基于单片机的农业环境监测采集仪的研制 毕业论文2.docx

1、基于单片机的农业环境监测采集仪的研制 毕业论文2基于单片机的农业环境监测采集仪的研制作者： 指导老师：（X学院 10电气工程及其自动化 230036）摘要：信息的采集和远传是当今农业物联网的关键技术。本设计意在研制一种采集农业数据的仪器。农业环境监测采集仪基于单片机控制，利用传感器和GSM通讯技术开发了一个数据采集与远传的系统，从而实现对田间土壤和空气温湿度的采集。该系统包括单片机控制，MAX485转换模块、显示模块、信息存储模块及GSM通讯接口电路等；主要实现数据的采集、显示、存储与远传。实验测试表明了该系统设计的可行性，随着可靠性的逐步改善，信息的采集与远传技术有望成为精准农业的主导！关键

2、词：单片机 传感器 采集 GSM通讯1 引言 农业环境监测是运用物理、化学、生物手段获取农业环境质量信息，并据此提出防止污染，保护农业环境对策的过程。它是农业环境保护的基础工作。信息采集是我们了解外部环境的重要渠道，对一些人身以外的信息都是通过数据采集而来的，比如天气情况，气温，紫外线强度等，这些为我们每天的出门做了准备。当然，把采集到的数据信息发送给我们的手机或者电脑，会更加方便我们对其的研究。本设计就是单片机与传感器相连采集信息，存储后，再利用GSM短信模块上传数据的，将采集到的数据以短信的形式发送到手机或电脑。2 系统结构图图 1 系统结构图3 设计的背景及意义 近年来，信息的采集与远传

3、技术越来越受人关注，尤其在农业环境的监测方面，其作用是有目共睹的。现代农业，广泛应用传感器技术，首先采集农业中的多个参数，然后采用控制变量的方法，对其中某一个变量进行监测与控制，这样能帮助人们科学的认识农业。准确实时的采集农作物周围的环境和土壤信息，对农作物的研究，合理资源利用和环境保护都是非常必要的。农业物联网是通过不同的传感器，采集农业生产环境中的各种信息，然后经过仪器实时显示，确保农作物有个良好、适宜的生长环境。传感器是农业物联网中最基本的数据采集单元，并将采集到的数据转化成电信号或其他所需形式输出，以实现自动化、智能化和远程控制。随着各类传感器技术的不断完善，以及传感器生产规模的扩大，

4、其生产成本也在大大降低，再加上远传技术的快速发展，农业互联网系统将迈出新的步伐，真正实现农业精准化。4 系统设计的模块组成及工作原理 本次农业环境监测采集仪的设计模块组成主要包括5个部分：单片机控制器模块、传感器通讯模块、GSM通讯模块、显示模块和电源供电模块。4.1单片机控制器模块这次农业信息采集仪的研制采用的是单片机是STC89C516RD+单片机，设计中传感器通讯、GSM通讯、数据的存储和显示模块都是基于单片机控制的。STC89C516RD+单片机具有36个可操作的I/O口，其外围电路涉及了传感器通讯和GSM模块，电子元件较多，且都需要使用串口通信功能，但是该单片机只有一个串口接口，P3

5、0口和P31口，I/O资源不够分配，故需要扩展I/O口。P32、P33、P34、P35这四个接口连接按键；P03到P07与P20到P27这些接口分别和LCD12864相连；P01、P04和P14接口与PCF8583相连；P10、P11、P12、P13和AT45DB081B_R存储器连接。本次设计通过4052串口分时复用来实现。并在4052输出端接了一块7404芯片。其中，7404芯片是缓冲驱动器，起到输出更大驱动电流的作用。而且7407芯片中的各门之间是独立的，电路里各通道是没有功能联系的。而且其是集电极开路输出，它的输出脚还要通过外接上拉电阻接到一个电压较高的正电源上。 图2 STC89C5

