蠶房的環(huán)境保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1研究目的及意義本次課題研究的目的及意義是：提高蠶絲生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蠶房?jī)?nèi)部環(huán)境溫度、濕度、CO2濃度等參數(shù)的智能調(diào)節(jié)，從而避免因環(huán)境變化導(dǎo)致的生產(chǎn)損失，降低疾病發(fā)生率，減少蠶絲生產(chǎn)成本。蠶房?jī)?nèi)的環(huán)境參數(shù)對(duì)蠶的生存和發(fā)育影響很大，通過(guò)精細(xì)化環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)蠶健康狀況的變化并采取有效的救治措施，推動(dòng)蠶絲產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。蠶房環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠提高蠶絲生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，還能夠保護(hù)環(huán)境資源，減少對(duì)自然環(huán)境的污染和破壞。課題研究不僅能夠深入挖掘?qū)W科研究問(wèn)題，探索學(xué)科的前沿和熱點(diǎn)，還可以推動(dòng)學(xué)科的發(fā)展和創(chuàng)新，引領(lǐng)學(xué)科研究方向的變化和發(fā)展趨勢(shì)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)主要對(duì)蠶房環(huán)境保障系統(tǒng)的傳感器、控制設(shè)備、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面進(jìn)行研究?；谖锫?lián)網(wǎng)智能化等技術(shù)的研究相對(duì)較少，系統(tǒng)智能化、高效化程度與國(guó)外還存在差距。2019年劉程哲在《農(nóng)民致富之友》雜志上發(fā)表了一篇題為《基于物聯(lián)網(wǎng)的蠶室環(huán)境監(jiān)測(cè)與精準(zhǔn)控制》的文章，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)蠶室的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制，極大地提高了蠶絲的生產(chǎn)效率和品質(zhì)[1]。對(duì)于養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的智慧管理也需要傳感器及時(shí)采集數(shù)據(jù)才能做到實(shí)時(shí)反饋，對(duì)于這一點(diǎn)2022年王謙和李秀華在《電子技術(shù)與軟件工程》[5]一書(shū)中提過(guò)，主要開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的蠶房環(huán)境保障系統(tǒng)，利用傳感器和智能控制終端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蠶房?jī)?nèi)溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。目前，國(guó)外在已經(jīng)有許多學(xué)者和研究團(tuán)隊(duì)在蠶房環(huán)境保障系統(tǒng)的領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展和成果。在智能化管理方面，國(guó)外研究人員注重通過(guò)信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)蠶房?jī)?nèi)生產(chǎn)管理的智能化。利用智能控制模型對(duì)蠶室環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理；利用人工智能技術(shù)優(yōu)化蠶室環(huán)境。2019年NingthoujamTikenSingh等人曾在《\t"/en/Detail/index/GARJ2019/_blank"IndianJournalofEntomology》[16]上說(shuō)過(guò)海拔變化與桑蠶飼養(yǎng)的關(guān)系通過(guò)監(jiān)控溫濕度控制蠶的生存條件。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景他們認(rèn)為，利用現(xiàn)代技術(shù)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)智能化的蠶房環(huán)境保障系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)蠶絲產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化和綠色可持續(xù)發(fā)展。2019年\t"/en/Detail/index/GARJ2021_1/_blank"R.Ranjithkumar也在《AutomaticFeederforSericulture》[17]講過(guò)關(guān)于蠶的養(yǎng)殖自動(dòng)投喂，提高蠶存活率和利用率，減少成本和人工工作量。本文介紹了一種智能蠶室自動(dòng)喂食器的設(shè)計(jì)，該喂食器可以實(shí)現(xiàn)精確的喂食控制和自動(dòng)化管理，提高了飼料的利用率，降低了養(yǎng)蠶成本，同時(shí)也減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣前景。2022年\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"AlOkbyMohammedFaeikRuzaij;?\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"RoddelkopfThomas;?\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"FleischerHeidi;?\t"/en/Detail/index/GARJ2021_3/_blank"ThurowKerstin等人在《EvaluatingaNovelGasSensorforAmbientMonitoringinAutomatedLifeScienceLaboratories》上也說(shuō)過(guò)關(guān)于環(huán)境監(jiān)測(cè)氣體傳感器的問(wèn)題[19]。可以利用數(shù)字化技術(shù)集合實(shí)際來(lái)調(diào)節(jié)適合蠶生活的環(huán)境。該研究提出一種用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的氣體傳感器，可用于自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，為實(shí)驗(yàn)者提供及時(shí)性的環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，有助實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)流程的自動(dòng)化和半自動(dòng)化控制。總體而言，國(guó)外的智能蠶房系統(tǒng)研究取得了不少成果，尤其在傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和節(jié)能環(huán)保方面。與國(guó)內(nèi)相比，國(guó)外的研究更加注重智能化和自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也更注重科技創(chuàng)新和環(huán)保可持續(xù)發(fā)展。由于不同國(guó)家和地區(qū)的蠶絲生產(chǎn)環(huán)境和需求存在差異，因此，國(guó)外的研究成果在我國(guó)的應(yīng)用和推廣還需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行定制和優(yōu)化。1.3主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容將采用K210開(kāi)發(fā)板作為主控模塊，使用Python語(yǔ)言編程。本設(shè)計(jì)分四個(gè)模塊：傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、圖像識(shí)別AI模塊、上位機(jī)手機(jī)APP模塊。