智能农业物联网数据采集系统设计
摘 要论文介绍了智能农业物联网数据采集系统的核心技术和设计。智能农业是在信息采集技术的基础上给出一个基于物联网系统架构，为物联网应用提供一种综合、可靠的数据采集的方案。数据采集的过程就是从信号中获取信息。本设计可以进行温度和湿度的数据采集。用上位机程序开发软件对数据进行采集和处理上位机归于计算机集散控制系统的定义。上位机程序开发的软件是可以对数据进行采集和处理的，能够将传感器采集的数据通过曲线图或柱状图显示出来。
目 录
目 录 1
第一章 1
1.1课题背景 1
1.2 系统硬件简介 2
1.3 软件简介 2
第二章 硬件设计方案 2
2.1硬件体系结构 2
2.2微处理单元 3
2.3传感器模块 4
第三章 软件设计方案 6
3.1 MCU串口介绍 6
3.2数据采集系统 7
3.3数据传输系统 8
3.4 上位机程序 9
第四章 联调 11
4.1 实测数据 11
4.2实物展示图 12
致 谢 14
参考文献 15
第一章 概述
1.1课题背景
早期的的农业数据采集系统一般是通过有线组网方式或人力在实地勘测来获取数据的，然而以上两种方法都具有很大的局限性。有线组网方式比较考验地理环境，而且线路成本耗损较大，要想长远距离的数据采集成本更是不切实际；人力在实地勘测十分耗费人力和物力，而且获取的数据量也是不够，考虑到人为主观成分，测量结果很难避免出现偏差。农田信息的获取的极新方式就是采用现代新兴的物联网技术。本设计是基于物联网技术来设计的农业环境数据采集系统，相关人员在总控制室就可以对农田采取远距离实时的数据采集，按照相应环境的温湿度、光照强度等农情信息做出精准决策，从而达到精准农业化、经济化、正确化的要求。
智能农业是当今天下农业进步的正确趋向，中国是一个农业大国，对精准农业的需求更为强烈，怎样经济地合理化，来达到少投资多回报，这不仅符合国家方针，更是社会进步的体现。能充当精准农业技术的核心角色的当然是农田的数
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据采集，及时、快捷、有用地采集农业环境参数是实现精准农业的重要根基。
1.2 系统硬件简介
物联网的智能农业数据采集系统大体分为无线发送传感器数据采集系统和无线接收传感器上位机系统。STC12系列单片机，温湿度传感器，光照强度传感器构成了数据采集系统。数据传输部分由无线发射器和无线接收器组成，数据传达pc端后，经过上位机软件进行处理。
1.3 软件简介
智能农业物联网的数据采集系统可以实时进行数据采集，借助有线，无线和互联网实现高度的智能化数据采集和分析，采集的数据精准而且采集方法高效。本设计的系统简易且实用，成本低，控制得当，可以实现土壤的温湿度采集，光照强度的采集，为农作物的生产提供了比较科学的依据，既能获得农作物的最佳生长环境条件，又能大大减少人力资源的浪费，还能提高产出率。
第二章 硬件设计方案
2.1硬件体系结构
图21 智能农业物联网数据采集系统整体框架
2.2微处理单元
图22 微处理单元
在传感节点中，我们的微处理器单元采用的是意法半导体厂商的STC12处理单元，这颗处理器具有机能好，功耗小，本钱低的特性。它兼得意法半导体特有的两大节能技术：低泄电流为130nm的高端技术和领先行业的超省电架构，具有业界领先的节能程度。这是5V单片机，工作电压为3..5V~5.5V，工作频率是0到35MHz，内部具有EEPROM功能，还能检测外部掉电情况，因为内部包含一个低电压的比较器，误差率在百分之5左右，同时具备A/D转换功能，转换速度可达每秒二十五万次，可以在—40℃到80℃的环境下工作，经得住苛刻的环境考验，制作它的工艺也是十分先进的，应用人员可以采取点电的途径进行立即擦写和涂改，因为它内部自带FLASHROM，容量高达60K，不仅如此，同晶体振动下，它的处理速度大概是51单片机的8到12倍，速度也是十分的可观。这款单片机基本包含了数据采集和控制单元，十分完善。它还具有优异的兼容性，这为设计带来了很大的灵活性，在市面上也是颇受开发人员的追捧。
2.3传感器模块
本设计中我们采取了温湿度的数据采集和光照强度的数据采集。因此在这么多外部传感器模块中，我们选用了DHT11温湿度传感器对环境进行勘测，光照强度的传感器上我们选用型号为TSL2560传感器，以下是对该传感器的具体介绍：
DHT11温湿度传感器
图231 DHT11温湿度传感器
DHT11是一款具有校准数字信号输出功能的温湿度传感器，具有许多特点，比如说功耗低、尺寸不大、防滋扰能力好、精密度高等等。DHT11传感器内部包含A/D转换器，可以进行数字信号输出，具备令人满意的安全性与稳定性。这款传感器的详细参数如下表所示：
表231 DHT11温度传感器
DHT11温度传感器参数
参数名称
指标值
参数名称
指标值
测量范围
40℃~+120℃
精度
±0.5℃
响应时间
≤4秒
±0.9℃（0℃~40℃）
分辨率
0.03%（12bit）
复现性
±0.1℃
表232 DHT11相对湿度传感器（RH）参数
DHT11相对湿度传感器（RH）参数
参数名称
指标值
参数名称
指标值
测湿范围
0~100%
RH精度
±3.5%（20~80%RH）
响应时间
≤4秒
复现性
±0.1%
RH分辨率
