欢乐农场项目建设方案1.docx
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欢乐农场项目建设方案1
欢乐农场项目建设方案
2014-03-04
第1章项目概况
1.1项目名称
欢乐农场农业信息化项目
1.2项目建设单位
1.3项目地点
1.4项目范围、规模、内容
项目实施范围包括园区联动大棚的多个智能控制演示：
农场视频监控系统1套
农场灌溉系统1套
pad、手机控制系统1套
电脑端控制系统1套
小型企业WiFi覆盖系统1套
农作物溯源系统1套
农作物生长过程回放系统1套
农场GIS地理信息管理系统1套
1.5建设期限
预期项目建设周期为？
个月
第2章项目建设的必要性和可行性
2.1建设背景
近几十年来信息化革命的浪潮席卷了全球，信息技术为传统的各行各业生产带来了根本性的变革，大大提高了各行业的生产效率。
我国信息技术迅猛发展，在企业信息化，教育信息化，电子政务等方面都取得了较大发展。
可是随着信息化带动着经济高速发展的同时，带来了我国信息化发展日益不平衡的情况，广大的中国农村依然没有搭上信息化发展的快车，加剧了我国经济结构的不合理，难以打破城乡二元经济结构。
为了使我国经济结构更快更好的发展，党的十八大会议上明确提出，必须在加快城市化进程的同时，工业反哺农业，推动农村经济的发展，加快发展现代农业。
现代农业定义是应用现代科学技术、现代工业提供的生产资料和科学管理方法的社会化农业。
简明的意思就是用科学的方法大规模的进行生产用于出售农产品的农业，因此发展现代农业就必须加快农业信息化建设的进程。
结合欢乐农场的实际情况，通过方案的实施不但可以带来切实的增产、增收、减少病虫害，降低养殖、种植风险等切实利益，还可以为客户带来娱乐性和互动性。
2.2项目建设的必要性
2.2.1必要性
现下土地价格越来越高，种植的物种也越来越丰富，以水果瓜蔬花卉苗木等经济作物为主，而这些作物的生长对水、肥等有更迫切的精确灌溉需求。
另一方面，最近几年来人工成本上涨较快，如果不能通过自动化、智能化的手段减少用工人数，那么所生产的作物成本就不会有较好的价格竞争力。
建设智能远程灌溉控制系统，对于高效、科学、精确地保证项目区节水灌溉的质量，对改善农业生产条件、巩固农业基础地位，增加农民收入，改善生态环境，提高人民生活质量，促进社会主义新农村建设，作用明显，也是十分必要的。
以水资源为有限定因素，引导种植结构的调整，实现农业向生产功能、生态功能、生活功能、示范功能和休闲功能于一体的都市型现代农业转变。
在科技迅速发展的今天，现有的设施农业生产结构还存在一些不足。
农业设施环境管理主要靠人工根据经验来进行，由于管理不科学、不规范，严重影响了其效益和发展；在农业设施生态过程研究中，仍然主要依靠人工调查获取数据，使得人工费用较大，而且人为误差也很大，导致水、肥和农药过量，严重影响农作物的质量和产量，污染环境；农业技术推广不到位，农民种植管理技术水平落后，很多新技术没有产生实实在在的经济效益。
都市型现代农业发展的同时必须节约水资源，对水资源相对短缺的城市区来说是十分必要的，而且是长期和紧迫的。
近年来，另一方面，随着人民生活水平的提高，使得用水矛盾十分突出。
为使有限的水资源发挥最大的经济效益，通过调整种植结构，发展高效农业节水灌溉工程措施、农业节水措施及管理节水措施的集成综合，建设节水型农业，同时提高经济效益，增加农民收入，是城乡一体化全面建设小康社会的需要。
充分利用区域资源优势，进一步发展特色产业的要求。
随着社会经济发展和人们生活水平的提高，人们对高端农作物产品的质量也要求越来越高，通过发展高效节能农业、示范农业和高端农业等产品型都市农业，进一步加快优质、美观农产品的生产，通过提高产品的附加值抢占中高端消费市场，增加经济效益。
实现自动化程度很高的智能化农业生产管理，降低生产成本，提高劳动生产力，提高温室的经济效益，开展农业科普教育，促进农业技术的推广使用，提升农业产业技术水平，带动宁波郊区现代化农业灌溉技术的发展。
具有一定的产业发展示范与指导意义。
2.2.2可行性
项目实施的技术条件完善，技术上成熟可行。
农业物联网智能化生产管理技术，在发达国家得到了广泛的利用，智能农业灌溉很好的解决了农业生产中“水资源浪费”与“作物生长需要”的矛盾，是一项高效高能的现代农业生产技术，在我国也正处于广泛利用的发展阶段。
项目推广应用效益可观，前景广阔，经济上可行。
智慧农业示范项目的应用，大大降低灌溉人力成本，并可以有效提高水分利用效率。
系统可以由计算机全自动操作，也可以由客户操作，在保证了植物的安全和品质的前提，让客户全程参与到农业生产中，体会这个过程所带来的乐趣。
第3章系统方案设计
3.1建设目标
欢乐农场将建成为一个真正实现结合农业灌溉信息化、自动化、节能化并具有互动性的小型现代化农业生产基地。
自动监控农场的生产活动，并能远程进行滴灌设备的开关控制。
收集的数据和视频要形成资料库，供客户查询和后期项目利用。
项目单位工作人员能通过软件和网络直接远程控制监控和控制设备。