對(duì)模塊進(jìn)行細(xì)化：傳感器模塊采集蠶房的環(huán)境數(shù)據(jù)，即蠶房的溫度、濕度、空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度并上傳云平臺(tái)，使用定時(shí)器提醒人工喂食時(shí)間。通過(guò)設(shè)置閾值控制蠶房的環(huán)境變化，蜂鳴器和傳感器模塊聯(lián)動(dòng)，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)異常，蜂鳴器響應(yīng)，提醒工作人員還可以通過(guò)終端控制自動(dòng)調(diào)節(jié)蠶房環(huán)境，使得蠶處于一個(gè)合適的生長(zhǎng)環(huán)境。使用圖像識(shí)別采用AI視覺(jué)檢測(cè)通過(guò)查看蠶的顏色形態(tài)來(lái)觀察蠶的生長(zhǎng)。使用WIFI作為通信模塊將數(shù)據(jù)云平臺(tái)。本次設(shè)計(jì)的特色功能是使用AI視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)觀察蠶的生長(zhǎng)變化，減少人工工作量和節(jié)約成本，可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控蠶房環(huán)境變化。第2章系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)方案1.環(huán)境監(jiān)測(cè)：檢測(cè)蠶房?jī)?nèi)溫度、濕度、CO2濃度等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，將數(shù)據(jù)上傳云端處理分析，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋智能調(diào)節(jié)蠶房?jī)?nèi)的環(huán)境參數(shù)。2.智能控制：基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)蠶房?jī)?nèi)部進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，比如溫度、濕度等，同時(shí)還可以自動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉通風(fēng)、燈光等設(shè)備。3.數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)：通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)分析，對(duì)蠶房?jī)?nèi)部環(huán)境參數(shù)進(jìn)行深入分析，預(yù)測(cè)蠶蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育情況，提高蠶絲的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。4.遠(yuǎn)程監(jiān)控：實(shí)現(xiàn)對(duì)蠶房?jī)?nèi)部環(huán)境和生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，讓工作人員隨時(shí)了解蠶房的情況，并及時(shí)處理生產(chǎn)問(wèn)題。2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線（1）硬件部分使用單片機(jī)K210、攝像頭模塊、溫濕度傳感器、LCD顯示屏、繼電器模塊、WIFI通信模塊、光敏電阻傳感器。（2）硬件部分使用MaixPyIDE；編程語(yǔ)言用Python。（3）軟件平臺(tái)用Androidstudios；編程語(yǔ)言用JAVA。2.2.2預(yù)期結(jié)果1.WIFI通信2.上位機(jī)：（1）接受數(shù)據(jù)并顯示，周期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。（2）設(shè)定閾值：溫濕度上下限、空氣質(zhì)量閾值、光照閾值。（3）設(shè)定喂食時(shí)間。（4）切換下位機(jī)模式。3.下位機(jī)：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：顯示溫濕度、光照、空氣質(zhì)量，并發(fā)送上位機(jī)。（2）溫度高于溫度閾值上或下限，開(kāi)啟降或升溫設(shè)備。（3）濕度高于濕度閾值上或下限，開(kāi)啟通風(fēng)或加濕設(shè)備。（4）空氣質(zhì)量大于空氣質(zhì)量閾值，開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備。（5）光照低于光照閾值，開(kāi)啟照明設(shè)備。（6）定時(shí)提醒人工喂食。（7）實(shí)時(shí)顯示攝像頭采集到的畫(huà)面；學(xué)習(xí)蠶的生長(zhǎng)時(shí)期；識(shí)別蠶的生長(zhǎng)，并發(fā)送上位機(jī)。2.3總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用傳感器模塊采集溫度、濕度、空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，上傳至云平臺(tái)。定時(shí)器提醒人工喂食時(shí)間，通過(guò)設(shè)置閾值判斷蠶房環(huán)境變化，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)異常時(shí)，蜂鳴器響應(yīng)并提醒工作人員。同時(shí)，通過(guò)終端控制自動(dòng)調(diào)節(jié)控制蠶房環(huán)境，以保持蠶處于合適的生長(zhǎng)環(huán)境。采用圖像識(shí)別AI視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)來(lái)觀察蠶的生長(zhǎng)變化，減少人工工作量和節(jié)約成本。本方案還采用WIFI作為通信模塊上傳蠶房的各種數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控蠶房環(huán)境變化。本設(shè)計(jì)方案的特色功能在于采用AI視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)來(lái)觀察蠶的生長(zhǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)蠶房環(huán)境。圖2.1整體方案設(shè)計(jì)流程圖2.4單片機(jī)型號(hào)選擇K210單片機(jī)基于RISC-V指令集架構(gòu)的高性能嵌入式處理器。該單片機(jī)在處理速度、功耗控制、安全性、可編程性等方面均表現(xiàn)出色，應(yīng)用于人工智能、機(jī)器視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別等領(lǐng)域。采用28nm工藝制造，內(nèi)置雙核64位RISC-VCPU，主頻高達(dá)400MHz，支持高速運(yùn)算和復(fù)雜算法處理。同時(shí)，它還內(nèi)置了FFT、卷積、向量運(yùn)算等硬件加速模塊，能提升數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用的處理速度和效率。最突出特點(diǎn)是可以達(dá)到1TOPS算力，支持多種編程語(yǔ)言和多種操作系統(tǒng)，支持多種接口協(xié)議，可與外部傳感器，器件等設(shè)備進(jìn)行通信，OpenMV提供了機(jī)器視覺(jué)功能最核心和最復(fù)雜的部分包括硬件和核心算法，實(shí)物圖如下。圖2.2K10單片機(jī)實(shí)物圖2.5傳感器模塊介紹2.5.1溫濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)DHT11是一種數(shù)字溫濕度傳感器，可以在不使用其他外部元件的情況下精確測(cè)量周圍環(huán)境的溫濕度。調(diào)試步驟：查看DHT11與電路板的連接。DHT11的三個(gè)引腳：VCC接電，GND接地，DATA連接單片機(jī)的GPIO管腳。根據(jù)DHT11傳感器的特性，選擇合適電源電壓，一般為3.3V或5V，可以直接使用單片機(jī)的電源作為供電電源。需要編寫(xiě)相應(yīng)的程序，讀取傳感器輸出的數(shù)據(jù)。使用單片機(jī)的GPIO口進(jìn)行讀取，并進(jìn)行解碼處理。