0.03%（12bit）
工作温度
40℃~+120℃
TSL2560光照强度传感器
图232 TSL2560光照强度传感器
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第一章 1
1.1课题背景 1
1.2 系统硬件简介 2
1.3 软件简介 2
第二章 硬件设计方案 2
2.1硬件体系结构 2
2.2微处理单元 3
2.3传感器模块 4
第三章 软件设计方案 6
3.1 MCU串口介绍 6
3.2数据采集系统 7
3.3数据传输系统 8
3.4 上位机程序 9
第四章 联调 11
4.1 实测数据 11
4.2实物展示图 12
致 谢 14
参考文献 15
第一章 概述
1.1课题背景
早期的的农业数据采集系统一般是通过有线组网方式或人力在实地勘测来获取数据的，然而以上两种方法都具有很大的局限性。有线组网方式比较考验地理环境，而且线路成本耗损较大，要想长远距离的数据采集成本更是不切实际；人力在实地勘测十分耗费人力和物力，而且获取的数据量也是不够，考虑到人为主观成分，测量结果很难避免出现偏差。农田信息的获取的极新方式就是采用现代新兴的物联网技术。本设计是基于物联网技术来设计的农业环境数据采集系统，相关人员在总控制室就可以对农田采取远距离实时的数据采集，按照相应环境的温湿度、光照强度等农情信息做出精准决策，从而达到精准农业化、经济化、正确化的要求。
智能农业是当今天下农业进步的正确趋向，中国是一个农业大国，对精准农业的需求更为强烈，怎样经济地合理化，来达到少投资多回报，这不仅符合国家方针，更是社会进步的体现。能充当精准农业技术的核心角色的当然是农田的数
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据采集，及时、快捷、有用地采集农业环境参数是实现精准农业的重要根基。
1.2 系统硬件简介
物联网的智能农业数据采集系统大体分为无线发送传感器数据采集系统和无线接收传感器上位机系统。STC12系列单片机，温湿度传感器，光照强度传感器构成了数据采集系统。数据传输部分由无线发射器和无线接收器组成，数据传达pc端后，经过上位机软件进行处理。
1.3 软件简介
智能农业物联网的数据采集系统可以实时进行数据采集，借助有线，无线和互联网实现高度的智能化数据采集和分析，采集的数据精准而且采集方法高效。本设计的系统简易且实用，成本低，控制得当，可以实现土壤的温湿度采集，光照强度的采集，为农作物的生产提供了比较科学的依据，既能获得农作物的最佳生长环境条件，又能大大减少人力资源的浪费，还能提高产出率。
第二章 硬件设计方案
2.1硬件体系结构
图21 智能农业物联网数据采集系统整体框架
2.2微处理单元
图22 微处理单元
在传感节点中，我们的微处理器单元采用的是意法半导体厂商的STC12处理单元，这颗处理器具有机能好，功耗小，本钱低的特性。它兼得意法半导体特有的两大节能技术：低泄电流为130nm的高端技术和领先行业的超省电架构，具有业界领先的节能程度。这是5V单片机，工作电压为3..5V~5.5V，工作频率是0到35MHz，内部具有EEPROM功能，还能检测外部掉电情况，因为内部包含一个低电压的比较器，误差率在百分之5左右，同时具备A/D转换功能，转换速度可达每秒二十五万次，可以在—40℃到80℃的环境下工作，经得住苛刻的环境考验，制作它的工艺也是十分先进的，应用人员可以采取点电的途径进行立即擦写和涂改，因为它内部自带FLASHROM，容量高达60K，不仅如此，同晶体振动下，它的处理速度大概是51单片机的8到12倍，速度也是十分的可观。这款单片机基本包含了数据采集和控制单元，十分完善。它还具有优异的兼容性，这为设计带来了很大的灵活性，在市面上也是颇受开发人员的追捧。
2.3传感器模块
本设计中我们采取了温湿度的数据采集和光照强度的数据采集。因此在这么多外部传感器模块中，我们选用了DHT11温湿度传感器对环境进行勘测，光照强度的传感器上我们选用型号为TSL2560传感器，以下是对该传感器的具体介绍：
DHT11温湿度传感器
图231 DHT11温湿度传感器
DHT11是一款具有校准数字信号输出功能的温湿度传感器，具有许多特点，比如说功耗低、尺寸不大、防滋扰能力好、精密度高等等。DHT11传感器内部包含A/D转换器，可以进行数字信号输出，具备令人满意的安全性与稳定性。这款传感器的详细参数如下表所示：
表231 DHT11温度传感器
DHT11温度传感器参数
参数名称
指标值
参数名称
指标值
测量范围
40℃~+120℃
精度
±0.5℃
响应时间
≤4秒
±0.9℃（0℃~40℃）
分辨率
0.03%（12bit）
复现性
±0.1℃
表232 DHT11相对湿度传感器（RH）参数
DHT11相对湿度传感器（RH）参数
参数名称
指标值
参数名称
指标值
测湿范围
0~100%
RH精度
±3.5%（20~80%RH）
响应时间
≤4秒
复现性
±0.1%
RH分辨率
0.03%（12bit）
工作温度
40℃~+120℃
TSL2560光照强度传感器
图232 TSL2560光照强度传感器
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