的兴趣广泛地阅读,这需要每一个人根据自身的实际回答。这个问题之难在于,不开始读书,始终不知道读什么书;反过来,回答这个问题又很容易,只要开始读一本书,就会引出更多想要读的书。

      在我的读书经历中,由读教育、教学类的书籍,拓展到了心理、认知、社会、人文类的书籍。打开阅读之门后,中国传统文化、人物传记、科普、科学哲学类的各种自己也不知道该如何分类的书籍,就在不知不觉中成了我生活中的一部分。读书是一件一发就不可收拾的事情。

      当不知道读什么书时,可以听从身边一些人的建议,或者去豆瓣网找找书评,或者直接到卓越、当当等网上书店搜索一下。如果想看到实体书再决定,最好到图书馆或者书店中直接体验。

      有一篇博文记录了我不给学生推荐书的往事。

      有一天,一位大一的学生找到我,说我推荐给大家的十本书中已经看了五本,另外五本不想看了,请我再推荐几本。得知我认为最值得看的《做最好的自己》、《世界是平的》她都看过了之后,我说:“我不再给你推荐了。”同学不解。

      我告诉她,在班上给大家推荐书的初衷,是知道很多同学课外根本不读书。既然她能看了我推荐的十本中的五本,再看书就需要自己选择了。到图书馆去,觉得有感觉,就借回来看,看不下去了或看完了,就还掉再借。看书,要看让自己有感觉的书。

      她说,一到图书馆就眼花了,而老师推荐过的书,是老师选过的,她看着也好。所以还是想让老师推荐。我进一步解释说,那只是我的观点,看什么书还是要有自己的观点才好,这样是真正的自己看书。她很聪明,立刻就明白了。

    想读的书太难,看不懂,怎么办?

      这样一种感受常使人在读书的念头刚刚起步就受到打击,这是个很重要的问题。回答这个问题很容易,看不懂就不看,重新找能看懂的去看。谁看书也不是找罪受去的,硬撑着看书的做法不可取,也没有意义。这个问题的核心,是如何能够找到适合现有水平读的书,读完以后再找到提高了水平以后能读的。如果对一个领域完全陌生,偏要一下子啃下最高最精的内容,那不就是天狗想吃天吗?大学生正在自己感兴趣的方向上起步,要找循序渐进的节奏。

      在主动性的自学中,老师在课程中会介绍一些背景及基础,同教材水平相当的便于巩固当前所学,而水平适当稍高一些的,适宜于拔高一点。例如,正在学习算法与数据结构课程,由于只具备基本的程序设计能力,看《算法导论》这本公认的算法类水平最高的书可能会感觉困难,这时不妨先找一本与正在用到的教材类似的书对照学习,保证这些基本的内容过关,再去拓展。

      对于自主性学习,尤其是要涉及某一个专门的领域时,我建议大学生可选择从科普书籍和文章看起。科普类读物不需要基础,往往通过一些具体的事例引入,很通俗地介绍问题和解决问题的方法,这是产生兴趣以及初步入门的最好方式。有人觉得作为专业人员看科普类的读物不好意思,放下这个包袱吧。专业人员是以后的事,你现在不就是一个初学者吗?不承认这一点怎能有进步。专业可以成为以后的标签,但不应该是现在的负担。看轻了科普,让自己失去了成为专业人士道路上一个好的借力点,这非常可惜,也可能会影响进程。另外,敢写科普类书籍的,一般者是某领域的大家,其笔下写出的科普,绝不是简单、不专业的代名词。霍金的《时间简史》是个最好的例子。不少科普书籍的作者,往往在交叉学科有过深入研究,有的在科学哲学方面造诣深厚,这样的科普更能体现突破专业面向专一的局限,给我们展示出更广阔的空间。

