物联网平台的农业自动化控制系统
摘 要为了解决农业浇水不便利的问题，设计了一款能够对土壤中含水量进行实时监测，当土壤湿度过于干旱时自动启动水泵进行浇水，使环境最适宜农作物生长，同时能够对自然光线强度进行实时监测，当环境过暗时通过开启人造光源照射农作物，使得农作物继续进行光合作用。在软件设计方面，自动农业化控制系统用C语言进行程序编写，实现对片外功能模块的驱动。在硬件系统的设计方面，自动农业化控制系统以Arduino控制器为核心控制器件，由土壤湿度传感器、液晶屏和浇水控制器共同构成。经过多次测试，自动农业化控制系统的运行稳定，实现土壤干燥时自动浇水的功能，达到设计要求，具有一定的市场推广价值。
目录
一、 引言 1
（一） 自动农业化控制系统的发展背景 1
（二） 自动农业化控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 自动农业化控制系统的方案设计 2
三、 系统硬件设计 3
（一） 自动农业化控制系统主控电路设计 3
（二） 土壤湿度检测电路设计 3
（三） 报警电路设计 5
（四） 嵌入式以太网通信电路设计 5
（五） 光敏传感器电路设计 7
（六） LCD1602显示电路设计 8
（七） 电机驱动电路设计 8
四、 系统软件设计 9
（一） 自动农业化控制系统的主程序设计 9
（二） LCD1602液晶屏显示子程序设计 10
（三） 模拟电压采集子程序设计 11
（四） 输出报警子程序设计 11
（五） 网络通信驱动子程序流程设计 12
（六） 光敏传感器子程序设计 13
（七） 水泵控制子程序流程设计 14
五、 实物制作与调试 14
总结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB 20
附录三 元件列表 21
附录四 实物图 22
附录五 程序 23
引言
自动农业化控制系统的发展背 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
景
纵观自动农业化控制系统的完整发展历程来看，在传感器技术还没有得到普及之前，市面上所有流通的自动农业化控制系统的性能普遍简单，能够实现的功能少之又少，由于缺乏相应传感器模块的植入，此时的自动农业化控制系统将没有办法直接将系统外部的磁场、压力或者气体浓度等非电量类型的信号进行采集并且呈线性比例的转换成电量信号，只能通过非常复杂的模拟电路进行采集，这就直接导致了当时的自动农业化控制系统没有办法高精度的采集非电量信号，因此自动农业化控制系统在当时的总体性能较为低下。而随着二十一世纪初高速发展起来的传感器技术不断普遍化，传感器的概念逐渐深入人心后，大多数人都知道传感器是一种智能化的功能模块，对于信号的采集具有非常高的性能，自动农业化控制系统的设计师们不断探索传感器与自动农业化控制系统之间的必然联系，不断将各种类型和功能的传感器进行植入，将其与高性能的微处理器芯片进行巧妙的电路搭建并通过程序驱动进行控制，实现了高性能的信号采集功能，将外部的非电量信号快速的采集并将转换后的数字信号送入微处理器芯片内部进行处理和运算，使得自动农业化控制系统能够对外部信号具有高速的响应。
农业自动化控制系统将要谈论研究的这款自动农业化控制系统是一种基于微处理器芯片作为内部核心控制器的智能式控制系统，它的智能化不仅体现在内部采用了高性能的微处理器芯片，还在于采用了许多高性能的传感器模块，与此同时对于LCD1602液晶屏、ADC0832转换器、有源蜂鸣器、ENC28J60以太网模块、LS5V型光敏传感器、土壤湿度检测器和水泵的植入也大大促进了自动农业化控制系统的性能和精度。
在自动农业化控制系统的发展过程中，对于数据的高速处理要求不断提升，近些年来快速发展的高性能微处理器芯片研发技术为自动农业化控制系统实现质的飞跃提供了硬件基础，最近几年的Zigbee以及物联网技术的出现又为自动农业化控制系统的发展提供了一个崭新的方向，过去单一形式的自动农业化控制系统可以通过物联网的概念实现物物联网，这样对于自动农业化控制系统采集到的数据来说，不再是一种用完即作废的单独数据了，借助Zigbee或者嵌入式以太网等技术，将系统采集到的数据实时快速发送到互联网或者家庭网络中，实现数据的共享或者云备份，这样就能够实现对自动农业化控制系统应用场合的综合监控以及远程控制。