在編寫(xiě)程序時(shí)，需要注意DHT11傳感器的讀取周期，一般情況下為2秒鐘左右。實(shí)物圖如下。圖2.3DHT11溫濕度傳感器實(shí)物圖2.5.2空氣質(zhì)量傳感器模塊設(shè)計(jì)MQ135的引腳從上到下依次是：VCC、GND、DO、AO。DO輸出數(shù)字信號(hào)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到空氣污染達(dá)到閥值時(shí)，DO口輸出高電平，相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，適用于做一個(gè)氣體上限報(bào)警器。AO輸出模擬信號(hào)，這個(gè)傳感器使用的電壓是5V，所以在接VCC的時(shí)候需要接到開(kāi)發(fā)板的5V輸出口上。實(shí)物圖演示。圖2.4MQ135空氣質(zhì)量傳感器實(shí)物圖2.5.3光敏電阻模塊設(shè)計(jì)光敏電阻有兩個(gè)端口，可通過(guò)兩個(gè)端口來(lái)讀取電阻值大小，通過(guò)兩個(gè)端口中間接一個(gè)電位器作為一個(gè)可調(diào)電壓分壓器加在外圍電路上。一個(gè)端口通過(guò)電阻接地，一個(gè)端口連接電源，并且沿著中心接入一個(gè)電位器調(diào)整其電流值。當(dāng)入射光照射到光敏電阻時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致電位器電壓值發(fā)生變化，電路電流和電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。實(shí)物圖如下。圖2.5光敏電阻模塊實(shí)物圖2.6LCD顯示屏模塊設(shè)計(jì)LCD顯示屏是一款4/8位并行，2/3線的接口方式，顯示分辨率為240*360，2.4寸的液晶屏，內(nèi)置由8198個(gè)16×16點(diǎn)漢字與128個(gè)16×8點(diǎn)ASCII字符，該型號(hào)顯示屏具有接口簡(jiǎn)單，指令操作便捷等特點(diǎn)，分為帶中文字庫(kù)和不帶中文字庫(kù)，有并行傳輸和串行傳輸兩種方式。該模塊通過(guò)引腳連接到電源。使用ST7789V，控制電路包括控制芯片、驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路，通過(guò)IIC接口控制驅(qū)動(dòng)芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏的顯示，實(shí)物圖如下。圖2.6LCD顯示屏模塊實(shí)物圖2.7TF內(nèi)存卡模塊設(shè)計(jì)TF內(nèi)存卡稱為microSD卡，是小型存儲(chǔ)卡的不標(biāo)準(zhǔn)之一。采用最新封裝技術(shù)，大小是11mm×15mm×1mm約等于半張SIM卡，附有SD轉(zhuǎn)換器，可兼容所有SD讀卡器，TF卡可經(jīng)SD卡轉(zhuǎn)換器。適用于多項(xiàng)多媒體應(yīng)用。TF模塊軟件設(shè)計(jì)是指在嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)TF內(nèi)存卡模塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作的程序。本次TF卡控制使用的是TFCARD32GDS卡，它是9針排針接口，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的傳輸使用的是SPI接口。其中VCC接電源正極，GND接電源負(fù)極，控制信號(hào)包括數(shù)據(jù)信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、片選信號(hào)等，符合SPI總線的傳輸協(xié)議接口。實(shí)物圖如下。圖2.7TF內(nèi)存卡模塊實(shí)物圖2.8GC0328攝像頭模塊設(shè)計(jì)攝像頭的基本原理是利用光學(xué)透鏡將光線反射或折射到傳感器上，傳感器會(huì)將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再將電信號(hào)傳輸?shù)教幚砥魃线M(jìn)行圖像處理和編碼壓縮。設(shè)計(jì)中使用的攝像頭模塊是GC0328攝像頭模塊，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇分辨率、接口等參數(shù)。GC0328攝像頭輸出的數(shù)據(jù)是數(shù)字信號(hào)，需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。然后通過(guò)視頻接口進(jìn)行圖像傳輸。還可以使用視頻編碼芯片將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為壓縮視頻格式。提供的接口有：電源接口、控制接口、視頻輸出接口等。實(shí)物??圖如下。圖2.8GC0328攝像頭模塊實(shí)物圖2.916bitADC數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊簡(jiǎn)介16位ADC模塊具備特點(diǎn)和功能如下：高精度轉(zhuǎn)換：將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，提供更細(xì)致的測(cè)量結(jié)果?？焖俨蓸勇剩阂暂^高的采樣率進(jìn)行模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，確保實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。多通道輸入：可以同時(shí)連接多個(gè)傳感器，監(jiān)測(cè)不同位置的環(huán)境參數(shù)。數(shù)字接口：通過(guò)數(shù)字接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，將數(shù)字信號(hào)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行處理和分析?？删幊坦δ埽壕邆淇删幊痰墓δ芎蛥?shù)設(shè)置，可使得模塊適應(yīng)不同的環(huán)境需求和應(yīng)用場(chǎng)景，提供更靈活的配置選項(xiàng)。16bitADC數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊一般有多個(gè)管腳，VCC接電，一般接5V電源。GND接地。CS片選信號(hào)，用于選擇模塊。SCLK時(shí)鐘信號(hào)，用于模塊與系統(tǒng)的同步。SDI數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，將模擬量輸入到指定的的數(shù)據(jù)通道。SDO數(shù)據(jù)輸出信號(hào)，數(shù)字信號(hào)輸出到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線。實(shí)物圖如下。圖2.9ADC轉(zhuǎn)換模塊實(shí)物圖2.10繼電器模塊介紹繼電器是一種控制裝置設(shè)備，是常用的開(kāi)關(guān)元件，原理是利用電磁原理和機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理將信號(hào)電流轉(zhuǎn)換成控制電路的開(kāi)關(guān)信號(hào)。繼電器模塊可以將信號(hào)從控制器電路切換到被控電路，可以用在自動(dòng)化系統(tǒng)、機(jī)器人、遙控開(kāi)關(guān)、家用電器和電動(dòng)工具等領(lǐng)域。繼電器模塊的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，適應(yīng)性強(qiáng)，簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)和安裝，方便、快捷。繼電器模塊常用的管腳如下：VCC接5V的電源正極，GND接地；IN控制輸入信號(hào)，連接微控制器的數(shù)字輸出口；COM/NC常開(kāi)、常閉和公共端口，用于控制外部電路。COM是公共端口，NO是常開(kāi)端口，NC是常閉端口，當(dāng)繼電器沒(méi)有被觸發(fā)時(shí)，COM和NC相連，當(dāng)繼電器被觸發(fā)時(shí)，COM和NO相連。實(shí)物圖如圖所示。圖2.10繼電器實(shí)物圖2.11蜂鳴器模塊介紹蜂鳴器工作原理：微控制器或其他控制電路通過(guò)接口向蜂鳴器模塊發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，接收這個(gè)信號(hào)會(huì)后，蜂鳴器內(nèi)部振蕩器被激活產(chǎn)生聲音。