【文章內容簡介】 開發(fā)語言使用比例圖u Java語言：java語言是一種面向對象、跨平臺、泛型編程的軟件開發(fā)語言。其引進的虛擬機原理可以使得java語言運行于不同的開發(fā)平臺。并對程序提供了安全管理器，方式非法病毒的訪問。其分布式的結構使得應用起來就像操作電腦文件一樣容易。Java語言的分類清晰，可以在分部環(huán)境中維護程序及其分類。u C++:C++語言是一種支持多泛型的通用編程語言，是使用最為廣泛的程序設計語言。它的面向對象程序設計、過程化程序設計、泛型程序設計以及基于原則設計等多種設計風格使得在程序設計領域獨占一方。出于對語言簡潔性和運行高效性方面的考慮，C++的很多特性都需要以庫或者其他形式來進行提供，而并不是直接添加到語言本身里去。u Python語言：Python語言語法清晰而簡潔，其中它的連接作用可以很輕松的把用其它語言制作的模塊像膠水一樣連接到一起。Python語言在設計上秉承了清晰化一的風格，其設計宗旨是對于一個固定的問題，只要尋求一種最好的解決方式就可以了。更是在腳本語言的實現方面，達到了用法簡潔、使用高效的效果。u Visual Basic語言：BASIC語言是高階程序式的一種語言，是一種為初學者設計的程序設計語言。它在編寫完成后不需要經由編譯和鏈接等過程操作就可以直接進行運行，但若想單獨運行時仍需要創(chuàng)建成工程文件。而在和操作系統(tǒng)方面，它的語言能夠配合電腦的操作功能得以充分發(fā)揮，使得它收到廣大程序員們的喜愛。u C語言：C語言是一種穩(wěn)定的、優(yōu)雅的、安全的、簡單的、由C語言和C++語言衍生出來的計算機編程語言。并一起強大的操作能力、創(chuàng)新的語法特性、強大的操作能力和便捷的面向組件編程能力成為ECMA與ISO標準規(guī)范。它還為自己增加了源代碼版本定義等新特性，使得其在開發(fā)領域贏得了一席之地。 操作系統(tǒng)選擇 對于軟件的開發(fā)，操作系統(tǒng)的選擇也是一個必不可少的問題，目前軟件的運行的操作系統(tǒng)大多是Linux或者紅帽等軟件開發(fā)系統(tǒng)。然后現在用戶大多都使用的則是微軟的windows操作系統(tǒng)，因此對于操作系統(tǒng)的選擇，更需要滿足用戶的需求。操作系統(tǒng)系統(tǒng)簡介或配置要求Linux免費試用，自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)、多種運行平臺、嵌入式系統(tǒng)Windows XP配置：CPU 233MHZ、內存 64MB、硬盤 、顯卡 4MB顯卡Windows 7畫面更加美觀，搜索和使用信息更加簡單，系統(tǒng)更加安全不易遭受攻擊Windows 8使用統(tǒng)一的可擴展固件界面，支持ARM架構的系統(tǒng),支持NFC近距離通信表2 操作系統(tǒng)簡介 系統(tǒng)利用操作系統(tǒng)來運行控制端的軟件，對于操作系統(tǒng)的選擇有以下幾方面需要考慮：1　 ：對于電腦本身配置的選擇，不同的電腦配置適應不同的層次操作系統(tǒng)。2　 ：對設計要求的高低，選擇出適當類型的操作系統(tǒng)3　 ：考慮用戶對操作系統(tǒng)的熟練使用度，選擇使用率較高的系統(tǒng)面向用戶。 通信端設計方案 系統(tǒng)的通信端是想把控制端的用戶輸入的信號，通過通信端給發(fā)送出去，由此可知，通信端包括兩部分，發(fā)送端和接收端。發(fā)送端負責發(fā)送控制端用戶輸入的信號，而接收端則接收發(fā)送端發(fā)送出來的信號。因此，通信端的兩個部分就因為是一對相互通信的設備。而現在目前市場上負責通信的模塊也很多，比如藍牙模塊，NRF無線模塊，無線WLAN以及zigbee無線模塊等。1. 