农业物联网数据采集系统设计
摘 要本次设计的农业物联网数据采集系统使用新一代8051单片机配合DHTT11温湿度传感器、BH1750光照传感器和cc1101无线传输器为核心设计而成。功能强大且功耗低的新一代STC的单片机能够有效配合各类传感器等元件更为方便快捷的完成各类不同环境状况下生产的要求，并且准确度高。该系统主要运用于农业生产当中，能够实时的、有效的监控掌握类似于温室大棚，花圃，花卉栽培等农业生产的环境状况。从而进行对环境有效的控制，提高生产效率。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景 1
1.2系统设计 1
第二章 硬件介绍 2
2.1整体框架 2
2.2 MCU芯片介绍 2
2.3传感器介绍 4
2.3.1 DHT11温湿度传感器 4
2.3.2 BH1750光照传感器 5
2.4无线收发模块介绍 6
第三章 软件设计 7
3.1 MCU接口 7
3.2采集设计 8
3.2.1流程图 8
3.2.2 BH1750光照传感器 8
3.2.3 DHT11温湿度传感器 9
3.2.4数据采集电路图 11
3.3传输设计 11
3.4 PC设计 12
3.5电源滤波电路 12
3.6电位复位电路 12
第四章 联调实测 14
4.1流程图 14
4.2测试数据 14
4.3实物部分图片 14
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1课题的背景
随着科学技术的发展及人类要求的提高，环境条件的各项指标已成为许多工作场合的重要参数，比较重要的有环境中的温湿度、光照强度、气压、二氧化碳含量等等。这些条件的变化直接的影响人们的日常生活。环境条件的高低状况都会影响事物变化，因此有必要控制和测量环境变化的各项指标。不同的工作条件对环境的需求也有所不同，所以遵循不同的规则来测量和控制环境信息，是社会发展的趋势。不管是在工业，农产业，军工事以及气象预报方
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面，还是人们日常生活中，都有必要对环境条件状况进行控制和测量，采用无线网络的方式不仅会带来高额的成本问题，而且还存在大量未知因素。因此，研究出可靠性高、实用性强的测量设施变得非常重要。
利用网络技术、数据采集和处理技术、嵌入式技术等先进的技术，开发出基于农业环境的信息采集系统来针对我国农业生产中的实际成产要求，同时利用无线或有线通信的技术手段对信息进行存储、分析，实现采集数据的传输和反馈，解决传统农业的采集成本高、可靠性差的问题。可以有效的节约成本、减少污染。
1.2系统设计
通过对物联网数据采集系统整体的研究，设计出以数据采集终端、无线传输模块和远程PC监控端三个模块结合组成的整体系统设计。通过分析传统农业环境信息采集系统，分析不同的采集技术和通信技术的优缺点，最终确定采用功耗低、速度快、抗干扰性能强的新一代51单片机芯片STC12C5A60S2作为核心芯片，搭配可靠性高、稳定性强的DHT11温湿度传感器及BH1750光照传感器作为数据采集系统的核心组成部分。搭建基于单片机的主控制器，传感器接口连接等的电路模块，并且编写单片机外部接口初始化程序，各个传感器的采集程序，并在实物板上进行测试、观察。
第二章 硬件介绍
2.1整体框架
图2.1 设计整体流程图
传感器将采集到的数据传输给生态城STC12C5A60S2核心芯片，核心芯片经过数据处理后发送给无线发送模块，无线接收模块接收发送模块发出的数据并传送给PC上位机，上位机将数据应用与软件上。
2.2 MCU芯片介绍
图2.2 STC12C5A60S2芯片
STC12C5A60S2芯片是一种单时钟周期的单片机芯片，它的主要优势在于功耗很小但是工作运行速度和抵抗外界干扰的能力上都比之前的8051单片机出色，更重要的是它可以完全匹配过去单片机芯片的代码和程序。不仅如此，作为新生代的8051单片机，它的工作速度比之前的单片机快8到12倍。芯片内部有两路PWN并且含有八路10位转换和专用复位电路。这个单片机主要被用来针对干扰力较强的场合。STC12C5A60S2单片机的主要特性有：
