基于单片机的数据报文采集模块设计【字数：9616】
摘 要随着工业的发展迅速，数字化的控制的不断发展，我们也已经迈入工业 4.0的时代，出项许多的设备都基于无线的传输控制，为了保证数据的传输过程中保证数据尽可能正确，出现了许多的自定义报文格式来保证数据的收发准确。该文使用基于Arduino的单片机进行开发和制作了一套农业温湿度采集控制大棚原型系统。该系统由主控模块Arduino单片机、温湿度传感器DHT11、LCD1602液晶显示器、压电式蜂鸣报警器、蓝牙收发模块，主控模块可以通过液晶显示器与安装在大棚内的温湿度传感器进行实时显示，根据不同时间设置大棚的温度，当温度大于该时刻设定的温度时，通过压电式蜂鸣报警器发出报警，通过蓝牙的方式在较远的室内也可以观察到大棚的温度，为了保证数据的不丢失，文章加入了数据一种设置好的数据报文格式，通过该数据报文格式可以检验传输的数据准确性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景以及意义 1
1.2论文研究内容以及创新点 2
1.3本论文的主要工作 2
第二章 温湿度系统硬件设计 4
2.1基于Arduino温湿度检测系统功能需求 4
2.2 硬件主控设计 5
2.2.1基于Arduino控制器的选择 5
2.2.2 温湿度传感器电路设计 7
2.2.3 LCD1602 显示器电路设计 9
2.2.4 HC05蓝牙电路设计 11
2.3硬件调试 11
第三章 温湿度系统软件设计 13
3.1 Arduino IDE开发工具简介 13
3.2软件开发的总体任务 14
3.3 主控系统的程序设计 14
3.4数据报文的设计 15
第四章 总结与展望 17
4.1总结 17
4.2展望 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
第一章 绪论
农业温室大棚中温湿度检测是温室大棚不可缺少的一部分数据，对温室大棚
内的环境温度和湿度监测可以更好的让农业工作人员及时的了解温室大棚内的数据，然后对温室大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
棚的温湿度进行合理的控制，让农作物有一个良好的生长环境。
1.1课题研究背景以及意义
中国是一个以农业为主的发展中国家，农业也在中国占据了重要的地位。同时中国也是全球人口最多的国家，是一个粮食进出口国，中国需要用不足世界 7%的耕地供养着超出世界 22%的人口，因此在我国国民经济发展中，农业问题一直占据紧要的地位[1]。但是随着中国的环境越来越恶劣和中国水土流失严重，中国的土地资源开始逐渐减少，加之中国的农民数量也在减少城市人口逐渐增加，对农产品以及农业的需求与日俱增，农业的发展压力越来越大，如何使用现代科学的技术来实现高效管理农业成一个急需解决的研究课题[2]。高效管理农业过程需要数据采集系统以及许多特定的传感器来评估作物生长。不能满足市场上实现竞争力的要求，国内外大多数温室设施并未采用或探索现代数字控制系统的功能。这一事实也与几个因素有关，例如在开发供农民使用的智能支持系统（决策支持系统）方面需要花费了大量资金，很难兼顾软件的实用性和易用性、软件开发难度大等导致智能农业发展受到了限制。
我国现阶段粮食产量的唯一不可缺少的手段是通过农业大棚(Agricultural Greenhouses) [3]的种植方式，农业大棚是一种投入和产出性价比比较高的模式，受到外界天气或者气候的影响比较小，并且可以通过改变农业大棚内的湿度以及温度来制造出适合农作物最适宜生长的最优环境。这种方式不仅仅在一定程度上很好的利用了有限的土地资源，也使得生产的农作物质量更加好。另外一方面，我国的农业在对自动化农业程度的重视程度每年都在提高，对建造大棚的需求也越来越高，所以农业大棚的智能化、自动化成为一个不可忽视的研究课题，农业大棚的智能化、自动化也在一定程度上给农业工作者提供一个很好的平台来了解农作物的生长状况，及时的管理农作物的生长条件。
随着电子科学科技、计算机科学、通信技术的发展[4]，我国的农业发展现状也在这些技术的高速发展小潜移默化的改变着，给农业的智能化注入了新鲜的血液。其中通信技术在这个发展过程中起到了不可或缺的地位，智能农业中为了更好的控制农作物的生长条件，需要布置大量的传感器，这些传感器如何进行与主机进行交换信息得益于通信技术的支持[5]，传感器与传感器之间的信息传递也得益于此。在传递信息的过程中为了保证数据的传输过程中保证数据尽可能正确，出现了许多的自定义报文格式来保证数据的收发准确[6]，这个过程中使用最多的是数据报文的格式定义，不同的报文格式定义可以保护数据的安全传输。
1.2论文研究内容以及创新点
物联网技术的发展为农业智能化提供了必要的技术支持，本文针对缓变弱信号和串口输入输出接口使用了一款专用数据采集模块[7]，结合单片机A/D转换接口和串口通信模块发送采集的温湿度信号，并通过控制终端的PC进行接收和查看，
完成对农作物生长环境的管理以及控制，改变了传统农业粗糙的管理模式，让大棚内的温度管理更加的精细化，文中在数据传输的过程中加入了定义好的数据报文格式，格式如图11所示。
/
图11 数据报文格式
该报文的定义了一个起始位，设置了一个从地址，该地址用于精确识别传感器的信息，作用可以让在终端在识别多个传感器中分出具体是哪个传感器数据，不至于导致传感器数据的混乱。本论文研究内容有以下创新点包含下列几个部分：
(1)分析调查了关于我国农业互联网的现状以及发展前景，并根据现在我国的农业的物联网技术
(2)使用简易的单片机Arduino制作一个采集温湿度数据的装置并定义一个数据报文的格式用于防止数据的传输错误以及用于数据的正确性检验。