      在技术的学习上,不少人反对看一月学会、7天速成之类的书籍。我的观点,这种速成书是最好的入手点。当刚刚开始一个新的方向时,这类书籍可以帮助读者快速地了解怎么回事、怎么用之类的问题,这远比一头扎进技术细节的海洋中挣扎的体验要好得多。对于只是想泛泛了解的领域,速成就够了。而要深入的领域,万不可以将此当全部和终点就是了,也不要相信有什么技术能够如此速成。

      另外,提醒一下,技术类的最好启蒙,往往是官网上的指导教程。起步学习一项技术时,可以不急着买书,先到其官网上找一找。好多在线的指导教程中,会给出实践学习的建议,甚至提供一个学习向导,跟着做一遍,很多东西自然明了。最新的材料总是英文的,怎么办?学IT的同学,学好英语吧。立即着手阅读这些用得上的材料,同时也可以算作是学英语的一部分,这是我们能站到技术前沿的一种方式。

      关于课外技术书的阅读,我收到过这样一封邮件:

      老师,我目前正在读一本由马丁•福勒编著的《重构:改善既有代码的设计》一书,我现在正在读大二,现在看这本书你认为是否为时过早?若你认可我的做法,你认为我读的这本书有意义吗?或者说能够锻炼我的哪些方面的编程能力?还有,目前的Java继承编译环境下自带了一些重构工具,再来看这本书是否还有意义?

      这本书我真没有读过,关于重构的技术我也说不来。但这是一个好问题,我就在原则上提了些自己的见解:

      你既然正在读,说明这本书是适合你的——没有什么书是不可以读的。

      好书并不仅是读一遍就可以的,为时过早的说法并不成立。不同阶段读同一本书,会有不同的感觉和收获。“书读多遍,其义自现”,我觉得应该深化一下,一本好书,读多遍,书才能活起来,才能够成为读者自己的东西。不同阶段的感受相互交融,就是阶梯式成长的过程。

      将知识编成一个既成的体系,写到书里,或者在课堂里讲,有道理,也没有道理。哪个知识该先学,哪个知识该后学,不会有标准答案,过早过晚也就无从说起。只要能读得下去,读下去好了。读不下去时,就放一放。如果这是本好书,记得过段时间再读。早读、晚读,会各有味道。

      读书的价值在于接受书中知识,更重要的是与作者交流,处理专业领域问题的思维由此而形成。所以,即使某个技术已经“掌握”,读书也是必要的,任何时候读都有其意义,这类讲技术思想类的书更是这样。

      对最后一个问题,举个旁例。已经有网页编辑工具了,学HTML有必要吗?Java的重构工具,只是重构的一种途径。任何事物并不完美,还需要后来者的参与。这只是一种实现,还可以有其他的实现方式。工具有了,但最重要的还是人。在实践中遇到的问题将会千姿百态,让工具闪光的依然是人。“马先生”对重构的理解应该已经非常深入,但一定也还需要有人继续跟进。你在解决具体的各种问题时,从重构的视角提升你的产品的档次。这和用到什么样的工具没有关系,甚至有没有工具都不是个事。这才是你学习重构的意义所在。

    借书,还是买书?

      这也是一个因人而异的问题。对于大学生,我还是建议要用好图书馆,那也是你的学费中购买到的服务。有些需要深度钻研的或图书馆没有的书,投些资来也无妨。有人说过,大学阶段买书花过的钱,就是你工作后的起薪。我相信这只是某个书虫的自豪,但也算有些道理。要提醒的是,通过网络买书,不少书的折扣还是比较可观的。

      我建议爱书者到条件具备时可以考虑多买书看。买的书可以慢慢读,有“书非借不能读也”无限拖延的嫌疑,但我买书的经历中,纯粹头脑发热白花钱的也大概只有百分之一二。有些书要细读,有些书只粗看,而有些书只看个引言摆在书架上供不时之需,这也是其价值的体现。有些书不等看完就会被新买的书打断,一口气将新书看完之后,再捡起被暂时冷落下的半拉子工程,也是享受。由于时间紧张,或中途没有了感觉,我会选择先放下。在读书方面,我从不给自己加硬性的任务,反倒是保持了一种好的感觉,读书的事情始终没有间断。自己买书的最大好处,是看到兴起,随便处置,因此很多书上有了我大片大片的批注,引发了我和作者的“交流”,真正将读到的东西变成了自己的财富,产生出了不少的独特的想法。

    电子书还是纸质书?

