基于ARM的农田气候自动观测系统的设计

摘要

由于农田的环境气候较为多变，农田环境较为开阔，使得实时采集农田气候要素信息成为难题。针对如何解决上述难题，本文设计了一套农田气候自动观测系统，旨在实现农田气候要素的实时采集、实时查询、数据存储，为农田管理者、农业研究者等提供农田气候观测数据。
　　观测系统应用的技术包括嵌入式技术、传感器技术、电路电子技术、无线通信技术。观测系统的应用场景为农业大田环境。观测系统包括两个主要部分，分别为农田气候要素数据采集器和业务端软件。
　　农田气候要素数据采集器包括主采集器和分采集器两部分。主采集器以AT9263芯片为控制核心。采用高精度模数转换芯片完成模拟量到数字量的转换工作。同时具有GPRS无线传输功能和CF卡接口，保证数据的实时上传和长期存储。分采集器以STM32为控制核心，以工业级IC设计信号处理电路。当分采集器接收到主采集器的命令时，将采集数据传送给主采集器。
　　业务端软件以Labview为开发平台。实现农田气候要素的实时观测和命令的下达。操作简单，界面友好，方便管理人员对农田气象要素观测数据的监测和掌握。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的意义及目的

1．2 国外研究现状分析

1．3 国内研究现状分析

1．4 本文研究的主要内容

第2章 农田气候自动观测系统总体设计

2．1 设计原则和要素性能指标

2．1．1 观测系统的设计原则

2．1．2 观测系统的要素性能指标

2．2 观测系统总体结构设计

2．3 数据采集器处理器的选择

2．3．1 主采集器处理器的选择

2．3．2 分采集器处理器选择

2．4 数据采集器通信接口设计

2．5 传感器选型

2．6 数据采集器电源设计

2．7 数据采集器外接存储器设计

2．8 数据采集器和中心业务端通信方式

2．9 观测系统的软件设计方案

2．10 本章小结

第3章 农田气候自动观测系统硬件设计

3．1 观测系统硬件整体结构设计

3．2 电源系统硬件设计

3．2．1 12V电源转换电路

3．2．2 5V电源转换电路

3．2．3 3．3V电源转换电路

3．3 ARM主采集器硬件设计

3．3．1 采集核心电路

3．3．2 气温采集电路

3．3．3 差分信号电压采集电路

3．4 STM32分采集器硬件设计

3．4．1 风要素采集电路

3．4．2 雨量采集电路

3．5 状态检测系统硬件设计

3．5．1 主板温度检测电路

3．5．2 系统状态检测电路

3．6 分采集器扩展接口电路设计

3．6．1 接口扩展电路

3．6．2 接口通信模式选择电路

3．7 本章小结

第4章 农田气候自动观测系统软件设计

4．1 观测系统软件结构设计

4．2 ARM主采集器软件设计

4．2．1 定时器线程

4．2．2 2s线程

4．2．3 1min线程

4．2．4 命令处理线程

4．2．5 数据发送线程

4．3 STM32分采集器软件设计

4．4 通信协议设计

4．4．1 主采集器和分采集器通信协议

4．4．2 主采集器和业务端软件通信协议

4．5 业务端软件设计

4．5．1 业务端软件工作区域

4．5．2 数据监视子窗口

4．5．3 命令发送子窗口

4．6 本章小结

第5章 系统测试

5．1 系统测试环境及设备

5．2 系统测试结果

5．2．1 采集器性能测试

5．2．2 气温采集测试

5．2．3 湿度采集测试

5．2．4 风速采集测试

5．2．5 风向采集测试

5．2．6 雨量采集测试

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