简介:大学硕士与本科数据采集毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料下载，关于免费教你怎么写数据采集方面论文范文。
（1.北京师范大学附属实验中学,北京 100032；
2.论文范文重点开放实验室智能化农业预警技术重点开放实验室,北京 100081）
摘 要：半干旱地区自动气象站观测数据的质量直接影响着生产决策的准确性.针对现有大田气象数据采集系统不具备自动检测、报警及远程控制功能的缺陷,研制了新型自动气象站,设计并开发了集数据接收、显示、实时控制、监控、报警为一体的综合管理平台.文章主要论述了该系统的设计思想,简要说明了系统的监测原理,重点介绍了系统的主要功能及其主要设计技术.
关键词：自动气象站；实时监测与报警；远程控制；Arduino
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）30-0010-05
农田作物生长需要最佳的水、肥、气、热环境,适时、方便、准确地监测农田气压、气温、降水量、风向、风速、辐射、能见度、土壤温度等多种气象要素,对指导农业生产与农业灾害预警有深远的影响.但现有的用于灌溉系统的气象站应用比较少,而且功能单一,数据传输方式比较传统,传输网络不稳定,无法通过网络或手机实现远程实时查看测试数据,而且至今很少系统实现了对气象数据的自动采集、预警、传输、存储、处理和远程操作.且现有气象采集设备通过电话拨号或者其他方式采集数据,数据采集频率最多为1次/小时,每天采集24次,甚至非汛期时间1次/天,只有在特殊天气过程中才会加密采集.由于数据采集密度不够而不能满足农业短时气象预警服务要求,物联网与嵌入式技术的成熟使自动气象站发展有了突破的可能,可进一步提高气象观测的自动化程度和集成化.而且GPRS是通用无线分组业务系统,GPRS网络是在原有的G论文范文网络基础上架构的,其信号的覆盖面与G论文范文网络一致.在主要大城市建立网关支持节点（GGSN）,实现了GPRS网络与基于IP的外部网络的无缝连接.GPRS通信论文范文低、质量好、可靠性高,具有高时效、永远在线能力.速率介乎14.4～43.2kbps（上下行非对称速率）左右,全部站点可以同时采集,基本上能够实现实况采集.GPRS又是无线连接,可以大大减少因电话线路易遭受感应雷击所造成的损坏.为此,本项目开发了一套基于自动气象站的实时监测与报警系统（以下简称系统）.
1. 系统设计思想
部署方便.在保证系统能完成所要求的各项检测任务的情况下,将系统尽量设计得小巧精致,即要求其占用最小的空间与硬件资源,且对自动气象站系统的正常运行无任何不利影响.此外,还要求其操作简便、设置简单.为此,在系统设计过程中采用了动态控件、嵌入汇编等技术性较强的编程技术.
成本低廉.本系统的控制单元采用成本较低的Arduino单片机.
稳定传输.考虑到大田条件简陋且环境多变、无线信号不能有效传输等问题,本系统的数据通信系统接采用目前比较稳定的GPRS、3G等通信方式将实时采集的数据传输给远程采集处理主机,此方法大大提高了传输的稳定性与时效性.
用户友好.为使系统得到广泛应用,该系统被设计成为一个具有较强开放性的“程序壳”.其参数设置、控制设置及远程处理平台界面等内容均由用户自行完成.
2. 大田气象数据采集系统结构设计与研制
图1
本系统由自动气象站、数据通信系统、远程采集处理主机、远程采集处理软件4大模块组成,如图1所示.自动气象站根据地形和气象要素分布情况进行合理、有效的布置,利用有线传感器节点定时采集各种气象要素,传输给数据通信系统,数据通信系统接收物联网自动气象站采集到的诸多气象数据,并通过GPRS、3G等通信方式传输给远程采集处理主机.远程采集处理主机接收通信系统传来的气象数据,对气象要素进行实时显示和远程控制；同时,根据系统输出的可疑、异常、错误等结果,反馈给用户,以随时采取措施,保证灌溉等农业生产活动的及时进行.另外,还能通过远程操作平台,提供数据的共享.
2.1 硬件框架
在该系统中,主控器为意大利Arduino系列单片机Mega2560 R3,光强传感器使用BH1750,温湿度传感器使用DHT11温湿度传感器,土壤湿度传感器使用土壤温湿度传感器YL-69,数据通讯模块使用linksprite公司的论文范文5100B GPRS通讯模块,人机界面为4.0吋12864液晶屏和矩阵控制按键.主控器通过IIC（Inter-Integrated Circuit）通讯接口读取传感器采集到的数据,然后按照用户要求的形式通过界面将数据呈现,同时将数据通过GPRS模块上传至远程采集控制主机.系统的硬件及其功能如下.