6、16RD+单片机 图3 串口分时复用模块AT45DB081B_R存储器使用SPI串行外设接口，可以进行页编程操作，。在对页编程时允许缓冲器接收数据和读写连续的数据流。Flash数据存储首先要拉高所有逻辑门的电平，这样才能确保改变某些串口的电平时，能够真正做到高电平向低电平的转化。AT45DB081B_R与STC89C516RD+单片机相连的管脚有串口输入SI、串口输出SO、时钟信号SCK和芯片选择/CS这四个，分别连线P10、P11、P12和P13接口。它用途广泛，可以用来存储声音、图片、程序、数据等。图4 AT45DB081B_RU4.2传感器通讯模块 传感器通讯模块包括MAX485芯片以及

7、PS24IN输入接口两部分。其传输数据的原理是：例如测量土壤温度，单片机需要向温度传感器发送一个请求信号，温度传感器在收到这一请求信号后，会向单片机返回土壤温度这一数字量。在这次农业环境监测中，采用不同的传感器将检测到的空气温湿度、土壤温度、土壤水分封装成一个固定的通讯协议，并通过RS485将数据发送给接收设备。RS485电路起到中间桥梁的作用，MAX485芯片连接在单片机与传感器之间，使其能够有效的产生通讯。本文中用到的传感器有：土壤温度传感器、土壤水分传感器、空气温湿度传感器。 MAX485是一种接口芯片。用于RS485通信的低功耗收发器，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。MAX485

8、芯片中，RO和TI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，和单片机连接时，分别与单片机的RXD和TXD相连即可。/RE和DE分别为接收和发送的使能端，/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；DE逻辑1时，器件处于发送状态。因为它工作在半双工状态，只需要单片机的一个管脚来控制这两个引脚。这次设计中，连接的是单片机的P00口，即实现一个信号控制MAX485的接收和发送状态。图5 传感器通讯模块4.3 GSM通讯模块 这次农业环境监测采集仪的设计，GSM模块采用的是西门子 TC35模块。TC35模块自带串行通信接口，可以方便的与PC机、单片机进行串口通信，从而实现对TC35模块的控制。考虑到接口的简单性，

9、TC35采用两线（TXD、RXD）连接。本文主要介绍了基于单片机的控制下，怎样利用TC35模块发送短信。 单片机对GSM通讯的操作，是通过AT指令集来实现的。操作流程是：单片机和GSM模块通过RXD、TXD引脚联系起来，向TC35模块发送“AT”指令。首先发送“AT+CSCA=” 设置短信中心号码，然后发送指令码“AT+CMGS=“+13956941329”设置向某人发送短消息，TC35 GSM模块在接收到这个“AT”指令后，将会返回给单片机以上“AT”指令码，代表着单片机和GSM之间已经建立了联系，发送目标号码；其次发送指令码“AT+CMGF=MODE”设置短信编码格式, MODE=1时，说

10、明设置的短信编码格式是TEXT模式，MODE=0时，说明设置的短信编码格式是PDU模式；短信编码格式设置完毕后，GSM模块会给单片机返回一个符号，表示单片机就开始发送短信息的具体内容了；在发送完需要的短信内容后，就可以发送一个ASCII码为0x1A的符号完成最后发送。这时等待GSM给单片机返回一个“OK” 字符串，意为成功的发送短消息。单片机通过AT指令控制GSM通讯操作说明AT+CSCA=“”设置短信中心号码AT+CMGS=“”设置给某人发送短消息，GSM返回给单片机以上“AT”指令“AT+CMGF=MODE”设置短信编码格式。MODE=1，TEXT模式，MODE=0时，PDU模式GSM给单

11、片机返回“”符号开始发送消息，并以ASCII码是0X1A符号作为文件结束符GSM给单片机返回“OK”字符串成功发送消息图6 TC35 “AT指令”图7 GSM模块4.4 显示模块 显示模块，其实就是显示所监测的试验数据。只有通过显示装置，如显示屏，才能直观的将设计的实质性内容表达出来。人们可直接通过显示装置观察数据的信息，从而进行设计验证和改进。本设计，用的是LCD12864显示屏。 LCD12864显示屏拥有8个数据传输接口，DB0-DB7。采用的是8位并行口（PSB引脚为高电平，通过PSB管脚控制）工作方式，具有发送数据和传达指令的功能（RS是高电平时，传达数据；RS是低电平时，传达命令。