能自动拍摄果蔬生长的全过程，工作人员在办公室里通过特定的网页或者客户端可实时监控果蔬现场情况。
3.2系统整体架构
系统的整体架构，如下图所示：
基础传感层
该层的主要任务是将大范围内的现实世界农业生产等的各种物理量通过各种手段，实时并自动化的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。
农业物联网所采集的信息主要有如下种类：
（1）农业工作状态信息：
如仪器、设备的工作参数等;
（2）农业地理位置信息：
如物品所处的地理位置等;
信息采集层涉及的技术有：
二维码标签、摄像头、终端、控制器网络等。
农业物联网通讯层
该层的主要任务是将农业信息采集层采集到的农业信息，通过各种网络技术进行汇总，将大范围内的农业信息整合到一起，以供处理。
传输层是农业物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。
网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。
信息汇总层涉及的技术有：
有线网络，无线网络、传统GPRS以及最新的3G、4G等。
农业物联网应用系统层
应用层的主要任务是将信息汇总，层汇总而来的信息进行分析和处理，从而对现实世界的实时情况形成数字化的认知。
应用层是农业物联网的“社会分工”与农业行业需求结合，实现广泛智能化。
通过集成大量科学合理的采用各控制器、视频设备、地理信息技术、建设一个智能分析模型，实现农业生态环境信息化管理平台，能够在互联网及桌面电脑、智能手机等终端上进行系统访问与管理各个设备。
第4章项目设计方案
4.1联动棚智能控制系统
温室智能控制系统适用于园区内多栋连栋温室控制或是科研温室多间实验室的控制。
采用总线方式进行组网控制。
温室远程智能化控制系统以实现对温室的监视、控制为主要功能，并对温室环境信息不间断采集、整理、统计、制图。
软件系统分为两部分，第一部分为现场完全控制版本，操作管理人员可以通过本系统查看，设定和控制温室内的各项参数和设备。
第二部分为远程控制系统，实现远程查看数据设定参数的功能。
控制箱及配套传感器安装实施位于下图AB3、AB4、AB8、AB9、AB10、AB11、AB12、AB13、AB14、AB15、AB16，11个联动棚内。
系统主要功能如下：
●通过通讯线监视温室的当前状态，包括室内温度、室内湿度等采集信息以及各个设备的开关状态。
●远程设定功能：
它可以通过通讯线远程设定各个温室的运行参数，如温度目标值、湿度目标值、光照目标值，以及设备的开关时间等等。
●远程强制手动控制功能：
它可以实现远程强制手动控制各温室内的设备的开关状态。
●手动/自动切换功能，它可以灵活快速地实现各设备的手动/自动控制的切换。
●数据的绘图、统计功能：
它能以曲线的方式绘出某个历史时间段的环境数据的变化曲线，统计指定时间段内的有效积温、有效积光等主要参数，并可以进行打印。
●它可以按年、月、日、时将各个环境数据加以统计，找出任意时间段的最大值、最小值、平均值等信息。
如智能大棚控制系统的系统主页，如下图所示（包括：
远程巡视、智能监控、信息交互、日常管理、专家系统等）：
该主页展示了系统对大棚的远程巡视、环境指标及设备异常报警、公告以及动态信息等相关内容。
在环境指标及设备异常报警一栏，详细记录了空气湿度、土壤湿度、光照度等的标准数据、异常数据、相关设备、状态以及相关视频等信息。
智能大棚控制系统的远程巡视画面如下图所示：
左边的列表选项里，罗列了所有的摄像头，用户可以根据需要查看相关摄像头的监控画面，并且可通过左上角的相关按钮对监控画面进行放大、缩小、聚焦、拍照以及录像等功能。
同时，在左上角的列表按钮下方，用户也可以根据需要，将指定的一个或多个监控点实时图像显示在屏幕上，可以选择1、4、9、16等多种画面分割，能提供多种分辨率以适应各种场合的需要，并可实现全屏显示。
4.2无线环境信息采集系统
GPRS无线环境信息采集网络主要目标是建立无线监测平台，对农产品的生长过程进行全面监管和精准调控，并对进行精确的系统灌溉提供数据。
在系统中，物联网系统的温度传感器、湿度传感器、土壤水分传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、光照强度、土壤水分等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。
使得实现远程控制的技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。
采用无线网络来测量并获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。
本系统采用混合网，底层为多个GPRSDTU监测网络，负责监测数据的采集。
每个GPRSDTU监测网络有一个网关节点和若干个土壤温湿度数据采集节点。
监测网络采用星型结构，网关节点作为每个监测网络的基站。
网关节点具有双重功能，一是充当网络协调器的角色，负责网络的自动建立和维护、数据汇集；二是作为监测网络与监控中心的接口，与监控中心传递信息。