数据采集器:集搜客GooSeeker2015全国数学建模B题“互联网 ”时代的出租车资源配置数据采集方案
2.2 系统硬件及其功能
2.2.1 温湿度传感器.本系统采用的温度传感器是DHT11温湿度传感器,DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器.它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与论文范文的长期稳定性.传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接.因此该产品具有品质论文范文、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点.每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准.校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数.单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷.超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择.连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供.测量分辨率分别为8bit（温度）、8bit（湿度）.
图2
2.2.2 光照传感器.目前,大多数测光系统的光强采集元件都是使用光电三极管或光电池.由于信号放大电路、A/D转换电路等是这两类采集元件必不可少的部分,其系统设计的复杂度较高.高级的测光系统还需要设计多档放大电路来实现大量程测光.这些电路无疑增加了传统测光系统的能耗和空间开销,降低了其灵活度,并且传统的测光系统非常容易受到如红外线、紫外线等非可见光的
干扰.
本系统采用新型单片测光芯片BH1750,较好地解决了传统测光系统的弊端.BH1750是半导体制造商ROHM为适应以移动电话手机为首的便携式机器和液晶电视等的要求而开发出的具有优良光谱灵敏度特性、16bit串行输出的单片数字照度传感器.
BH1750与主控器之间的通讯使用标准的IIC通讯协议.IIC总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其论文范文设备.IIC总线在传送数据过程论文范文有三种类型信号.它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号.主控器通过IIC接口向BH1750发送各种控制命令以及读取测量数据.
（1）主控器向BH1750发送控制命令步骤：主控器产生通讯启动信号；主控器发送8bit的地址数据（其中地址的最后一位应为0,表示写命令）；主控器读取BH1750的应答信号；主控器发送8bit的命令数据；主控器读取应答；主控器产生停止信号.
（2）主控器从BH1750读取数据步骤：主控器产生通讯启动信号；主控器发送8bit的地址数据（其中地址的最后一位应为1,表示读命令）；主控器读取应答；主控器读取高8位数据；主控器产生应答信号；主控器读取低8位数据；主控器产生应答信号；主控器产生停止信号.
2.2.3 土壤湿度传感器.数字温湿度传感器系列中土壤型专用传感器,它把传感元件和信号处理集成起来,输出全标定的数字信号.本系统采用的土壤湿度传感器具有极高的可靠性与论文范文的长期稳定性.传感器包括一个电容性论文范文体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件,并在同一芯片上,与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接.因此,该产品具有品质论文范文、超快响应、抗干扰能力强、极高的性价比等优点.每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定,校准系数以程序形式储存在OTP内存中,在标定的过程中使用.传感器在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数.两线制的串行接口与内部的电压调整,使论文范文系统集成变得快速而简单.该模块主要是湿度数据采集,湿度数据采集主要由土壤温湿度传感器YL-69对土地中的土壤湿度进行采集.在系统中,YL-69湿度传感器的主要功能就是采集数据.采集的是土壤中的湿度,其在系统中电路原理图如图3所示：
图3
2.2.4 GPRS通信模块.论文范文5100B模块是一款尺寸紧凑的G论文范文/GPRS模块,采用论文范文T封装,基于STE的单芯片案,采用ARM926EJ-S架构,性能强大,可以内置客户应用程序.可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方向.
2.3 系统各功能模块布线连接
本系统的主控单元Arduino Mega2560是采用USB接口的核心电路板,具有54路数字输入输出,适合需要大量IO接口的设计.处理器核心是ATmega2560,同时具有54路数字输入/输出口（其中16路可作为PWM输出）、16路模拟输入、4路UART接口、1个16MHz晶体振荡器、1个USB口、1个电源插座、1个ICSPheader和1个复位按钮.主控单元实现对其他模块的控制与接受数据功能都是通过与各功能模块之间通过连线方式实现.现将主控模块与各模块的连接方式介绍如下.