藍牙模塊簡介 無線藍牙串口模塊HC05是一種主從一體的模式，無線藍牙串口分為兩個模塊，一個是藍牙適配器，插在電腦上的。另外一個是藍牙模塊，插在處理器上的。在用法上，藍牙適配器適用于所有藍牙設備和電腦進行通信，+EDR的藍牙標準，理論上可傳輸距離達到100米，屬于短距離通信，并且最多允許7個藍牙串口設備同時連接，支持winwin8等通用PC機操作系統(tǒng)。 其模塊引出四個引腳分別是VCC、GND、TXD、RXD，并且從模塊的接口可以直接與各種單片機處理器相連接，在使用時，配對之后當作全雙工串口使用，根根本不需要了解任何的藍牙協(xié)議。用法明確，操作簡單，對于剛接觸無線通信的技術員是個很好的模塊選擇。圖5 無線藍牙串口模塊2. NRF無線模塊 目前NRF無線網絡在很多領域得到了應用，并在中短距離傳輸領域占據了一方之地。在當前使用頻率上，屬NRF2401和NRF905最高。其傳輸特點屬于多頻點傳輸，最多支持125個頻點，滿足多點通信和調頻通信的需要。而NRF2401模塊更是采用了穩(wěn)定過的CH340T芯片作為USB轉串口，內置的看門狗防司機程序，完全勝任環(huán)境惡劣的工業(yè)控制現場的穩(wěn)定運行。 其NRF2401無線模塊支持AT明了對系統(tǒng)進行相關配置，更是支持Server200VISTA、win7win8/3264位各種操作系統(tǒng)。其與藍牙相比，可以使傳輸距離更遠，遠遠操作藍牙串口10米左右的傳輸距離。圖6 NRF無線傳感器模塊3. 無線WLAN模塊 無線WLAN串口模塊是一種基于ESP8266串口的的WIFI無線傳輸模塊，其傳輸距離屬于WIFI遠距離傳輸類型模塊，由于其具有強于其他無線傳輸模塊的穿墻能力，使得其在無線傳輸中備受關注。無線WLAN傳輸模塊的優(yōu)勢在于價格便宜、體積較小、功能強。大，其內部跑的是LWLP協(xié)議，方便嵌入到其它產品中。其運行模式有三種：AP、STA、AP+STA三種模式，并且三種模式可以共同存在。無線WLAN模塊使用完善簡潔高效的AT指令，讓使用者更加方便、快捷。圖7 無線WLAN傳輸模塊及其PCB圖4. Zigbee無線傳感器模塊 Zigbee技術是一種低功耗、短距離、低成本的雙向無線通信網絡技術。Zigbee聯盟開發(fā)了一種安全層，用來保證這種便攜式設備不會意外的泄露其信息，并且，這種利用網絡的遠距離傳輸更是不會被其他節(jié)點所獲取。每一個zigbee系統(tǒng)網絡只有僅有一個zigbee的協(xié)調器，它的作用是最開始選擇網絡通信的標識，并開始這個網絡。然后zigbee路由開始允許其它設備加入到這個網絡中進行查找、建立、修復網絡，并負責轉發(fā)辛哈指令。最后zigbee的終端節(jié)點是出于網絡的最邊緣，主要任務是發(fā)送或者接收信息，并且它是不能轉發(fā)信息的。通常在我們用這個模塊的時候它是待機狀態(tài)，不用的時候一般都會進行相應的休眠，以確保節(jié)能環(huán)保。圖8 Zigbee無線網絡模塊 處理端設計方案 系統(tǒng)的處理端主要負責接收用戶傳送過來的指令，并根據解析的指令去控制灌溉器進行灌溉。根據處理端需要完成的任務要求，系統(tǒng)需要在這里設置一個中央處理器來完成對信號的接收和外部設備的控制。目前中央處理器的種類更是成千上萬，考慮到對芯片使用熟練度的問題，因此選擇使用課堂上老師講過的或者使用比較熟練的較為合適。這里列出51單片機和STM32單片機的對比。 51單片機與STM32單片機的對比單片微型計算機成為單片機，是一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。隨著單片機迅速的發(fā)展，出現了許多高性能新型機種，已逐漸成為工廠自動化和各控制領域的支柱產業(yè)。下面介紹兩款常用的單片機51單片機和STM32單片機。