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農業電子信息系統設計實踐(101計劃核心教材新農科領域)

  • 作者：編者:王忠義|責編:劉小琳
  • 出版社：電子工業
  • ISBN：9787121525377
  • 出版日期：2026/03/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：130
人民幣：RMB 40 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是一本注重實戰的農業電子信息系統開髮指南。全書貫徹「做中學」的理念，通過完整的項目實踐，引導讀者從需求分析開始，經歷硬體選型、電路設計、感測器與執行器的應用、嵌入式編程、數據採集處理及上位機開發等流程，最終構建一套貼近實際應用的農業環境監測或智能控制系統。每章之後均附有思考題和設計題，答案可掃描目錄之後的二維碼獲取。
    本書旨在幫助讀者掌握硬軟結合的系統集成能力，深入理解農業工程的特殊需求與挑戰，並培養讀者解決複雜工程問題的綜合素養。本書適合農業工程、電子信息、自動化、物聯網等相關專業的師生作為實踐參考，也適合農業現代化領域的工程師和技術愛好者參考使用。
作者介紹
編者:王忠義|責編:劉小琳
    王忠義，博士，中國農業大學信息與電氣工程學院教授、博士生導師。長期從事生物電子學、感測器、智能儀器及農業電子信息技術的教學和科研工作，主持和參與多項國家級課題，發表論文多篇，擁有多項發明專利和軟體著作權。
目錄
第1章  農業電子信息系統入門與項目規劃
  1.1  實踐開篇：認識身邊的農業電子信息系統
    1.1.1  從案例開始：智能溫室、精準灌溉、畜禽舍監控
    1.1.2  系統核心組成：感測器、控制器、執行器、通信單元
    1.1.3  本書核心實踐項目介紹：溫室環境監測與自動調控系統
  1.2  項目啟動：如何定義系統需求
    1.2.1  實踐方法
    1.2.2  確定關鍵監測參數與控制目標
    1.2.3  明確設計約束
    1.2.4  項目規範化管理
  1.3  設計工具入門：使用繪圖工具勾勒系統框架
    1.3.1  工具介紹
    1.3.2  手動繪製：系統框圖與數據流圖
  1.4  必須遵循的規範與標準
    1.4.1  電氣安全規範
    1.4.2  電磁兼容性設計考慮
    1.4.3  農業環境下的防護等級選擇指南
  本章總結
  思考題
  設計題
第2章  感知層設計——選對和用好感測器
  2.1  農業常用感測器原理與選型實戰
    2.1.1  溫濕度感測器：DHT22、SHT3X的對比與選型
    2.1.2  光照度感測器：BH1750的使用場景
    2.1.3  土壤水分感測器：電阻式與電容式的區別與校準方法
    2.1.4  其他環境感測器簡介：CO2、pH值、EC值
  2.2  感測器電路設計與信號調理
    2.2.1  實戰電路搭建：上拉電阻、分壓電路、濾波電路
    2.2.2  運算放大器的使用：如何放大微弱的感測器信號
    2.2.3  模數轉換原理與單片機內置模數轉換器的使用
  2.3  感測器校準與數據準確性保障
    2.3.1  實踐方法：一點校準和兩點校準
    2.3.2  動手操作：使用標準儀器對土壤水分感測器進行現場校準
    2.3.3  數據處理：剔除異常值的簡單演算法
  本章總結
  思考題
  設計題
第3章  控制核心設計——微控制器與印製電路板設計
  3.1  微控制器選型：Arduino、ESP32、STM32對比
    3.1.1  核心參數解讀：主頻、Flash、RAM、GPIO數量
    3.1.2  項目選擇：為何選用ESP32
  3.2  開發環境搭建與基礎程序編寫
    3.2.1  工具安裝：Arduino IDE或VS Code的配置
    3.2.2  第一個程序：點亮LED
    3.2.3  關鍵編程實踐：讀取感測器數據
  3.3  印製電路板設計實戰
    3.3.1  設計工具入門：嘉立創EDA快速上手
    3.3.2  從原理圖到PCB：繪製感測器介面、電源模塊、MCU最小系統
    3.3.3  PCB板層與布局布線核心規範
    3.3.4  生成製造文件並下單打樣實戰流程