2.3.1 温湿度传感器DHT11连接.该模块主要是温湿度数据采集,温湿度数据采集主要由土壤温湿度传感器DHT11通过变送电路对土地中的土壤温湿度进行采集.在系统中,DHT11温湿度传感器的主要功能就是采集数据.采集的是土壤中的温度和湿度,其在系统中电路连接图如图4所示：
图4
图4中的DHT11的1脚接电源,2脚为单总线数据和命令传送口,接到单片机的P1^5口,3脚悬空,4脚接地.在电源与地之间接一个100nf的瓷片电容用以去耦滤波,在2脚还接一个4.7K的上拉电阻来拉高2脚的电压.具体的实现过程是,DHT11的供电电压为3～5.5V,传感器上电后,要等待1s以达到稳定状态,期间无需发送任何指令.当要读取该器件的数据时,单片机先发送一个指令,然后等待DHT11的响应,当单片机接收到DHT11的响应后才能读取DHT11采集到的数据.2脚的DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯与同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间为4ms左右.数据分为小数部分和整数部分,具体格式如下：
DATA等于湿度数据高位+湿度数据低位+温度数据高位+温度数据低位+校验和
图5 BH1750接线图
2.3.2 光照BH1750传感器连接.如图5所示,BH1750只需占用主控器的3个I/O端口就可以正常工作.如果系统需要采用多片此IC,则每两片BH1750可以共用这3个I/O端口,只需将其中一片的地址脚ADDR接高电平,另一片接低电平就可以互不干扰,主控器将通过不同地址访问不同IC.文中系统评估部分的两片BH1750就是使用这种接法,只需占用主控器的3个I/O端口就可以正常工作.如果系统需要采用多片此IC,则每两片BH1750可以共用这3个I/O端口,只需将其中一片的地址脚ADDR接高电平,另一片接低电平就可以互不干扰.主控器将通过不同地址访问不同IC,文中系统评估部分的两片BH1750就是使用这种接法.
2.3.3 土壤湿度传感器连接图.YL-69湿度传感器的原理相对简单,其连接方式如图6所示：
图6
图6中的4脚接电源,3脚接地,2脚为数字信号口,1脚为模拟信号输出.模块带有电压比较器,本系统只用4、3、1口,2脚悬空,将1口与数据处理模块相连,通过公式就可算出土壤湿度,具体公式如下：
土壤湿度（%）等于｛［100-（X-917）/45］-30｝×1.43%X为检测值.
2.3.4 液晶屏与矩阵论文范文连接方式.12864是128×64点阵液晶模块的点阵数简称,业界约定俗成的简称.控制芯片一般采用ST7920或者与之相兼容的,数据总线采用8位并口与SPI串口方式.字库版12864液晶不需要用点阵生成器把汉字变成点阵后再输入,直接输入汉字内码即可显示出对应汉字,无字库版想要显示汉字,只能自己按照点阵方式驱动.
单片机在我国已广泛应用,其所使用的论文范文是扫描式论文范文,这种论文范文的行、列分别由一个I/O口来控制,一个作为输出扫描口,一个作为输入扫描口,一般需要两个I/O口,CPU要逐行、逐列进行扫描判断,程序量大.而一个4×4十六键的薄膜编码论文范文只需要一个I/O口,节省了资源,且程序量小,使用灵活方便.
图7是Arduino与12864液晶SPI连接方式以及矩阵论文范文的硬件连接图：
图7
2.3.5 GPRS通信模块与API.GPRS模块专门设计的可以与单片机无缝贴合,其通信模式采用HTML格式上传传感器数据,H论文范文P类型分为两种：Post和Get,Get方式直接在Url增加参数即可,处理Post方式,需要根据API参考的格式Post对应的数据,上传格式如下：-request POST--data[{"Name"："T1","Value"：“23"}].返回格式均为Json,参照API参考获知各字段信息.
3.系统工作与运行
3.1 系统工作流程
系统工作时要先进行各部分的初始化,完成后开始接收用户命令,根据用户的不同操作执行不同的任务.具体流程如图8所示：
图8
3.1.1 远程短信控制：设备初始化完毕后,用户只需要在第一次使用该设备时设置授权手机号,设备将保存该手机号到内存中,G论文范文/GPRS模块与论文范文控制器建立好联接,此时如果用户需要控制论文范文控制器开机,则用已授权的手机号编辑短信“#a1b1c0d1e1f1g1h1i1j1k1l1”通过移动运营商发送到设备的ID地址上；设备的G论文范文/GPRS模块接收到该条短信后,通过串口给设备的论文范文控制器发送有短信提示,论文范文控制器发出读短信的命令,把该条短信从G论文范文/GPRS模块读到论文范文控制器的缓存中,根据G论文范文标准协议取出有效内容进行解码,然后解析为继电器控制命令,通过论文范文L电平的串口发送给继电器,继电器接收到命令后依次执行相应操作.
3.1.2 实时采集传输：本系统可根据实际需求,在初始化时,通过装置的输入面板自定义设置采集数据间隔,主控装置将传感器实时采集的状态信息进行编码,格式化为HTML传输数据格式,通过串口发送给G论文范文/GPRS模块,G论文范文/GPRS模块通过移动运营商的移动基站发送短信到远程信息采集处理主机的API上,主机通过解析将用户上传的数据存储并进行相应处理.