單片機類型簡介及優(yōu)缺點51單片機使用經典的MCS51內核，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,片上集成512字節(jié)RAM，用戶應用程序空間可達到64K字節(jié)。優(yōu)點：功能齊全、抗干擾能力強、兼容性較好、網上的資料較多，編譯環(huán)境較為簡潔，對于初學者容易接受和使用。價格低廉。缺點：功能實現單一、需要增加多種外設、處理器速度較慢。STM32單片機使用ARM架構內核，32位的CoreM3處理器。最高工作頻率可達72MHz，存儲器達到128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM,外設齊全。優(yōu)點：功能高效且齊全，擁有多種外設，處理器處理數據速度較高。缺點：指令集過多，需要使用官方庫函數。功能寄存器較多，不適合初學者學習。價格較貴。容易大材小用。表3 51單片機與STM32單片機簡介 灌溉器端設計方案 灌溉器端是處理器控制的外部設備，主要實現灌溉的目的。 圖9 灌溉器及其噴頭正如上圖所示，目前灌溉器的種類繁多，并且在大小公園、草地隨處可見各種灌溉器。社會上的灌溉器大多都是利用機械原理進行園地的灌溉。而作為系統(tǒng)而言，則更傾向于利于控制的灌溉器件。l 機械灌溉器：安裝簡單，易于控制人員操作。但只能機械轉向，純自動控制，不能人為控制其轉向。l 抽水噴水機：實質是一個噴水電機，利用電機的運轉進行抽水噴水，價格便宜，利于控制，且可人為控制其灌溉。 系統(tǒng)模塊設計和功能實現 控制端設計與實現 系統(tǒng)設計中，在控制端需要接收用戶的控制指令，利用客戶端軟件來完成控制端的要求。根據上述各種開發(fā)語言的比較，這里系統(tǒng)選擇Python語言編寫一個腳本軟件，因為它的操作簡單，控制容易，解決問題的方法比較明確，用起來較為方便，能夠滿足對系統(tǒng)控制端的需求。它主要用來打開串口，并監(jiān)測鍵盤的按鍵，同時對有效按鍵進行信息采集并發(fā)送。由于windows8的用戶量較大，且其具有兼容性好，穩(wěn)定性高的優(yōu)點，因此系統(tǒng)選擇windows8作為客戶端軟件設計的操作系統(tǒng)。 軟件開發(fā)流程設計開始 IDLE(python GUI)是python程序開發(fā)的基本集成開發(fā)環(huán)境，繼承了IDE的功能。具有語法加亮、基本文本編輯、段落縮進、調試程序等基本功能。其強大的功能使得它非常實用，沒有其內存地址和變量內容，都可以進行同步和其他的分析。下面是系統(tǒng)設計的軟件流程圖：失敗打開串口成功監(jiān)控按鍵信息否有效信息是串口發(fā)送出去結束圖10 串口發(fā)送軟件流程圖 驅動的編寫 根據軟件流程圖可知首先需要一個串口，這個串口是發(fā)送模塊與PC機相連接的串口，這個軟件需要打開它，在python中可以調用serial模塊，利用serial模塊中的Serial()函數進行串口的打開。其串口傳輸必須設置相同的波特率，這里我們人為規(guī)定所有數據傳輸都用9600Mpbs來進行傳輸，數據位為8位，沒有校驗位，停止位是1位。然后我們得知道其狀態(tài)，就必須有一個狀態(tài)顯示框去顯示其是否打開成功，最后就是開始監(jiān)測用書鍵盤的輸入，但是對于鍵盤的輸入并不是所有的都是有效信號，因此在這里應該做一下過濾，把有效的信號保存，并通過write()函數發(fā)送出去。下面是軟件的界面：圖11 控制端操作界面 由控制界面可知，在這里，用戶可以輸入需要打開的COM，這個COM串口必須是和發(fā)送端模塊相連接的串口，不然就算打開也不會發(fā)送出去。輸入完串口號點擊Open COM就可以打開串口了，如果打開成功，后面的狀態(tài)欄就會顯示COM串口打開成功，若是想關掉就直接點擊Close CO