根據(jù)外部信號(hào)的參數(shù)和發(fā)送頻率，以及蜂鳴器模塊自身的特性，可以產(chǎn)生不同的聲音效果。本系統(tǒng)采用5V有源蜂鳴器，當(dāng)檢測(cè)蠶到喂食時(shí)間時(shí)會(huì)觸發(fā)蜂鳴器，提醒工作人員喂食時(shí)間到需要給蠶添加或者更換桑葉。實(shí)物如圖所示。圖2.11蜂鳴器實(shí)物圖2.12AI模塊的介紹本設(shè)計(jì)圖像識(shí)別AI模塊采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法（CNN），CNN可以將大數(shù)據(jù)量的圖片降為成小數(shù)據(jù)量并且能夠保留圖片的特征信息。采用ESP32芯片設(shè)計(jì)的視頻處理模組，有多種外設(shè)資源和強(qiáng)大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算能力，采用PCB板載天線。AI模組集成了豐富的外設(shè)：SPI收發(fā)控制器、LCD、mipi攝像頭接口、兩路UART、ADC、和45個(gè)外設(shè)引腳。常規(guī)的圖像處理一般會(huì)使用高性能的SOC去移植openCV，借助openCV的庫(kù)去完成圖像的處理，進(jìn)而使用本地AI算法去識(shí)別。有高性能的STM32是可以完成一些簡(jiǎn)單的圖像識(shí)別的。但其他的功能性業(yè)務(wù)就可能受到很大程度的影響，甚至不能完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)。而且成本不符合本設(shè)計(jì)預(yù)期。所以本設(shè)計(jì)采用AI模塊的主控芯片為ESP32-S3-WROOM芯片雙核32位地址線，240MHz的運(yùn)行頻率。本款芯片支持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算加速和向量指令等。AI模塊中的攝像頭采集的數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)幀是由多個(gè)像素構(gòu)成的，每個(gè)像素是有不同的顏色構(gòu)成的，每個(gè)像素點(diǎn)有RGB三個(gè)參數(shù)來(lái)表示顏色信息，如果一張大小為1000×1000像素的圖片幀，就需要AI模塊每幀處理3百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)，這數(shù)據(jù)量處理起來(lái)是非常消耗資源的，在AI模塊上無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)。用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN解決就是將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化，把大量參數(shù)降維成少量參數(shù)，在進(jìn)行模型的判斷與推測(cè)。2.13卷積運(yùn)算卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型（CNN），卷積運(yùn)算的第一個(gè)參數(shù)通常叫做數(shù)據(jù)輸入，第二個(gè)參數(shù)叫做內(nèi)核函數(shù)，輸出為特征映射，可以通俗理解為一個(gè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)過(guò)濾器之后產(chǎn)生輸出。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN的基本原理卷積層:負(fù)責(zé)提取數(shù)據(jù)幀中的局部特征，使用一個(gè)過(guò)濾器來(lái)過(guò)濾圖像的各個(gè)小的區(qū)域部分，得到小區(qū)域的特征數(shù)字值。本設(shè)計(jì)中有多個(gè)卷積過(guò)濾器，每個(gè)過(guò)濾器代表一種圖像模式，每個(gè)過(guò)濾器代表圖像的底層紋理模式。池化層/下采樣：大幅度降低參數(shù)集、數(shù)據(jù)維度，避免過(guò)度擬合，有些卷積計(jì)算后，圖像仍然很大，為了再次降低數(shù)據(jù)維度，就進(jìn)行下采樣。減小運(yùn)算量，節(jié)約AI模塊的運(yùn)算資源。全連接層：用來(lái)輸出想要的數(shù)據(jù)結(jié)果，經(jīng)過(guò)卷積層和池化層降低數(shù)據(jù)維度的數(shù)據(jù)，全連接層才能正常的去運(yùn)行，不然數(shù)據(jù)量太大，計(jì)算量大。如圖所示2.12CNN全連接層第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1下位機(jī)整體描述傳感器模塊將采集蠶房的環(huán)境參數(shù)：溫度、濕度、空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度等上傳云平臺(tái)，使用定時(shí)器提醒人工喂食時(shí)間。通過(guò)設(shè)置閾值判斷蠶房的環(huán)境變化，蜂鳴器和傳感器模塊聯(lián)動(dòng)，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)異常，蜂鳴器響應(yīng)，提醒工作人員并通過(guò)終端控制自動(dòng)調(diào)節(jié)控制蠶房環(huán)境，使得蠶處于合適的生長(zhǎng)環(huán)境。使用圖像識(shí)別通過(guò)查看蠶的顏色體型變化來(lái)觀察蠶的生長(zhǎng)。使用WIFI作為通信模塊上傳數(shù)據(jù)到手機(jī)端。下位機(jī)流程圖如圖所示。圖3.1下位機(jī)流程圖3.2LCD顯示屏模塊設(shè)計(jì)定義和初始化LCD顯示屏的控制口，包括數(shù)據(jù)口、控制口、時(shí)鐘輸入接口等。讓LCD顯示屏開(kāi)始工作。此時(shí)攝像頭開(kāi)始拍攝蠶蟲(chóng)的各個(gè)形態(tài)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD顯示屏，LCD顯示屏接收到來(lái)自單片機(jī)的攝像頭實(shí)時(shí)畫(huà)面，以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，查看蠶蟲(chóng)此時(shí)的狀態(tài)。1.功能描述：LED顯示屏用來(lái)顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)和其他信息，還有顯示蠶蟲(chóng)的各個(gè)時(shí)期的不同形態(tài)。2.代碼流程：第一步是先初始化LCD屏幕所用的管腳LCDD0-D7、IO36-IO39，使用的函數(shù)是def__init__()，第二步是使LCD進(jìn)行顯示，使用的函數(shù)defRUN()。流程圖如下。圖3.2LCD顯示屏模塊工作流程圖3.3TF內(nèi)存卡模塊設(shè)計(jì)啟動(dòng)系統(tǒng)，攝像頭開(kāi)始對(duì)畫(huà)面進(jìn)行采集隨后發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)訓(xùn)練后可識(shí)別分辨不同情況，單片機(jī)將命令攝像頭進(jìn)行拍照，隨后TF內(nèi)存卡開(kāi)始對(duì)錄像和照片進(jìn)行儲(chǔ)存，以便日后查看，方便管理。1.功能描述：TF內(nèi)存卡的主要功能是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)蠶蟲(chóng)的不同形態(tài)的圖片進(jìn)行存儲(chǔ)。2.代碼流程：初始化管腳IO26-IO29，存儲(chǔ)圖片的主要函數(shù)是classifier.add_sample_img()。流程如下所示。圖3.3TF內(nèi)存卡模塊設(shè)計(jì)3.4GC0328攝像頭模塊設(shè)計(jì)GC03028攝像頭模塊軟件設(shè)計(jì)是指在嵌入式系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)GC03028攝像頭模塊進(jìn)行圖像識(shí)別采集和處理的程序。GC03028攝像頭模塊是一種小型化攝像頭模塊，可用于嵌入式系統(tǒng)中的圖像采集和識(shí)別應(yīng)用。1.功能描述：攝像頭主要用于拍攝不同時(shí)期的蠶蟲(chóng)的不同形態(tài)，在LCD屏幕上進(jìn)行顯示，同時(shí)也是圖像識(shí)別分類的關(guān)鍵。