物联网的智能农业控制系统设计
摘 要 伴随着计算机控制与传感器技术的快速发展，农业智能化系统对物联网的需求日益增加，同时也使科研机构和企业越来越关注物联网对于农业智能化的作用。与其同时的是，物联网技术已经逐渐成为了国家创新战略的重点，所以如何将物联网成功代入到智能农业化的系统中去，从而结合成一个完善的、智能的、科技农业一体化，这将有极其重要的科研意义和实用价值。本文进行研究和设计农业智能化中的温度控制系统，同时设计了软件，作用于农业智能化。本文采用Arduino设计的温湿度控制系统，可以精确的反应环境的温度以及湿度的变化情况。如果可以将温度检测的自动检测系统设计完善，保证农作物的健康生长。 便捷的智能农业化系统将为国家农业化的发展起到至关重要的作用，将大大减少了农业生产的成本。从而将在国际上树立了一个新的未来的农业智能化标杆，改革了传统农业。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究方向及意义 1
1.2 课题背景 1
1.2.1 农业物联网的研究方向 1
1.2.2 温湿度检测的意义 2
1.3 农业物联网的中外发展以及情况 2
第二章 Arduino基本理论 4
2.1 Arduino的核心器件 4
2.1.1 单片机的定义 4
2.1.2 单片机的作用 4
2.1.3 Arduino原理 5
2.1.4 Arduino特点 5
2.1.5 Arduino语言的介绍 5
2.2 传感器技术 3
2.3 ZigBee技术 4
2.4 本章总结 6
第三章 系统整体设计 9
3.1 方案论证 9
3.1.1 系统的主要功能 9
3.1.2 系统原理简介 9
3.1.3 总体设计简介 10
3.2 系统硬件设计 11
3.2.1 主控模块的设计 11
3.2.2 数据采集模块的原理与设计 13
3.2.3 数据显示模块的原理与设计 15
3.2.4 报警模块的原
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理与设计 17
3.2.5 原理总图与器件元件 17
3.3 系统软件设计 18
3.3.1 设计系统的程序流程图 18
3.3.2 液晶显示模块的程序设计程序 19
3.3.3 传感器模块的设计程序 19
3.4 本章小结 21
第四章 调试过程和注意问题 22
4.1 程序下载说明 22
4.2 硬件问题及解决 24
4.3 软件问题及解决 24
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
附录一 29
附录二 30
第一章 绪 论
1.1 课题背景
物联网作为新一代科技信息技术的重要组成部分，相比互联网，物联网更加强调物与物、人与物之间的联系，原先是互联网的衍生品，但逐渐凸显出自己的特点。如今已经被世界成为继计算机、互联网后掀起了信息技术的第三次浪潮，通过欧洲德国等国家称为“第四次工业革命”。如今，基于低功耗的Zigbee已经在美国被普及，利用Zigbee模式大大降低了人工成本和信息传输成本，为人们的生活生产提供便利在农业物联网更是当代物联网的重要组成部分。通过农业物联网可以更加便捷、高效的来管理农业。与其同时，我们还可以通过自动化设配在特定情况下（比如特定时间、特定湿度）自动补给或者警告用户。相比传统农业生产机技术，农业物联网技术可以减少人工成本、提高生产效率。
紧随着物联网科技以及衍生品的高速蔓延，紧接着的一系列传感器、射频技术（RFID）、软件技术（M2M）、设备技术的完善，如何将物联网机制与农业智能化完美结合，这成为了如今现代农业智能化的一道坎。所以，我们要研究和设计如何去监控和调整植物在各个环境下对温度和湿度的影响从而来进一步提高农作物产量，使其保持在有利于作物生长的合理范围内波动，以提高农作物的产量和质量。随着通信网络技术，传感器数据采集技术及计算机控制技术等现代信息技术的迅猛发展，目前设施农业的一个研究热点就是数据自动采集及智能控制系统的开发[1]。因此，设计一套监控环境系统对于提高和保证农作物的环境需求，这具有十分重要的意义。
1.2 研究方向及意义
湿温度是农业智能化发展的两个重要方面。无论是我们的日常生活环境，还是农业领域都需要对温湿度参数进行控制和监测。对于温度和湿度的测量可以快速发展农业智能化，也对人的生活有很大的意义。
1.2.1 农业物联网的研究方向
对环境温度和环境湿度的监测与控制俨然成为了如今炙手可热的研究话题，不管身在哪个领域之中，我们都离不开环境对我们带来的影响，所以如果我们可以对环境进行有效的控制，我们可以及时调整和改变环境对我们的影响，如今科技发展迅速，我们完全可以依靠物联网智能化来完成对温湿度的监测与控制，这个成果更能在农业领域上体现出来，物联网智能化可以自动和实时监测和调整温湿度，从而大大减少了人工成本、时间，同时也能向世界表明中国在科技化智能化的道路上一直是领导者的地位，增加国家科技竞争力。