自动农业化控制系统的国内外发展现状
自动农业化控制系统最近几年中的发展过程中不断被植入各种新型的传感器，可以说传感器技术的飞速发展正在大幅度的推动自动农业化控制系统的发展脚步，根据一项报告显示，美国哥伦比亚大学的一个自动农业化控制系统研究小组对外公布了他们最新的一项研究成果，他们基于一款高性能自动农业化控制系统产品的基础上，将该产品所采用的用于采集外部信号的传感器探头摘下后，替换成他们自己研发的一款科技含量更高的新型传感器探头后，由于这个类型的探头与内部微处理器之间采用模拟电压信号进行信号交互，所以替换后可以直接使用。目前自动农业化控制系统在国内的研发团队主要精力主要投入到了如何较为明显的降低这种控制系统的功耗，较为行之有效的方案是使用具有休眠模式的主控芯片。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现对土壤中含水量进行实时监测的自动农业化控制系统，当土壤湿度过于干旱时自动启动水泵进行浇水，使得农作物获取到最适宜的生长环境，与此同时还能够对自然光线强度进行实时监测，当过暗时通过开启人造光源照射农作物，使得农作物继续进行光合作用。
自动农业化控制系统的方案设计
经过了上文对自动农业化控制系统的发展背景以及发展现状等资料的介绍并确立了农业自动化控制系统的设计指标，本部分将开始对整体系统的实现方案进行设计，从而为接下来的微处理器主控电路以及各个模块子电路的设计做基础，下面对图1中各个模块在本自动农业化控制系统中的主要功能作介绍。
为了实现将自动农业化控制系统运行过程中的一些参数进行显示，农业自动化控制系统选用了LCD1602液晶屏，将其与Arduino平台进行连接后，控制器将向内部送入待显示的数据。为了实现对土壤中含水量的实时监测，农业自动化控制系统设计土壤湿度传感器驱动电路，将其与A/D模块进行连接，通过A/D模块采集其输出的模拟电压信号后送入控制器内部。为了实现当土壤湿度等参数出现异常时进行报警的功能，农业自动化控制系统设计了蜂鸣器报警电路，Arduino将通过高低电平信号来实现对蜂鸣器电路的启闭控制。为了实现本系统的物联网功能，农业自动化控制系统设计了ENC28J60网络通信模块，Arduino平台将通过SPI接口对其进行驱动。光线检测电路用于实现光照强度采集的功能。为了实现对土壤的自动浇水，农业自动化控制系统设计了水泵控制模块，Arduino平台将通过高低电平信号对其进行启闭控制。
目录
一、 引言 1
（一） 自动农业化控制系统的发展背景 1
（二） 自动农业化控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 自动农业化控制系统的方案设计 2
三、 系统硬件设计 3
（一） 自动农业化控制系统主控电路设计 3
（二） 土壤湿度检测电路设计 3
（三） 报警电路设计 5
（四） 嵌入式以太网通信电路设计 5
（五） 光敏传感器电路设计 7
（六） LCD1602显示电路设计 8
（七） 电机驱动电路设计 8
四、 系统软件设计 9
（一） 自动农业化控制系统的主程序设计 9
（二） LCD1602液晶屏显示子程序设计 10
（三） 模拟电压采集子程序设计 11
（四） 输出报警子程序设计 11
（五） 网络通信驱动子程序流程设计 12
（六） 光敏传感器子程序设计 13
（七） 水泵控制子程序流程设计 14
五、 实物制作与调试 14
总结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB 20
附录三 元件列表 21
附录四 实物图 22
附录五 程序 23
引言
自动农业化控制系统的发展背 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
景