2.代碼流程：第一步初始化管腳IO40-IO47和DVPD0-D7，其余的只需要對(duì)攝像頭進(jìn)行設(shè)置就可以設(shè)置函數(shù)為sensor.snapshot()。流程如下所示。圖3.4GC0328攝像頭模塊設(shè)計(jì)3.5溫濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)DHT11傳感器采用單線通信協(xié)議，并且在采集溫度和濕度數(shù)據(jù)時(shí)只需要發(fā)出一個(gè)讀取指令即可。由于DHT11傳感器采用數(shù)字信號(hào)輸出，需要特定的庫(kù)函數(shù)或者編程語(yǔ)言來(lái)讀取和解析傳感器的輸出數(shù)據(jù)。1.功能描述：DHT11傳感器用于采集蠶房室內(nèi)溫濕度，通過(guò)串口連接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后傳輸?shù)斤@示屏進(jìn)行顯示。2.代碼流程：初始化傳感器連接芯片的管腳IO9，再設(shè)置采集數(shù)據(jù)的self.__collect_input()函數(shù)，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化使用傳輸函數(shù)self.__parse_data_pull_up_lengths傳輸?shù)斤@示屏。工作流程如下。圖3.5溫濕度模塊設(shè)計(jì)3.6空氣質(zhì)量傳感器模塊設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量傳感器開(kāi)始檢測(cè)環(huán)境空氣質(zhì)量的時(shí)候可以設(shè)置調(diào)用相關(guān)的函數(shù)，當(dāng)測(cè)量完成后可以通過(guò)讀取傳感器輸出寄存器或者調(diào)用相關(guān)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。同時(shí)，需要對(duì)讀取到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，需要將采集的空氣質(zhì)量值轉(zhuǎn)換為具體的物理或者數(shù)字量等。在使用空氣質(zhì)量傳感器的時(shí)候需要注意質(zhì)量控制和測(cè)試驗(yàn)證，確保實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量和性能。1.功能描述：空氣質(zhì)量傳感器用來(lái)采集室內(nèi)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過(guò)串口連接將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換之后傳輸?shù)斤@示屏進(jìn)行顯示。2.代碼流程：初始化傳感器連接芯片的管腳IO10、IO11，再設(shè)置采集數(shù)據(jù)的函數(shù)ADS_1115_01.ADS_1115_Read_Data()，通過(guò)AD轉(zhuǎn)化傳輸?shù)斤@示屏。流程如圖所示。圖3.6空氣質(zhì)量傳感器模塊設(shè)計(jì)3.7光敏電阻模塊設(shè)計(jì)光敏電阻傳感器需要進(jìn)行初始化，包括啟動(dòng)傳感器、設(shè)置傳感器的工作模式和采樣頻率等。模塊通過(guò)管腳連接進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)傳輸。將獲取得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匕澹瑢?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，可以根據(jù)需求將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)部存儲(chǔ)器或者外部存儲(chǔ)器之中，以備后續(xù)使用。1.功能描述：使用光敏電阻判斷目前光照強(qiáng)度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)對(duì)閾值的判斷，進(jìn)行相應(yīng)處理。2.代碼流程：第一步初始化所用的管腳ADS_A0，所用的函數(shù)是ADS_1115_01.ADS_1115_Read_Data()，工作流程如下圖所示?！D3.7光敏電阻傳感器模塊設(shè)計(jì)3.8繼電器模塊設(shè)計(jì)繼電器模塊管腳一般有兩種連接方式：1.單模塊控制；2.多模塊并聯(lián)控制。1.功能描述：繼電器分別模擬了溫濕度過(guò)高進(jìn)行通風(fēng)、溫濕度過(guò)低需要打開(kāi)加溫器、加濕器或者燈光不夠的時(shí)候打開(kāi)燈光。2.代碼流程：第一步需要注冊(cè)繼電器fm.register()，第二步是先對(duì)繼電器管腳IO12-IO15進(jìn)行初始化，使用的函數(shù)是Relay_01.Init()，第三步是控制繼電器開(kāi)關(guān)，使用的函數(shù)是Relay_01.ON()，Relay_01.OFF()。流程如下所示。圖3.8繼電器流程圖3.9蜂鳴器模塊介紹蜂鳴器是一種常見(jiàn)的電子元件，通過(guò)發(fā)出聲音向用戶提供警示或提示信息。該模塊通常由蜂鳴器、振蕩器和接口組成，可以通過(guò)信號(hào)線連接到其他電子設(shè)備（如微控制器），以實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的控制。1.功能描述：當(dāng)計(jì)時(shí)到喂食時(shí)間時(shí)，開(kāi)啟蜂鳴器提醒工作人員給蠶投喂食物。2.代碼流程：第一步需要注冊(cè)蜂鳴器使用函數(shù)fm.register()，第二步是構(gòu)建蜂鳴器對(duì)象，加了三極管，高電平控制響，使用函數(shù)BEEP_3V3_Drive.BEEP_3V3(Ctr_BEEP,1)，第三步對(duì)管腳IO7進(jìn)行初始化，使用的函數(shù)是BEEP.Init()，第四步是控制繼電器開(kāi)關(guān)，使用的函數(shù)是BEEP.ON()，BEEP.OFF()。

第4章系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)4.1軟件的主要流程上位機(jī)實(shí)現(xiàn)：接受數(shù)據(jù)并顯示，周期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；設(shè)定閾值：溫濕度上下限、空氣質(zhì)量閾值、光照閾值；設(shè)定喂食時(shí)間；切換下位機(jī)模式。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：溫濕度，顯示，并發(fā)送上位機(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：光照，顯示，并發(fā)送上位機(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：空氣質(zhì)量，顯示，并發(fā)送上位機(jī)；溫度高于溫度閾值上或下限，開(kāi)啟降或升溫設(shè)備；濕度高于閾值上或下限，開(kāi)啟通風(fēng)或加濕設(shè)備；空氣質(zhì)量大于空氣質(zhì)量閾值，開(kāi)啟通風(fēng)設(shè)備；光照低于光照閾值，開(kāi)啟照明設(shè)備；定時(shí)提醒人工喂食；實(shí)時(shí)顯示攝像頭采集到的畫(huà)面；學(xué)習(xí)蠶的生長(zhǎng)時(shí)期；識(shí)別蠶的生長(zhǎng)，并發(fā)送上位機(jī)?？傮w流程圖如下。圖4.1系統(tǒng)總體流程圖4.2上位機(jī)介紹該系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)控制和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)蠶房?jī)?nèi)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高蠶的生產(chǎn)效益和生長(zhǎng)質(zhì)量。上位機(jī)主要具備以下功能：參數(shù)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)反饋：上位機(jī)通過(guò)與下位機(jī)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蠶房?jī)?nèi)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度等參數(shù)。