3.1.3 短信预警.如果传感器上传的数值超过系统所设阈值,远程采集处理主机将异常信息反馈信息进行编码,格式化为短信数据,通过串口发送给G论文范文/GPRS模块,G论文范文/GPRS模块通过移动运营商的移动基站发送短信到短信通信模块,从而到达用户手机上,此时用户收到反馈信息.
3.1.4 远程信息解析与处理.远程信息解析与处理平台分为三层,即“云端服务器-网关-设备”的架构.“设备”是指可以采集、测量数据或者可以被控制的设备或仪器；“网关”的作用是将设备的采集数据发送到云端服务器上或者将控制数据返回给设备,“网关”前端能够与测量设备进行通信,后端需要具备网络功能；而“云端服务器”上部署了数据存储、分析等的数据库,最后用户通过客户端（电脑、手机）等可以以浏览器的形式访问数据库,就可以实现丰富多样的基于数据的应用.
3.2 远程采集处理平台的运行
登录服务器网站,需要注册一个新用户,点击“注册”即可注册*.使用注册的用户名、论文范文进行登录,进入到系统,会看到左边的管理菜单的“我的设备”菜单,在这里可以增加你的测量设备.用户注册成功后会分配一个Userkey,在调用需要授权的API时,需要在H论文范文P的Header中增加Userkey,Userkey可以在论文范文中找到.首先添加网关,通过点击“添加网关”选择编辑已有的默认网关或者选择添加新网关,填写相关信息后点击保存.添加网关之后,需要添加网关下面的设备.点击“添加设备”,填写相关信息后,点击保存即可.添加成功之后通过短信方式远程打开气象采集装置,即可通过服务器查看和处理设备上传的数据.
该平台还提供数据的查询及分析功能,可实现实时监控、查看走势、历史数据查询、数据分布和数据预警等基本功能：
3.2.1 实时监控.您可以实时地查看您测量设备的当前数据显示,反向控制设备.
3.2.2 历史走势分析.气象采集装置的测量数据将进行分类存储以供随时查询和分析,用户可以查询一段时间内的历史数据走势图,了解数据变化趋势.历史数据的查询支持将数据导出存为.csv格式的Excel文件.
3.2.3 数据分布统计.用户可以查看您的测量数据的分布区间情况.
3.2.4 数据报警分析.用户可以设置测量数据的正常值范围,并可以在系统里输入监测人的手机号码.当测量数据超过所设阈值区间,系统会定时地给该手机号码发送短信提醒数值超限,请求监测人及时处理.
4. 结语
远程实时数据采集处理系统的建立,在实现数据采集的同时,将采集数据通过GPRS实时、准确、可靠地传输至远程主机,远程主机在分析处理数据后可向用户推送预警信息,以期为农业生产活动提供准确及时的决策支持信息.目前,系统通过了小规模的试验验证,并将在实际应用中不断完善.
参考文献
[1] 王慧,李栋梁．西北干旱区常规气象站与野外试验站观测的气象要素的对比分析[J]．高原气象,2010,（2）：514-522．
[2] 倪天龙．单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用[J]．单片机与嵌入式系统应用,2010,（6）：60-62．
[3] 王建,毛腾飞,陈英革．基于BH1750芯片的测光系统设计与实现[J]．常熟理工学院学报,2011,（2）：117-120．
[4] 唐慧强,周静艳．物联网自动气象站远程数据采集处理系统[J]．南京信息工程大学学报（自然科学版）,2011,（5）：436-439．
[5] 高英明,张环月,邹念育,康哲．一种多功能照度计的设计[J]．计算机系统应用,2012,（3）：252-255．
[6] 迟天阳,杨方,果莉．节水灌溉中土壤湿度传感器的应用[J]．东北农业大学学报,2006,（1）：135-137．
[7] 周钦强,敖振浪,谭鉴荣,伍光胜．基于GPRS的自动气象站通信组网方案研究[J]．微计算机信息,2008,（15）．
[8] 安兴亚,童小念．基于GPRS的单片机无线接入Internet方式[J]．计算机与数字工程,2005,（4）：116-119．
[9] 李波,吕新丽．基于单片机的GPRS上网系统设计 [J]．现代企业教育,2012,（15）：89．
[10] 王家兵．利用Arduino及Android终端的图书馆机房远程监控系统研发[J]．现代图书情报技术,2012,（10）：89-92．
总结：该文是关于数据采集论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
数据采集器引用文献:
[1] 数据采集论文范文 关于数据采集方面论文参考文献范文3000字
[2] 数据采集论文范文 数据采集方面自考开题报告范文2万字
[3] 数据采集论文范文 数据采集类专升本毕业论文范文8000字