    3.3.5  打樣的調試與修復
  本章總結
  思考題
  設計題
第4章  執行層與通信設計——讓系統「動」起來
  4.1  驅動執行器件：繼電器、電機、電磁閥
    4.1.1  繼電器模塊使用：控制220V交流設備的安全規範
    4.1.2  直流電機驅動：L298N模塊控制水泵、捲簾
    4.1.3  電路設計要點：隔離、續流二極體、功率計算
  4.2  通信技術選擇與實現
    4.2.1  短距離通信：ESP32的Wi-Fi連接與數據發送
    4.2.2  遠距離低功耗通信：LoRa模塊點對點通信實戰
    4.2.3  通信協議設計：定義簡單的自定義數據幀格式
  4.3  系統供電設計
    4.3.1  方案選擇：市電、電池、太陽能
    4.3.2  電源模塊設計：LM2596、AMS1117的使用
    4.3.3  低功耗設計規範：休眠模式、定時喚醒
  本章總結
  思考題
  設計題
第5章  軟體與雲平台設計——數據的存儲與展示
  5.1  嵌入式程序結構優化
    5.1.1  實踐方法：使用狀態機管理複雜邏輯
    5.1.2  編寫自動控制邏輯：if-else語句與PID控制演算法簡介
  5.2  雲平台選擇與數據接入
    5.2.1  主流IoT平台對比：ThingsBoard、阿里雲IoT、SIoT
    5.2.2  實戰：將ESP32數據通過MQTT協議上傳到ThingsBoard
  5.3  構建簡易的上位機監控界面
    5.3.1  工具介紹：使用Node-RED快速拖曳生成Web界面
    5.3.2  動手操作：創建實時數據曲線、歷史數據表格、手動控制按鈕
    5.3.3  實現報警功能：溫度超過閾值時發送郵件或簡訊提醒
  本章總結
  思考題
  設計題
第6章  系統集成、測試與部署
  6.1  系統集成與組裝
    6.1.1  機箱與外殼選擇：防水盒、防塵設計
    6.1.2  布線規範：線纜顏色區分、標籤、固定與防護
    6.1.3  整體組裝：將感測器、控制器、執行器、電源集成到模擬溫室中
  6.2  系統測試方法與故障診斷
    6.2.1  制訂測試計劃：單元測試、集成測試、系統測試
    6.2.2  常用工具：萬用表、示波器、邏輯分析儀的使用技巧
    6.2.3  常見故障與排查指南：通信中斷、數據跳變、執行器不動作
  6.3  部署、運維與項目總結
    6.3.1  現場部署注意事項：防雷與浪涌、防潮、防鼠、防曬與散熱
    6.3.2  系統穩定性保障與長期運維要點
    6.3.3  本書項目總結與擴展方向
  本章總結
  思考題
  設計題

第7章  擴展與實踐——分散式系統與移動平台集成
  7.1  多節點組網技術與通信協議
    7.1.1  應用場景：從溫室到田間——分散式系統的必要性
    7.1.2  網路拓撲選擇：星形、樹形、網狀網
    7.1.3  實戰：基於LoRa的溫室集群監測
    7.1.4  通信協議優化：MQTT主題規劃與數據包設計
  7.2  App開發入門
    7.2.1  技術路線選擇：原生開發與跨平台開發
    7.2.2  實戰：使用Flutter構建簡易監控App
    7.2.3  App發布準備：圖標、簽名與測試
  7.3  數據持久化與簡單分析
    7.3.1  雲平台數據存儲與導出
    7.3.2  可視化數據分析初探
  本章總結
  思考題
  設計題
第8章  前沿與進階——農業電子信息系統中的數據智能與創新應用
  8.1  農業數據智能入門
    8.1.1  從數據到決策：機器學習在農業中的應用概覽
    8.1.2  實戰：基於雲端規則的智能報警升級
    8.1.3  入門級AI應用：在ESP32上運行TensorFlow Lite Micro
  8.2  高級感測器與執行器應用
    8.2.1  視覺感測：使用攝像頭進行作物生長監測
    8.2.2  環境因子綜合調控：CO2施肥與補光策略
  8.3  系統架構演進與項目復盤
    8.3.1  從單體到微服務：雲原生架構簡介
    8.3.2  全書項目大復盤：架構圖回顧與優化討論
    8.3.3  創新項目啟發：你的下一個農業電子項目
  思考題
  設計題
  全書總結
附錄
  附錄A  常用感測器關鍵性能參數表
  附錄B  故障排查速查表
  附錄C  行業標準與規範清單
  附錄D  元器件選型與採購指南
  附錄E  項目文檔模板
參考文獻

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