(3)采用低功耗的蓝牙连接方式，完成10米以内的数据传输，介绍关于传输过程中数据报文的设计和实现。
(4)设计了一个适用于农业大棚的完整的温湿度监测系统，其中主要包括对农业大棚的室内环境研究调查在此基础上做出系统需求分析，并根据需求完成智能温湿度的检测。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景以及意义 1
1.2论文研究内容以及创新点 2
1.3本论文的主要工作 2
第二章 温湿度系统硬件设计 4
2.1基于Arduino温湿度检测系统功能需求 4
2.2 硬件主控设计 5
2.2.1基于Arduino控制器的选择 5
2.2.2 温湿度传感器电路设计 7
2.2.3 LCD1602 显示器电路设计 9
2.2.4 HC05蓝牙电路设计 11
2.3硬件调试 11
第三章 温湿度系统软件设计 13
3.1 Arduino IDE开发工具简介 13
3.2软件开发的总体任务 14
3.3 主控系统的程序设计 14
3.4数据报文的设计 15
第四章 总结与展望 17
4.1总结 17
4.2展望 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
第一章 绪论
农业温室大棚中温湿度检测是温室大棚不可缺少的一部分数据，对温室大棚
内的环境温度和湿度监测可以更好的让农业工作人员及时的了解温室大棚内的数据，然后对温室大 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
棚的温湿度进行合理的控制，让农作物有一个良好的生长环境。
1.1课题研究背景以及意义
中国是一个以农业为主的发展中国家，农业也在中国占据了重要的地位。同时中国也是全球人口最多的国家，是一个粮食进出口国，中国需要用不足世界 7%的耕地供养着超出世界 22%的人口，因此在我国国民经济发展中，农业问题一直占据紧要的地位[1]。但是随着中国的环境越来越恶劣和中国水土流失严重，中国的土地资源开始逐渐减少，加之中国的农民数量也在减少城市人口逐渐增加，对农产品以及农业的需求与日俱增，农业的发展压力越来越大，如何使用现代科学的技术来实现高效管理农业成一个急需解决的研究课题[2]。高效管理农业过程需要数据采集系统以及许多特定的传感器来评估作物生长。不能满足市场上实现竞争力的要求，国内外大多数温室设施并未采用或探索现代数字控制系统的功能。这一事实也与几个因素有关，例如在开发供农民使用的智能支持系统（决策支持系统）方面需要花费了大量资金，很难兼顾软件的实用性和易用性、软件开发难度大等导致智能农业发展受到了限制。
我国现阶段粮食产量的唯一不可缺少的手段是通过农业大棚(Agricultural Greenhouses) [3]的种植方式，农业大棚是一种投入和产出性价比比较高的模式，受到外界天气或者气候的影响比较小，并且可以通过改变农业大棚内的湿度以及温度来制造出适合农作物最适宜生长的最优环境。这种方式不仅仅在一定程度上很好的利用了有限的土地资源，也使得生产的农作物质量更加好。另外一方面，我国的农业在对自动化农业程度的重视程度每年都在提高，对建造大棚的需求也越来越高，所以农业大棚的智能化、自动化成为一个不可忽视的研究课题，农业大棚的智能化、自动化也在一定程度上给农业工作者提供一个很好的平台来了解农作物的生长状况，及时的管理农作物的生长条件。
随着电子科学科技、计算机科学、通信技术的发展[4]，我国的农业发展现状也在这些技术的高速发展小潜移默化的改变着，给农业的智能化注入了新鲜的血液。其中通信技术在这个发展过程中起到了不可或缺的地位，智能农业中为了更好的控制农作物的生长条件，需要布置大量的传感器，这些传感器如何进行与主机进行交换信息得益于通信技术的支持[5]，传感器与传感器之间的信息传递也得益于此。在传递信息的过程中为了保证数据的传输过程中保证数据尽可能正确，出现了许多的自定义报文格式来保证数据的收发准确[6]，这个过程中使用最多的是数据报文的格式定义，不同的报文格式定义可以保护数据的安全传输。
1.2论文研究内容以及创新点
物联网技术的发展为农业智能化提供了必要的技术支持，本文针对缓变弱信号和串口输入输出接口使用了一款专用数据采集模块[7]，结合单片机A/D转换接口和串口通信模块发送采集的温湿度信号，并通过控制终端的PC进行接收和查看，
完成对农作物生长环境的管理以及控制，改变了传统农业粗糙的管理模式，让大棚内的温度管理更加的精细化，文中在数据传输的过程中加入了定义好的数据报文格式，格式如图11所示。
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图11 数据报文格式
该报文的定义了一个起始位，设置了一个从地址，该地址用于精确识别传感器的信息，作用可以让在终端在识别多个传感器中分出具体是哪个传感器数据，不至于导致传感器数据的混乱。本论文研究内容有以下创新点包含下列几个部分：
(1)分析调查了关于我国农业互联网的现状以及发展前景，并根据现在我国的农业的物联网技术
(2)使用简易的单片机Arduino制作一个采集温湿度数据的装置并定义一个数据报文的格式用于防止数据的传输错误以及用于数据的正确性检验。
(3)采用低功耗的蓝牙连接方式，完成10米以内的数据传输，介绍关于传输过程中数据报文的设计和实现。
(4)设计了一个适用于农业大棚的完整的温湿度监测系统，其中主要包括对农业大棚的室内环境研究调查在此基础上做出系统需求分析，并根据需求完成智能温湿度的检测。
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