环境控制技术是一个多学科交叉、多技术综合的新兴研究课题。在我国，对环境的智能控制技术的研究尚处于初级研究阶段，对其研究的课题也较少。
1.2.2 温湿度检测的意义
在现代农业技术中，对温度和湿度的监控都是随处都可以看到的。相对稳定的调整与控制湿温度参数，即能削弱资源生产溢出还更有利加强行业生产的正常发展。
温湿度影响大部分的动植物的生长，当动植物承受的最高值或最低值的温度和湿度的时候，这些物种可能会灭绝或者变异。所以我们必须严格监控他们的温湿度。同时我们也要监控他们的的变化情况和规律，当我们对它们有了清晰的了解和认识，我们才能有更好的生活环境。
在没有发明温度传感器之前，我们一直在使用老式的温度器（如水银温度计）来检测温度，这种温度器极容易收到其他的环境因素干扰，导致温度测量不准确，而且精度太低，我们需要多次试验或者校对才能确认数值。如今，我们使用温度传感器，同时利用Arduino平台来搭配传感器来捕捉和显示温度，Arduino不但成本低廉、显示温湿度稳定、误差小。
1.3 农业物联网的中外发展进程以及情况
目前，很多国家都开始关注物联网和农业之间的关系，首先物联网的快速发展带动了各个产业发展，很多公司开始关注物联网并相继转型，相继开发了很多监控系统，配合单片机平台、自动化设备、触摸屏来完成人机交互的任务。尤其是农业领域上，农业对环境的要求十分严格，需要的参数也需要非常精确和复杂，比如温湿度的监控，之前的老式温度计无法完成这种要求，所以新型的监控温湿度设备应运而生。与此同时二氧化碳、氧气、光照都需要监控和控制，这些都需要物联网与自动化设备相互配合完成。
农业物联网主要包括三方面内容:
1.传感器设备方面，一般国际上的发达国家都会从农业的培育就开始监控和控制，然后控制生产的时间和温度，直到农作物成熟开始收取果实，最后是为了保存农作物和果实从而研究如何保存冷藏。这一系列的运作和操作，需要配合的设备硬件和软件很多，包括温湿度传感器、水温传感器、光照传感器等专用农业传感器。而且在工业传感器对农业的机械设备的设计、制作、投入生产、运作也起到很大的作用。RFID射频技术也对农作物的生产、保存、制作的过程追溯也起到了不可忽略的作用，并由此形成了自动识别技术与装备制造产业。据美国市调公司ABI research 2007年度第一季报告显示，2006年全球的RFID市场为38.12以美元，大多数的亚太地区已然成为为全球最大的市场，规模为14.07亿元，预计2011年全球的市场可达115亿美元。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 研究方向及意义 1
1.2 课题背景 1
1.2.1 农业物联网的研究方向 1
1.2.2 温湿度检测的意义 2
1.3 农业物联网的中外发展以及情况 2
第二章 Arduino基本理论 4
2.1 Arduino的核心器件 4
2.1.1 单片机的定义 4
2.1.2 单片机的作用 4
2.1.3 Arduino原理 5
2.1.4 Arduino特点 5
2.1.5 Arduino语言的介绍 5
2.2 传感器技术 3
2.3 ZigBee技术 4
2.4 本章总结 6
第三章 系统整体设计 9
3.1 方案论证 9
3.1.1 系统的主要功能 9
3.1.2 系统原理简介 9
3.1.3 总体设计简介 10
3.2 系统硬件设计 11
3.2.1 主控模块的设计 11
3.2.2 数据采集模块的原理与设计 13
3.2.3 数据显示模块的原理与设计 15
3.2.4 报警模块的原
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理与设计 17
3.2.5 原理总图与器件元件 17
3.3 系统软件设计 18
3.3.1 设计系统的程序流程图 18
3.3.2 液晶显示模块的程序设计程序 19
3.3.3 传感器模块的设计程序 19
3.4 本章小结 21
第四章 调试过程和注意问题 22
4.1 程序下载说明 22
4.2 硬件问题及解决 24
4.3 软件问题及解决 24
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
附录一 29
附录二 30
第一章 绪 论
1.1 课题背景