纵观自动农业化控制系统的完整发展历程来看，在传感器技术还没有得到普及之前，市面上所有流通的自动农业化控制系统的性能普遍简单，能够实现的功能少之又少，由于缺乏相应传感器模块的植入，此时的自动农业化控制系统将没有办法直接将系统外部的磁场、压力或者气体浓度等非电量类型的信号进行采集并且呈线性比例的转换成电量信号，只能通过非常复杂的模拟电路进行采集，这就直接导致了当时的自动农业化控制系统没有办法高精度的采集非电量信号，因此自动农业化控制系统在当时的总体性能较为低下。而随着二十一世纪初高速发展起来的传感器技术不断普遍化，传感器的概念逐渐深入人心后，大多数人都知道传感器是一种智能化的功能模块，对于信号的采集具有非常高的性能，自动农业化控制系统的设计师们不断探索传感器与自动农业化控制系统之间的必然联系，不断将各种类型和功能的传感器进行植入，将其与高性能的微处理器芯片进行巧妙的电路搭建并通过程序驱动进行控制，实现了高性能的信号采集功能，将外部的非电量信号快速的采集并将转换后的数字信号送入微处理器芯片内部进行处理和运算，使得自动农业化控制系统能够对外部信号具有高速的响应。
农业自动化控制系统将要谈论研究的这款自动农业化控制系统是一种基于微处理器芯片作为内部核心控制器的智能式控制系统，它的智能化不仅体现在内部采用了高性能的微处理器芯片，还在于采用了许多高性能的传感器模块，与此同时对于LCD1602液晶屏、ADC0832转换器、有源蜂鸣器、ENC28J60以太网模块、LS5V型光敏传感器、土壤湿度检测器和水泵的植入也大大促进了自动农业化控制系统的性能和精度。
在自动农业化控制系统的发展过程中，对于数据的高速处理要求不断提升，近些年来快速发展的高性能微处理器芯片研发技术为自动农业化控制系统实现质的飞跃提供了硬件基础，最近几年的Zigbee以及物联网技术的出现又为自动农业化控制系统的发展提供了一个崭新的方向，过去单一形式的自动农业化控制系统可以通过物联网的概念实现物物联网，这样对于自动农业化控制系统采集到的数据来说，不再是一种用完即作废的单独数据了，借助Zigbee或者嵌入式以太网等技术，将系统采集到的数据实时快速发送到互联网或者家庭网络中，实现数据的共享或者云备份，这样就能够实现对自动农业化控制系统应用场合的综合监控以及远程控制。
自动农业化控制系统的国内外发展现状
自动农业化控制系统最近几年中的发展过程中不断被植入各种新型的传感器，可以说传感器技术的飞速发展正在大幅度的推动自动农业化控制系统的发展脚步，根据一项报告显示，美国哥伦比亚大学的一个自动农业化控制系统研究小组对外公布了他们最新的一项研究成果，他们基于一款高性能自动农业化控制系统产品的基础上，将该产品所采用的用于采集外部信号的传感器探头摘下后，替换成他们自己研发的一款科技含量更高的新型传感器探头后，由于这个类型的探头与内部微处理器之间采用模拟电压信号进行信号交互，所以替换后可以直接使用。目前自动农业化控制系统在国内的研发团队主要精力主要投入到了如何较为明显的降低这种控制系统的功耗，较为行之有效的方案是使用具有休眠模式的主控芯片。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现对土壤中含水量进行实时监测的自动农业化控制系统，当土壤湿度过于干旱时自动启动水泵进行浇水，使得农作物获取到最适宜的生长环境，与此同时还能够对自然光线强度进行实时监测，当过暗时通过开启人造光源照射农作物，使得农作物继续进行光合作用。
自动农业化控制系统的方案设计
经过了上文对自动农业化控制系统的发展背景以及发展现状等资料的介绍并确立了农业自动化控制系统的设计指标，本部分将开始对整体系统的实现方案进行设计，从而为接下来的微处理器主控电路以及各个模块子电路的设计做基础，下面对图1中各个模块在本自动农业化控制系统中的主要功能作介绍。
为了实现将自动农业化控制系统运行过程中的一些参数进行显示，农业自动化控制系统选用了LCD1602液晶屏，将其与Arduino平台进行连接后，控制器将向内部送入待显示的数据。为了实现对土壤中含水量的实时监测，农业自动化控制系统设计土壤湿度传感器驱动电路，将其与A/D模块进行连接，通过A/D模块采集其输出的模拟电压信号后送入控制器内部。为了实现当土壤湿度等参数出现异常时进行报警的功能，农业自动化控制系统设计了蜂鸣器报警电路，Arduino将通过高低电平信号来实现对蜂鸣器电路的启闭控制。为了实现本系统的物联网功能，农业自动化控制系统设计了ENC28J60网络通信模块，Arduino平台将通过SPI接口对其进行驱动。光线检测电路用于实现光照强度采集的功能。为了实现对土壤的自动浇水，农业自动化控制系统设计了水泵控制模块，Arduino平台将通过高低电平信号对其进行启闭控制。
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