增强型的8051单片机，兼容传统8051单片机指令代码，1T机器周期；
2.5V型单片机工作电压为5.5V3.3V；3V型单片机工作电压为3.6V2.2V；
3.STC12C5A60S2工作频率范围：0 35MHz；
4.工业级工作温度范围40 +85℃；商业级工作温度范围 0 75℃；
5.用户应用程序空间大小为8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节；
6.芯片上集成1280字节RAM；
7.通用输入/输出接口，可设置为弱上拉、强上拉、准双向口和推挽这四种模式，每个接口的驱能力都可以达到20mA;
8.利用串口可以做到直接下载程序而不需要利用编程器和仿真器作为辅助，原因在于芯片含有系统可编程和应用可编程的功能；
9.具有EEPROM功能；
10.看门狗；
11.在P4.6接口连接有低压门槛比较器，起到检测电路的功能，防止出现掉电现象；
12.时钟源：芯片含有时钟晶体和电阻、电容振荡器。根据用户自己的需求，可以针对的进行选择。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz；3.3V单片机为：8MHz～12MHz；
13.共有4个16位定时器，其中两个与传统8051兼容的定时器/计数器；
14.共8路10位精度的A/D转换，转换速度可达250K/S(约每秒钟25万次)；
15.STC12C5A60S2芯片有双串口，RxD2/P1.2和TxD2/P1.3；RxD2/P1.2可通过寄存器将RxD2/P1.2和TxD2/P1.3设置到P4.2和P4.3；
2.3传感器介绍
2.3.1 DHT11温湿度传感器
图2.3 DHT11温湿度传感器
温湿度传感器DHT11采用专用的数字模块采集技术及温湿度传感技术，做到了高稳定性和高可靠性的特点。传感器于一个高性能的8位单片机连，内部含有一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。该产品的质量出众、反应迅速、性能强劲、价格低廉并且抗干扰的能力强大。DHT11温湿度传感器使用单线制串行接口，让系统集成变得简单迅速。体积小、功耗低等优势使其成为该类应用中，在严格的应用场合最佳选择。4针单排封装模式更便于连接。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景 1
1.2系统设计 1
第二章 硬件介绍 2
2.1整体框架 2
2.2 MCU芯片介绍 2
2.3传感器介绍 4
2.3.1 DHT11温湿度传感器 4
2.3.2 BH1750光照传感器 5
2.4无线收发模块介绍 6
第三章 软件设计 7
3.1 MCU接口 7
3.2采集设计 8
3.2.1流程图 8
3.2.2 BH1750光照传感器 8
3.2.3 DHT11温湿度传感器 9
3.2.4数据采集电路图 11
3.3传输设计 11
3.4 PC设计 12
3.5电源滤波电路 12
3.6电位复位电路 12
第四章 联调实测 14
4.1流程图 14
4.2测试数据 14
4.3实物部分图片 14
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1课题的背景
随着科学技术的发展及人类要求的提高，环境条件的各项指标已成为许多工作场合的重要参数，比较重要的有环境中的温湿度、光照强度、气压、二氧化碳含量等等。这些条件的变化直接的影响人们的日常生活。环境条件的高低状况都会影响事物变化，因此有必要控制和测量环境变化的各项指标。不同的工作条件对环境的需求也有所不同，所以遵循不同的规则来测量和控制环境信息，是社会发展的趋势。不管是在工业，农产业，军工事以及气象预报方
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面，还是人们日常生活中，都有必要对环境条件状况进行控制和测量，采用无线网络的方式不仅会带来高额的成本问题，而且还存在大量未知因素。因此，研究出可靠性高、实用性强的测量设施变得非常重要。