12、通过RS管脚控制）。也可以通过控制3管脚和18管脚来调节屏幕亮度。图8 LCD12864显示模块 另外，显示屏上年、月、日、时、分、秒时间的显示用的是PCF8583日历/时钟芯片，该芯片是IIC总线工作，有IIC总线的两条传输线，SDA双向数据线和SCL时钟线。PCF8583通过这两条传输线，与单片机连接起来，进行数据的收发和时钟设置控制，其RAM片内是带有特殊功能的寄存器。将PCF8583的SDA双向数据线和SCL时钟线接口分别接到STC89C516RD+单片机的P01和P02接口，再把数据信息传送到LCD12864显示屏上。外部中断/INT0端接到P14口。图9 PCF8583日历/时钟芯

13、片4.5 电源供电模块 电源供电是一个系统电路中必不可少的，没有电源，任何的器件都无法工作。本设计所用传感器的驱动电压是9V，STC89C516RD+单片机和LCD12864显示屏的供电电压是5V,其他器件的驱动电压是3.3V。所以电源电路采用三路电压输出，一路是5V，一路是3.3V，输入电压是9V。图10电源供电模块结论本文针对农业环境监测研究设计了一种基于单片机的数据采集仪，完成系统的硬件和软件设计。该系统以单片机为核心，构建了包括空气和土壤温湿度，、土壤水分等基本数据的采集系统，采用了传感器通信、GSM通讯等多种数据通讯与存储方式，增强了网络互连功能，便于与其他装置建立智能系统。这次的设

14、计，我学到了一些新知识：充分了解了单片机与传感器在数据采集中发挥的作用，并逐步熟悉并掌握这些知识，要坚持学会把单片机的功能更多的运用到其他设计与研究中！研究了农业环境数据的采集和控制，学会用GSM短信模块，通过手机或者电脑处理采集到的数据信息。此次农业环境监测采集仪的研制，是一个结合众多知识面的综合设计，从硬件到软件，从采集数据的接收发到各个芯片之间的通信，各模块看似独立但又存在着千丝万缕的联系。致谢 毕业设计已经接近尾声了，首先我要感谢我的指导老师！感谢他这个学期以来的悉心教诲，更感谢他对我不厌其烦的解说，在此郑重致谢！其次我还要感谢我们的系主任和专业的其他老师，谢谢你们大学四年来对我专业知

15、识上的教导！当然，这次毕业设计能够顺利完成，也少不了同学的帮助，感谢你们给我提供参考资料，并及时地对我提出宝贵的意见和建议！ 再次衷心感谢毕业设计中所有帮助过我的人，谢谢你们！参考文献1：张毅刚，彭喜元.单片机原理及接口技术.人民邮电出版社，20082：孟祥莲，高洪志.单片机原理及应用.哈尔滨工业大学出版社,20103：何立民.单片机与嵌入式系统应用.杂志社，20084：范晶彦.传感器与检测技术应用.北京：机械工业出版社，20075：王俊峰，孟另启.现代传感器应用技术. 北京：机械工业出版社，20076：Ma,Yuchun,Huang,Yinghong.General Application

16、Research On GSM ModuleR.20107 ： Ray,P.s,Ham. The Control System Based On GSM Short Message Applications in the Appliances ControlR.20128 ： KV,Natarajan.GSM Based Bus Location tracking and Passenger density detection system R.2011Title The development of the agricultural environmental monitoring base

17、d on Singlechip.AbstractThe information collection and long distance transmission is the key technology of the Agricultural Internet of Things. In order to collect the agricultural data, this design would develop an instrument about this. The instrument of collecting agricultural data monitoring is

18、based on MCU, and it opens up a system about the information collection and transmission, taken advantage of the sensor and GSM communication technology. The system contains that the control of MCU, the transform of MAX485, the display mudules, the information storage and GSM communication and so on

19、. Its main realization is collecting the data, display, storage and long distance transmission.The experimental testing indicates that the feasibility of this system,along with the improvement of the reliability,the information collection and long distance transmission thchnology is hopeful to be the guide of the precision agriculture! Keywords Singlechip Sensor Acquisition GSM message附录：1：土壤温度传感器2：空气温湿度传感器3：土壤湿度传感器