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1、远程分布式环境监测及喷灌控制系统通信模块设计wifi数据传输摘要：本文设计了一套基于WIFI网络通信数据传输系统，是以Arduino mega 2560单片机为核心控制部件，组成喷灌控制系统数据传输电路，并以WIFI通信方式实时传输各个传感器间的数据，将温湿度数据呈现在LCD显示屏上，并通过数据阀值控制抽水电机工作，实现对温室的温湿度实时监控与控制。逻辑还可以内容太少了 关键词：Arduino mega 256；无线 ESP8266；喷灌控制系统；传感器Abstract：This paper designs a WiFi based network communication data tra
2、nsmission system is the Arduino Mega 2560 microcontroller as the core control unit, composed of sprinkler control system data transmission circuit, and to WiFi communication real time transmission of each sensor data, temperature and humidity data are presented on the LCD display, and through the da
3、ta threshold control work of pumping motor, the realization of the greenhouse temperature and humidity real-time monitoring and control.Key words: Mega Arduino 256; wireless ESP8266; sprinkler irrigation control system; sensor1 引言这部分你要阐述你的研究背景研究意义，研究价值，研究内容 我国是农业大国，喷灌控制系统广泛应用于农业生产。传统喷灌控制系统中数据的传输依赖于有
4、线传输，而有线传输在实际应用中又弊病百出：有线方案施工繁琐、设备后期维护成本高、传输距离受限等。针对此问题，本文设计了一套基于WIFI通信模块的远程分布式环境监测及喷灌控制系统。具有传输速度高、覆盖范围远、组网简单、与 Internet 可无缝连接等优点。它能够实时传输监测数据，根据检测结果按需精确灌溉，达到高效节水的目的。 该系统使用了Arduino开发板，解决了单片机编程繁琐的问题，同样简化了同单片机工作的流程。由于Arduino具有开放性、开源性、低成本、扩展性强等众多优点，已经收到了国内外的众多开发者和企业的广泛关注和使用。 本文介绍了利用WIFI组建无线局域网的方法，重点阐述了喷灌控
5、制系统电路的设计，包括温湿度传感器接入模块、无线 ESP8266传感器发射模块、无线 ESP8266传感器接收模块、数据滤波模块、数据液晶显示模块、控制模块。随着无线通信技术，计算机技术，自动化技术以及其他IT技术的发展，利用无线技术实现数据通信传输的成本会逐渐降低，系统的稳定性和可靠性将逐步提高，使得WIFI技术成为具有发展优势的数据传输解决方案。2系统设计方案2.1 设计思路 本设计主要是为了解决田间温湿度自动检测，wifi通信方式和喷灌控制的问题。一个完整的基于WIFI的精确喷灌控制系统主要由发射端和接收端实现。发射端的传感器采集田间墒情（包括土壤温、湿度）后通过无线模块发送到接收端，并
6、由接收端进行数据处理，将数据呈现在显示器上，通过对比之前设置好的温湿度阀值，控制喷灌电机工作。 系统以Arduino mega 2560单片机为核心控制部件，组成喷灌控制系统数据传输电路，并以WIFI通信方式实时传输各个传感器间的数据，将温湿度数据呈现在LCD显示屏上，并通过数据阀值控制抽水电机工作，实现对温室的温湿度实时监控与控制。2.2 设计框架及结构 为了实现前述的功能及设计意图，本设计的框架为一下四个部分数据采集部分、显示部分、数据传输部分、系统控制部分。在实现过程中又把系统分为六个模块来实现，温湿度传感器接入模块、无线 ESP8266传感器发射模块、无线 ESP8266传感器接收模块
7、、数据滤波模块、数据液晶显示模块、控制模块。数据采集模块：AM2302温湿度传感器数据滤波模块 传输端控制模块 ：Arduino R3 数据传输模块：ESP-8266液晶显示模块：arduino1602 发射端 接收端控制模块 ：Arduino R3 喷灌电机数据传输模块：ESP-8266 接收端不能只是单方的图，要加一定的文字阐述说明你在做什么事情，为什么要这样做？2.3系统硬件设计2.3.1 数据采集模块 AM2302 考虑基于温室土壤的环境、传感器的响应时间、抗干扰能力、性价比等综合因素，本文选用AM2302数字温湿度传感器。DHT22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
8、复合传感器。它应用专门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卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该传感器具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。该传感器超低能耗、传输距离远、全部自动化校准、采用电容式湿敏元件、完全互换、标准数字单总线输出、卓越的长期稳定性、采用高精度测温元件。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。体积小、功耗低、信号传输距离远，适用于较多苛刻应用环境。DHT22 数字温湿度传感器采用4针单排引脚封装，方便连接。外形尺寸（单位：mm） AM2302引脚分配 引脚名称描述VDD 电
9、源（3.3V-5.5V）SDA串行数据，双向口NC空脚GND地 AM2302引脚分配图 引脚说明（VDD SDA GND）AM2302的供电电压范围为3.3V-5.5V，使用中我们供电电压为5V。数据线SDA引脚为三态结构，用于读写传感器数据。把格式调一下单总线通信方式：单总线通信：AM2302 器件采用简化的单总线通信。（要写的像论文不是在做笔记）单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由数据线完成。设备通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约 5.1k的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。
10、由于它们是主从结构，只有主机呼叫传感器时，传感器才会应答，因此主机访问传感器都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，传感器将不响应主机。即用户主机发送一次起始信号（把数据总线SDA拉低至少800s）后，AM2302从休眠模式转换到高速模式。待主机开始信号结束后，AM2302发送响应信号，从数据总线SDA串行送出40Bit 的数据，发送数据结束触发一次信息采集，采集结束传感器自动转入休眠模式，直到下一次通信来临。（如图1）图一2.2.2 液晶显示模块LCD 1602本文选用的是型号为LCD 1602的液晶显示屏模块。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的
11、点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。LCD 1602液晶显示屏 具有以下优点： 显示效果完美 I2C总线控制仅占用2个IO口 液晶背光可控，可以通过跳线控制，也可以通过程序控制 板载对比度调节电位器 接口标注方便使用 使用Arduino库文件编程，程序简单1602采用标准的16脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一
12、个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光电源正极第16脚：背光电源负极 设计中驱动1602液晶显示屏需要7个IO口，但是由于Arduino控制板IO接口有限，同时为了使接线方式简便，我们使用了一块LCD1602转接
13、板。LCD1602转接板LCD1602转接板特点：1.供电电压：+5v2.支持I2C协议3.具有背光灯，和对比度调节电位器4线输出更简单5.设备地址：0x27接线说明GND：系统电源负极VCC：系统电源正极SDA: IIC数据线SCL: IIC时钟线2.2.3 WIFI数据传输模块ESP-8266 Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基
14、于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为无线保真。甚至把无线保真等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）。 ESP8266是一个完整且自成体系的 WiFi网络解决方案，能够独立运行，也可以作为从机搭载其他主机MCU运行。ESP8266在搭载应用并作为设备中唯的应处理器时，能够直接从外闪存中启动。内置的高速缓冲存储器有利于提系统性能，并减少内存需求。另外种情况是，ESP8266负责无线上网接入承担 WiFi 适配器的任务时，可以将其添加到任何基于微控制器的设计中，连接简单易，只需通过SPI /SDIO接口或 I2C/UART口即可。该模块核心处理器 ESP8266 在较小尺寸封装中集成了业界领先的 Tensilica L106 超低功耗32位微型 MCU，带有16位