操作人員可以隨時(shí)了解蠶房的環(huán)境狀態(tài)，及時(shí)作出調(diào)整。自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制：上位機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)范圍和養(yǎng)蠶要求，通過(guò)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器，自動(dòng)調(diào)節(jié)蠶房?jī)?nèi)的溫濕度、通風(fēng)設(shè)備、燈光等。數(shù)據(jù)記錄和分析：上位機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，形成報(bào)表，操作人員根據(jù)數(shù)據(jù)了解蠶的生長(zhǎng)情況，并做出相應(yīng)的調(diào)整和措施。報(bào)警和遠(yuǎn)程控制：上位機(jī)設(shè)置預(yù)警參數(shù)，當(dāng)參數(shù)超閾值發(fā)出警報(bào)提醒工作人員。支持遠(yuǎn)程控制功能。圖4.2上位機(jī)總體設(shè)計(jì)圖4.3WIFI模塊使用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的高功耗高速率的通信協(xié)議。常見(jiàn)的工作頻率有2.4GHZ和5GHZ。WIFI主要用于需要帶寬較高的數(shù)據(jù)傳輸，比如視頻流轉(zhuǎn)。在物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)用中，WIFI最常部署到終端設(shè)備。但它通常無(wú)法滿足本項(xiàng)目中的低功耗需求。設(shè)計(jì)中使用的WIFI模塊的型號(hào)是ESP8266，它是直接集成在K210單片機(jī)上的，這樣方便我們的使用，不需要再單獨(dú)提供接口給WIFI模塊，也方便了我們對(duì)WIFI模塊的使用。1.功能描述：WIFI模塊主要是用于連接單片機(jī)和上位機(jī)端的，我們采用的方式是以單片機(jī)上的WIFI作為熱點(diǎn)，給上位機(jī)提供數(shù)據(jù)的傳輸。2.代碼流程：第一步是先進(jìn)行初始化IO6-IO8，使用的函數(shù)是fm.register(8,fm.fpioa.GPIOHS3,force=True)，第二步是設(shè)置波特率，第三步是使用AT指令對(duì)他進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置為AP模式可以是WIFI作為熱點(diǎn)使用。圖4.3WIFI流程圖4.4數(shù)據(jù)庫(kù)介紹SQLite是一款嵌入式SQL數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，特點(diǎn)是體積小、速度快、免費(fèi)開(kāi)源。可以使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，不需要獨(dú)立的服務(wù)器進(jìn)程，數(shù)據(jù)保存在本地文件中。SQLite支持ANSISQL92標(biāo)準(zhǔn)，具有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的基本功能，支持事務(wù)、聯(lián)合查詢、多表連接、觸發(fā)器等。SQLite支持跨多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，包括Windows、Linux、MacOSX、Android、iOS等。SQLite輕量級(jí)、易用、有很好的性能，適合用于嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)應(yīng)用等低資源消耗和有限存儲(chǔ)空間的應(yīng)用中。本設(shè)計(jì)使用手機(jī)APP使查看歷史記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)描述會(huì)包含以下信息：1.數(shù)據(jù)庫(kù)名稱：用于標(biāo)示該數(shù)據(jù)庫(kù)的名稱，方便開(kāi)發(fā)者和用戶進(jìn)行查找和識(shí)別。2.進(jìn)入歷史記錄頁(yè)面：進(jìn)入APP界面，點(diǎn)擊歷史記錄按鈕圖標(biāo)，進(jìn)入歷史記錄頁(yè)面查看歷史數(shù)據(jù)。3.選擇日期和時(shí)間：在歷史記錄界面上，可以選擇想要查詢數(shù)據(jù)的日期和時(shí)間范圍。4.查看歷史數(shù)據(jù)：根據(jù)選擇的日期和時(shí)間，APP會(huì)顯示相應(yīng)日期和時(shí)間范圍內(nèi)所上傳的所有傳感器數(shù)據(jù)。可以查看各種數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析和處理。4.5AI模塊設(shè)計(jì)本次開(kāi)發(fā)使用樂(lè)鑫公司的AI框架，樂(lè)鑫公司提供一整套開(kāi)源AIoT智能物聯(lián)網(wǎng)解決方案，完整集成視頻處理到開(kāi)發(fā)板、ESP-WHO人工智能框架、ESP-IDF軟件SDK，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型完成AI模塊功能的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。ESPEYE是一款人工智能開(kāi)發(fā)板。它集成了一個(gè)200萬(wàn)像素的攝像頭、一個(gè)LCD顯示屏，適用于圖像識(shí)別調(diào)試。ESP32-S3芯片還為開(kāi)發(fā)板提供了USB端口調(diào)試等功能。1.功能描述：系統(tǒng)開(kāi)始上電之后，攝像頭模塊會(huì)拍照記錄環(huán)境情況、蠶的各個(gè)時(shí)期的不同狀態(tài)，拍照之后會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋F存儲(chǔ)卡里面進(jìn)行存儲(chǔ)，AI模塊會(huì)對(duì)TF存儲(chǔ)卡里面的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。2.代碼流程：第一步：攝像頭開(kāi)始工作，調(diào)用classifier.add_class_img函數(shù)，將攝像頭的獲取的圖片一幀一幀的傳輸?shù)阶鳛閹妮敵隽鞯年?duì)列緩沖區(qū)。第二步使用sensor.snapshot()函數(shù)完成攝像頭幀數(shù)據(jù)的采集，并且將幀數(shù)據(jù)放入到內(nèi)存空間中并且送入AI模型中進(jìn)行識(shí)別與判斷，使用函數(shù)為Identify_Results['Identify_Index']==class_names;將識(shí)別的對(duì)象使用img=draw_string(img,2,2,class_names[res_index],color=lcd.RED,scale=1,bg=lcd.WHITE)函數(shù)流轉(zhuǎn)到LCD屏幕上顯示圖像數(shù)據(jù)。到此，一幀識(shí)別的過(guò)程完成。重復(fù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)，直到學(xué)習(xí)完環(huán)境、蠶卵期、幼蟲(chóng)期、熟蠶期、蠶蛹期、成蟲(chóng)期六個(gè)類別的不同形狀的五個(gè)樣本數(shù)為止。4.6圖庫(kù)對(duì)比分析攝像頭模塊將會(huì)拍攝以下五張圖片傳輸?shù)紸I模塊，AI模塊會(huì)對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練。圖4.4蠶卵期、幼蟲(chóng)期、熟蠶期、蠶蛹期、成蟲(chóng)期蠶生長(zhǎng)發(fā)育的溫度范圍為20-30℃，飼育適溫通常以第1齡27-28℃、第2齡26-27℃、第3齡25-26℃、第4齡24-25℃、第5齡23-24℃為宜，上蔟初期保持24.5-25℃，結(jié)繭后期保持在24℃為宜。濕度：第1齡相對(duì)濕度為95%，以后逐齡降低5-6%。蠶適合在黑暗的環(huán)境，蠶對(duì)光線和溫度比較敏感，初期的幼蠶一般要避免光線的照射，在有光的情況下孵化較慢，溫度控制在25-30℃左右。孵化后初期保持在30-33℃左右，此時(shí)對(duì)光線的把控可以稍微松一點(diǎn)，但是還是要盡量避免持續(xù)的明亮光線。中后期的話溫度控制在25℃左右就差不多，這時(shí)可以偶爾保持明亮的環(huán)境，但是還是以昏暗為主。