利用网络技术、数据采集和处理技术、嵌入式技术等先进的技术，开发出基于农业环境的信息采集系统来针对我国农业生产中的实际成产要求，同时利用无线或有线通信的技术手段对信息进行存储、分析，实现采集数据的传输和反馈，解决传统农业的采集成本高、可靠性差的问题。可以有效的节约成本、减少污染。
1.2系统设计
通过对物联网数据采集系统整体的研究，设计出以数据采集终端、无线传输模块和远程PC监控端三个模块结合组成的整体系统设计。通过分析传统农业环境信息采集系统，分析不同的采集技术和通信技术的优缺点，最终确定采用功耗低、速度快、抗干扰性能强的新一代51单片机芯片STC12C5A60S2作为核心芯片，搭配可靠性高、稳定性强的DHT11温湿度传感器及BH1750光照传感器作为数据采集系统的核心组成部分。搭建基于单片机的主控制器，传感器接口连接等的电路模块，并且编写单片机外部接口初始化程序，各个传感器的采集程序，并在实物板上进行测试、观察。
第二章 硬件介绍
2.1整体框架
图2.1 设计整体流程图
传感器将采集到的数据传输给生态城STC12C5A60S2核心芯片，核心芯片经过数据处理后发送给无线发送模块，无线接收模块接收发送模块发出的数据并传送给PC上位机，上位机将数据应用与软件上。
2.2 MCU芯片介绍
图2.2 STC12C5A60S2芯片
STC12C5A60S2芯片是一种单时钟周期的单片机芯片，它的主要优势在于功耗很小但是工作运行速度和抵抗外界干扰的能力上都比之前的8051单片机出色，更重要的是它可以完全匹配过去单片机芯片的代码和程序。不仅如此，作为新生代的8051单片机，它的工作速度比之前的单片机快8到12倍。芯片内部有两路PWN并且含有八路10位转换和专用复位电路。这个单片机主要被用来针对干扰力较强的场合。STC12C5A60S2单片机的主要特性有：
增强型的8051单片机，兼容传统8051单片机指令代码，1T机器周期；
2.5V型单片机工作电压为5.5V3.3V；3V型单片机工作电压为3.6V2.2V；
3.STC12C5A60S2工作频率范围：0 35MHz；
4.工业级工作温度范围40 +85℃；商业级工作温度范围 0 75℃；
5.用户应用程序空间大小为8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节；
6.芯片上集成1280字节RAM；
7.通用输入/输出接口，可设置为弱上拉、强上拉、准双向口和推挽这四种模式，每个接口的驱能力都可以达到20mA;
8.利用串口可以做到直接下载程序而不需要利用编程器和仿真器作为辅助，原因在于芯片含有系统可编程和应用可编程的功能；
9.具有EEPROM功能；
10.看门狗；
11.在P4.6接口连接有低压门槛比较器，起到检测电路的功能，防止出现掉电现象；
12.时钟源：芯片含有时钟晶体和电阻、电容振荡器。根据用户自己的需求，可以针对的进行选择。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz；3.3V单片机为：8MHz～12MHz；
13.共有4个16位定时器，其中两个与传统8051兼容的定时器/计数器；
14.共8路10位精度的A/D转换，转换速度可达250K/S(约每秒钟25万次)；
15.STC12C5A60S2芯片有双串口，RxD2/P1.2和TxD2/P1.3；RxD2/P1.2可通过寄存器将RxD2/P1.2和TxD2/P1.3设置到P4.2和P4.3；
2.3传感器介绍
2.3.1 DHT11温湿度传感器
图2.3 DHT11温湿度传感器
温湿度传感器DHT11采用专用的数字模块采集技术及温湿度传感技术，做到了高稳定性和高可靠性的特点。传感器于一个高性能的8位单片机连，内部含有一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。该产品的质量出众、反应迅速、性能强劲、价格低廉并且抗干扰的能力强大。DHT11温湿度传感器使用单线制串行接口，让系统集成变得简单迅速。体积小、功耗低等优势使其成为该类应用中，在严格的应用场合最佳选择。4针单排封装模式更便于连接。
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