物联网作为新一代科技信息技术的重要组成部分，相比互联网，物联网更加强调物与物、人与物之间的联系，原先是互联网的衍生品，但逐渐凸显出自己的特点。如今已经被世界成为继计算机、互联网后掀起了信息技术的第三次浪潮，通过欧洲德国等国家称为“第四次工业革命”。如今，基于低功耗的Zigbee已经在美国被普及，利用Zigbee模式大大降低了人工成本和信息传输成本，为人们的生活生产提供便利在农业物联网更是当代物联网的重要组成部分。通过农业物联网可以更加便捷、高效的来管理农业。与其同时，我们还可以通过自动化设配在特定情况下（比如特定时间、特定湿度）自动补给或者警告用户。相比传统农业生产机技术，农业物联网技术可以减少人工成本、提高生产效率。
紧随着物联网科技以及衍生品的高速蔓延，紧接着的一系列传感器、射频技术（RFID）、软件技术（M2M）、设备技术的完善，如何将物联网机制与农业智能化完美结合，这成为了如今现代农业智能化的一道坎。所以，我们要研究和设计如何去监控和调整植物在各个环境下对温度和湿度的影响从而来进一步提高农作物产量，使其保持在有利于作物生长的合理范围内波动，以提高农作物的产量和质量。随着通信网络技术，传感器数据采集技术及计算机控制技术等现代信息技术的迅猛发展，目前设施农业的一个研究热点就是数据自动采集及智能控制系统的开发[1]。因此，设计一套监控环境系统对于提高和保证农作物的环境需求，这具有十分重要的意义。
1.2 研究方向及意义
湿温度是农业智能化发展的两个重要方面。无论是我们的日常生活环境，还是农业领域都需要对温湿度参数进行控制和监测。对于温度和湿度的测量可以快速发展农业智能化，也对人的生活有很大的意义。
1.2.1 农业物联网的研究方向
对环境温度和环境湿度的监测与控制俨然成为了如今炙手可热的研究话题，不管身在哪个领域之中，我们都离不开环境对我们带来的影响，所以如果我们可以对环境进行有效的控制，我们可以及时调整和改变环境对我们的影响，如今科技发展迅速，我们完全可以依靠物联网智能化来完成对温湿度的监测与控制，这个成果更能在农业领域上体现出来，物联网智能化可以自动和实时监测和调整温湿度，从而大大减少了人工成本、时间，同时也能向世界表明中国在科技化智能化的道路上一直是领导者的地位，增加国家科技竞争力。
环境控制技术是一个多学科交叉、多技术综合的新兴研究课题。在我国，对环境的智能控制技术的研究尚处于初级研究阶段，对其研究的课题也较少。
1.2.2 温湿度检测的意义
在现代农业技术中，对温度和湿度的监控都是随处都可以看到的。相对稳定的调整与控制湿温度参数，即能削弱资源生产溢出还更有利加强行业生产的正常发展。
温湿度影响大部分的动植物的生长，当动植物承受的最高值或最低值的温度和湿度的时候，这些物种可能会灭绝或者变异。所以我们必须严格监控他们的温湿度。同时我们也要监控他们的的变化情况和规律，当我们对它们有了清晰的了解和认识，我们才能有更好的生活环境。
在没有发明温度传感器之前，我们一直在使用老式的温度器（如水银温度计）来检测温度，这种温度器极容易收到其他的环境因素干扰，导致温度测量不准确，而且精度太低，我们需要多次试验或者校对才能确认数值。如今，我们使用温度传感器，同时利用Arduino平台来搭配传感器来捕捉和显示温度，Arduino不但成本低廉、显示温湿度稳定、误差小。
1.3 农业物联网的中外发展进程以及情况
目前，很多国家都开始关注物联网和农业之间的关系，首先物联网的快速发展带动了各个产业发展，很多公司开始关注物联网并相继转型，相继开发了很多监控系统，配合单片机平台、自动化设备、触摸屏来完成人机交互的任务。尤其是农业领域上，农业对环境的要求十分严格，需要的参数也需要非常精确和复杂，比如温湿度的监控，之前的老式温度计无法完成这种要求，所以新型的监控温湿度设备应运而生。与此同时二氧化碳、氧气、光照都需要监控和控制，这些都需要物联网与自动化设备相互配合完成。
农业物联网主要包括三方面内容:
1.传感器设备方面，一般国际上的发达国家都会从农业的培育就开始监控和控制，然后控制生产的时间和温度，直到农作物成熟开始收取果实，最后是为了保存农作物和果实从而研究如何保存冷藏。这一系列的运作和操作，需要配合的设备硬件和软件很多，包括温湿度传感器、水温传感器、光照传感器等专用农业传感器。而且在工业传感器对农业的机械设备的设计、制作、投入生产、运作也起到很大的作用。RFID射频技术也对农作物的生产、保存、制作的过程追溯也起到了不可忽略的作用，并由此形成了自动识别技术与装备制造产业。据美国市调公司ABI research 2007年度第一季报告显示，2006年全球的RFID市场为38.12以美元，大多数的亚太地区已然成为为全球最大的市场，规模为14.07亿元，预计2011年全球的市场可达115亿美元。
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