      电子书是一个趋势,但不少人表示还是喜欢纸质书,各有各的爱好,不作表态罢。我推荐的是两种方式的结合。现在实体书店在逐渐减少,通过网络能够浏览书籍的机会却在增加。我得知了某本书的信息,总是先在网上先看介绍和目录,有时到豆瓣网上看看书评,有些书急于想要读到正文,不少门户网站的读书频道常有部分章节提供,可以先在线阅读

      借着电子书的问题拓展一下,我要郑重地向大学生推荐使用科技文献。科技文献是科研工作者将其研究结果写成期刊投稿、会议论文,科技报告,以及学位论文等的总称。教科书和专著由于知识积累、写作、出版和发行漫长的周期,到读者手中时,注定就是过时的,其作用也仅在打基础。网络上通过搜索引擎得到的信息是很及时的信息,但其权威性存在问题。在科研和工程领域,研发人员获得技术的最新进展信息,就是从科技文献中来的。

      长期以来,科技文献已经被大学生遗忘了,老师们也陷入了对教科书的依赖,而不知将这一宝藏告诉学生。还有很多的人认为高等教育大众化时代的大学生用不着做科研,用不着科技文献。这又是一个只看直接之用而被忽视的区域。大学生作为未来的高级专业人才,是需要具备文献检索和阅读能力的,这是一块巨大的宝藏。现在从大学走出的毕业生,进入了学术圈深造的,不知道科技文献,他们的学术道路起步中就缺少了一项很重要的技能准备;投入到产业界的,甚至不知道学术界究竟是在做些什么,不参考学术界成果的科技开发,只能局限在低水平的层次上,这是个人的损失,也是整个产业的缺憾。

      之所以将科技文献与电子资源放在一起说,是因为科技文献的电子化程度比一般图书要高得多,甚至完全数字出版即将要成为现实。几乎所有大学在实体图书馆内订阅的纸质专业期刊逐渐减少,取而代之的是,在数字化图书馆的建设中,购买了大量的中外文数字资源。无论你在哪所大学,都可以试一下,打开你所在学校图书馆的主页,可以找到“中国知网”或者“万方数据资源系统”的链接,只要你在校园网范围内,即可以免费检索、下载全国几乎所有期刊的论文,所有的博士、硕士的学位论文!这里拥有比教科书中更及时、更有针对性的学习资源。这也是学校用学生缴的学费买来的资源,又一项不用就巨亏本的资源。不少学校还购买了国外权威的学术数据库,这些也不仅仅是研究生和教师才可以利用的资源,是面向所有的学生开放的。在我的教学中,我会给同学们介绍这些资源,甚至带领他们去直接体验。有人会说这些资源的专业性太强读不了,而我的实践是,大学生在得到一些方法的指导之后,完全有能力用好这些资源,从中获得丰厚的回报。

      在网络化的信息时代,读书的方式,已经远远不是以前捧着书本的单一方式了。近年来公开课资源建设的热潮不断,网络中有大量的中外精品课、公开课资源可供享用。我最喜欢的还是网易公开课,听哈佛的帅哥教授David J. Malan激情四射的“计算机科学CS50”,上麻省Charles Leiserson教授久负盛名的“算法导论”,体会斯坦福Jerry Cain深刻的“编程范式”。我最喜欢的课程还是哈佛Tal Ben Shahar老师的“幸福课”,这门最热门的课程让无数的人找到了人生奋斗的最终目标。处在这样一个年代,有书,有网络,能够禁锢住自己的,唯有你自己了。




    本文来源:《逆袭大学——传给IT学子正能量》一审过后,要压缩篇幅,将整理过的文字登在些处共享。

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