第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，需要對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)試以驗(yàn)證系統(tǒng)的性能和可靠性。實(shí)物測(cè)試分為硬件和軟件部分。硬件測(cè)試包括硬件設(shè)備的安裝和連接的測(cè)試，包括各個(gè)傳感器和單片機(jī)設(shè)備的接線和調(diào)試，確保設(shè)備能夠正常運(yùn)行。軟件測(cè)試主要包括上位機(jī)系統(tǒng)的功能測(cè)試和性能測(cè)試，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、控制指令下發(fā)等。圖5.1系統(tǒng)整體實(shí)物圖：下位機(jī)和上位機(jī)5.2測(cè)試原理首先對(duì)系統(tǒng)的傳感器進(jìn)行了測(cè)試。將傳感器安裝到蠶房?jī)?nèi)部，測(cè)試系統(tǒng)是否可以準(zhǔn)確測(cè)量各個(gè)環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度、空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)。測(cè)試通過(guò)攝像頭是否可以清晰學(xué)習(xí)到蠶不同時(shí)期的各個(gè)形態(tài)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)與實(shí)際環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)基本一致，表明傳感器可以準(zhǔn)確測(cè)量蠶房的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，通過(guò)學(xué)習(xí)可以判斷蠶蟲(chóng)的不同時(shí)期，并根據(jù)不同時(shí)期給出不同的反應(yīng)。比如蠶蟲(chóng)處于幼蟲(chóng)期或者熟蠶期時(shí)，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間提醒工作人員對(duì)蠶進(jìn)行喂食。軟件方面測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)裙δ?。采用WIFI技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。測(cè)試是否可以穩(wěn)定準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送指令，測(cè)試是否可以控制下位機(jī)，下位機(jī)是否可以準(zhǔn)確及時(shí)響應(yīng)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確控制執(zhí)行器，可以確保蠶房的環(huán)境參數(shù)得到有效控制。通過(guò)修改閾值之后，再將指令從上位機(jī)發(fā)送到下位機(jī)查看是否有變化。圖5.2對(duì)幾種蠶蛹形態(tài)進(jìn)行學(xué)習(xí)（每張照片學(xué)習(xí)五次）圖5.3上位機(jī)對(duì)閾值的設(shè)定，隨后可觀察到系統(tǒng)的反應(yīng)5.3測(cè)試數(shù)據(jù)分析當(dāng)系統(tǒng)上電之后經(jīng)過(guò)AI模塊學(xué)習(xí)蠶的不同時(shí)期啟動(dòng)系統(tǒng)。首先測(cè)試蠶房?jī)?nèi)部的環(huán)境參數(shù)，當(dāng)處于昏暗環(huán)境時(shí)：溫度：29.9℃，濕度：36.7%，光照強(qiáng)度：01，空氣質(zhì)量：07。改變環(huán)境參數(shù)情況下：打開(kāi)燈光光照強(qiáng)度增加58，放在室外陽(yáng)光下照射光照強(qiáng)度37；對(duì)溫濕度傳感器哈一口氣，溫度增加為36.6℃，濕度65%，冷卻之后溫濕度會(huì)慢慢下降；將打火機(jī)靠近空氣質(zhì)量傳感器，此時(shí)空氣質(zhì)量為28。當(dāng)光照強(qiáng)度低于10時(shí)會(huì)控制繼電器打開(kāi)燈光；當(dāng)空氣質(zhì)量高于閾值20時(shí)會(huì)控制繼電器打開(kāi)通風(fēng)設(shè)備；當(dāng)溫度低于閾值25℃時(shí)會(huì)控制繼電器打開(kāi)加溫器，當(dāng)濕度低于30%時(shí)會(huì)控制繼電器打開(kāi)加濕器；當(dāng)溫濕度高于閾值30℃和90%時(shí)會(huì)控制繼電器打開(kāi)通風(fēng)設(shè)備。硬件測(cè)試無(wú)誤，傳感器可以準(zhǔn)確地檢測(cè)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示屏上進(jìn)行顯示，接下來(lái)對(duì)五個(gè)蠶的不同時(shí)期進(jìn)行監(jiān)測(cè)：蠶卵期：當(dāng)攝像頭檢測(cè)蠶處于蠶卵期時(shí)，只控制溫度為26-28℃，濕度為90-95%，光照強(qiáng)度為5以下，空氣質(zhì)量為10以下。幼蟲(chóng)期：當(dāng)攝像頭檢測(cè)蠶處于幼蟲(chóng)期時(shí)，蠶需要進(jìn)食，控制溫度為26-30℃，濕度為85-90%，光照強(qiáng)度為5以下，空氣質(zhì)量為10以下。超過(guò)一定時(shí)間后開(kāi)啟蜂鳴器，提醒工作人員喂食，打掃衛(wèi)生，檢查蠶蟲(chóng)生存情況。熟蠶期：當(dāng)攝像頭檢測(cè)蠶處于熟蠶期時(shí)，蠶需要進(jìn)食，控制溫度為25-27℃，濕度為80-85%，光照強(qiáng)度為15以下，空氣質(zhì)量為15以下。超過(guò)一定時(shí)間后開(kāi)啟蜂鳴器，提醒工作人員喂食，打掃衛(wèi)生，檢查蠶蟲(chóng)生存情況。蠶蛹期：當(dāng)攝像頭檢測(cè)蠶處于蠶蛹期時(shí)，只控制溫度為23-25℃，濕度為75-80%，光照強(qiáng)度為10以下，空氣質(zhì)量為20以下。成蟲(chóng)期：當(dāng)攝像頭檢測(cè)蠶處于成蟲(chóng)期時(shí)，蠶需要進(jìn)食，控制溫度為23-24℃，濕度為70-75%，光照強(qiáng)度為15以下，空氣質(zhì)量為15以下。超過(guò)一定時(shí)間后開(kāi)啟蜂鳴器，提醒工作人員喂食，打掃衛(wèi)生，檢查蠶蟲(chóng)生存情況。5.4測(cè)試總結(jié)通過(guò)測(cè)試得到數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后得出結(jié)論表明，蠶房的環(huán)境保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以準(zhǔn)確地測(cè)量出蠶房?jī)?nèi)部環(huán)境的各個(gè)參數(shù)，并對(duì)各個(gè)參數(shù)做出相應(yīng)的反應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，以保證蠶的良好生長(zhǎng)狀態(tài)和穩(wěn)定的產(chǎn)量效益。但是還存在缺點(diǎn)，由于是連接的ESP8266模塊，會(huì)有距離限制，超過(guò)一定的距離會(huì)使得信號(hào)變差，修改閾值的時(shí)候一定得切換模式，閾值修改之后會(huì)存在未檢測(cè)到修改后的閾值或者需要重新連接一次下位機(jī)。

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，硬件方面主要設(shè)計(jì)了K210單片機(jī)的最小系統(tǒng)、繼電器接口電路、LCD屏幕及顯示、攝像機(jī)拍攝電路、傳感器電路。軟件方面借助各個(gè)渠道的資料，主要設(shè)計(jì)訓(xùn)練學(xué)習(xí)程序、顯示程序閾值判斷程序、拍攝識(shí)別程序。分部調(diào)試時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題但解決方案都有跡可循。此管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)后不需要人為干預(yù)，自動(dòng)進(jìn)行操作。節(jié)省了大量人力資源，方便人們生活。6.2展望在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一步都是自己親自做過(guò)的，遇到的問(wèn)題也非常多，在經(jīng)過(guò)遇到問(wèn)題，思索問(wèn)題到解決問(wèn)題的過(guò)程中，收獲是最多的。以往沒(méi)有注意到的問(wèn)題，都在這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細(xì)心，耐心和專心。指導(dǎo)老師給予的指導(dǎo)、同學(xué)的幫助讓我受益良多，無(wú)論是理論工作上的計(jì)算，還是實(shí)際的操作，老師都給我們做了詳細(xì)的分析，讓我在設(shè)計(jì)各個(gè)量時(shí)更能理論結(jié)合實(shí)際，更合理的進(jìn)行安排設(shè)計(jì)。但此次設(shè)計(jì)的蠶房的環(huán)境保障系統(tǒng)也存在不足的地方，以后有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)[1]劉程哲.論發(fā)展蠶業(yè)生產(chǎn)可行性及關(guān)鍵措施[J].農(nóng)民致富之友,2019(1):1.[2]張建華,汪勇,王謝,等.一種中蠶房:,CN212911319U[P].2021.[3]黃業(yè)霆.蠶桑信息化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].軟件工程與應(yīng)用,2021,10(3):10.[4]薛長(zhǎng)森,戚志東,戈衛(wèi)平,等.一種基于STM32的wifi智能家居系統(tǒng):,CN109032086A[P].2018.[5]王謙,李秀華.環(huán)境監(jiān)測(cè)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2022,(17):152-155.[6]任月曉,米浩,王耀,蘭西柱.一種農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害高清拍照系統(tǒng)[J].中國(guó)科技信息,2020,(06):78-79+81.[7]程思寧,史舜文.室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子界,2021,(16):125-127.[8]楊帆,苗潤(rùn)澤,張煜皓,劉春娥,劉峰.養(yǎng)殖鹽度對(duì)雙齒圍沙蠶生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2022,53(02):222-227.[9]吳雅雅.禾蟲(chóng)（疣吻沙蠶）生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)[J].農(nóng)家參謀,2022(24):117-119.[10]周洪磊,詹巧玲,吳澤輝,李菲艷,曾思源,陳欣欣,韓坤煌.不同養(yǎng)殖密度對(duì)雙齒圍沙蠶生長(zhǎng)以及個(gè)體健康的影響[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖,2022,43(02):14-18.[11]胡園,陳然,胡利華,閆茂倉(cāng),李敏,唐明,朱潔,龔洋洋,曾國(guó)權(quán),陸榮茂.不同地區(qū)養(yǎng)殖與野生沙蠶營(yíng)養(yǎng)成分分析與比較[J].水產(chǎn)科學(xué),2018,37(01):93-99.DOI:10.16378/ki.1003-1111.2018.01.014.[12]李道亮,劉暢.人工智能在水產(chǎn)養(yǎng)殖中研究應(yīng)用分析與未來(lái)展望[J].智慧農(nóng)業(yè)(中英文),2020,2(03):1-20.[13]馮澤猛,張?jiān)迫A,賀玉敏,王荃,周腳根,葉侖,李鐵軍,印遇龍.智能養(yǎng)殖:生豬行為研究及其應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2021,42(01):1-9.DOI:10.13872/j.1000-0275.2021.0022.[14]王韻琪,尤文杰,李呈祥,陸磊.基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)智能養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2022(34):66-68.DOI:10.19392/ki.1671-7341.202234022.[15]何振寬,楊成佳.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].吉林建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2022,39(01):85-88.[16]NingthoujamTikenSingh,HarjeetSingh,BrajendraChoudhury.Altitudevariationandmugasilkwormrearing[J].IndianJournalofEntomology,2019,81(4).[17]R.Ranjithkumar,P.Aravindh,T.Kavinesh,Y.Sathyanarayanan,P.Sedhumaadhavan.AutomaticFeederforSericulture[J].InternationalJournalofInnovativeTechnologyandExploringEngineering(IJITEE),2019,9(2).[18]KurungadanBasima,AbdrabouAtef.UsingSoftware-DefinedNetworkingforDataTrafficControlinSmartCitieswithWiFiCoverage[J].Symmetry,2022,14(10).[19]AlOkbyMohammedFaeikRuzaij,RoddelkopfThomas,FleischerHeidi,ThurowKerstin.EvaluatingaNovelGasSensorforAmbientMonitoringinAutomatedLifeScienceLaboratories[J].Sensors,2022,22(21).[20]SouvikPal,HannahVijayKumar,D.Akila,N.Jhanjhi,OmarDarwish,FathiAmsaad.Information-CentricIoT-BasedSmartFarmingwithDynamicData

Optimization[J].Computers,Materials&Continua,2022,74(2).

附錄電路圖源代碼importKPUaskpuimportsensorimportlcdfromMaiximportGPIOfromfpioa_managerimportfmimporttimeimportgcfrommicropythonimportconst#導(dǎo)入constfromboardimportboard_infofrommachineimportUARTfrommachineimportTimerfromdht11importDHT11importADS1115_16bits_Purple_DriveimportRELAY_DriveimportBEEP_3V3_DriveimportLED_Driveclass_num=6#類數(shù)量sample_num=30#樣本數(shù)量THRESHOLD=11#閾值class_names=['0Surroundings','1Eggstage','2Larvalstage','3Ripeningstage','4Chrysalisstage','5Adultstage']#類名稱：0-環(huán)境、1-蠶卵期、2-幼蟲(chóng)期、3-熟蠶期、4-蠶蛹期、5-成蟲(chóng)期Identify_Results={'Identify_Situation':"",'Identify_Index':''}#識(shí)別結(jié)果cap_num=0#抓取訓(xùn)練數(shù)量train_status=0#訓(xùn)練狀態(tài)last_cap_time=0#上次訓(xùn)練抓取時(shí)間last_btn_status=1#上次按鍵狀態(tài)SYS_Status='END'#系統(tǒng)狀態(tài)：狀態(tài)可設(shè)置Sys_Time={'H':0,'M':0,'S':0}#系統(tǒng)時(shí)間可設(shè)置Rec_Time={'H':0,'M':0,'S':0}#時(shí)間拍照Per_Time={'H':0,'M':0,'S':10}#自動(dòng)喂食周期可設(shè)置Con_Time={'H':0,'M':0,'S':2}#持續(xù)喂食時(shí)間可設(shè)置Temperature=0.0#溫度Humidity=0.0#濕度Air=0#空氣質(zhì)量Light=0#光線強(qiáng)度THR_T={'L':26,'H':27}#溫度閾值