此系统具有自动组网功能，无线网关一直处于监听状态，新添加的无线传感器节点会被网络自动发现，这时无线路由会把节点的信息送给无线网关，由无线网关进行编址并计算其路由信息，更新数据转发表和设备关联表等。
此次基地环境检测箱及配套传感器安装实施位于下图AB3、AB4、AB8、AB9、AB10、AB11、AB12、AB13、AB14、AB15、AB16，11个联动棚内。
检测数据指标包括如下：
●空气相对湿度
测量范围：
0%RH-100%RH；
准确度：
±3%RH（5%-95%RH，25℃）；
分辨率：
0.1%RH；
●空气温度
测量范围：
-20℃～60℃；
准确度：
±0.5℃（0～50℃）；
分辨率：
0.1℃；
●照度传感器
量程：
0Lux-50000Lux；
准确度：
±5%F·S；
分辨率：
1Lux；
●土壤温度传感器
量程：
-20℃-60℃；
准确度：
±0.5℃（0℃-50℃）；
分辨率：
0.1℃；
●土壤水分传感器
量程：
0%-100%；
准确度：
±3%（0%-50%）；
分辨率：
0.1%RH；
●防护型红外二氧化碳变送器
采用多重防护，确保内部的传感器不受外界高湿等环境影响，确保传感器可靠稳定工作。
技术参数如下：
1、采用红外传感器，10年以上工作寿命；
2、量程：
0ppm-5000ppm（0ppm-2000ppm,0ppm-10000ppm可选）；
3、检测分辨率：
1ppm；
4、测量精度：
±（40ppm+3%F·S）（25℃）；
5、重复精度：
±1%；
6、壳体材料：
铝合金隔爆外壳；防护等级：
IP65；
7、工作环境温度：
0℃～50℃；
8、工作环境湿度:
0%RH-95RH（非结露）；
9、模拟信号输出:
4～20mA线性输出；
智能大棚控制系统的环境信息采集（实时数据）如下图所示：
该系统采集的环境信息有：
位置、设备名称、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照、二氧化碳以及更新时间等。
实现远程控制的技术人员还可以根据系统所采集的环境信息，通过相关操作项进行设置，如增加二氧化碳或光照强度等。
左边的菜单列表里，还可以查看智能托管、短信提醒、历史记录、参数设置以及选择生产区域等相关选项。
手机版智能大棚控制系统，实时环境监测画面，如下图所示：
用户可通过智能手机登录该系统，在环境监测一栏的数据分析里，实时查看大棚里的设备状态、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度以及光照度等环境信息，还有实时监控的画面等。
手机版智能大棚控制系统的实时环境监测画面，如下图所示：
在实时监测画面，用户可以根据需要选择需要分析的类型，比如：
空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度等环境信息，还可以自由选择数据分析的起始日期和终止日期。
手机版智能大棚控制系统环境监测数据分析画面（如空气温度），如下图所示：
在上面的实时检测画面，根据需要选择要分析的相关数据，如上图所示，点击【查看】按钮，即可显示当天空气温度的变化情况。
4.3远程灌溉系统
农场灌溉基础设施和生产条件仍使用人工手动控制的方法，这与提高农业生产效率、提高蔬菜苗木品质、降低生产成本、总结种植经验等要求有相当大的差距，对建立品种区域种植体系、发挥新品种展示示范作用、以及对作物种子种苗的研究和应用普及都造成较大障碍，现有的种植条件已经无法满足现代农业生产要求。
为改变这一现状，农场计划在进行喷滴灌设施建设的同时，配套建设先进的节水灌溉技术、水肥一体化技术、智能化控制等技术。
除对水源、管路和灌水器等进行建设外，重点进行灌溉智能控制系统的建设。
可以在一个地图上直观的查看当前所有区域作物种植安排，以及作物的灌溉实况、灌溉后的土壤水分、空气温湿度等相关数据。
用户可以根据不同作物，设置灌溉时间、土壤水分的配置条件，进行远程控制，以便实现作物灌溉的最优化。
对于智控系统和视频系统，均支持局域网授权访问和控制以及广域网授权访问。
通过监控中心、远程电脑、3G移动终端可以对整个基地的数据采集信息进行远程监控并可以进行灌溉的远程操作。
远程灌溉控制箱系统适用于对无人值守的库房、机房等进行远程监控，并可集成在视频监控、报警接收等监控中心。
远程灌溉控制箱，集成电压电流检测多种传感器，远程线开关控制通过232传送到CKNU网络通讯模块，然后通过网络传送到监控中心。
此次基地环境检测箱及配套传感器安装实施位于下图2个灌溉房内。
手机版智能大棚控制系统中的滴灌功能，如下图所示：
用户可通过智能手机登录该系统，在智能控制的滴灌一栏，查看有关大棚种植的土壤温度、土壤湿度以及设备的状态。
用户可根据需要，直接通过智能手机点击设备状态的按钮，对设备进行开启和关闭，这是智能大棚控制系统的实时灌溉功能。
4.4视频监控系统
远程监控系统软件采用的网络视频监控系统软件是一套基于网络的数字化视频监控管理系统，采用标准的互联网通讯协议和先进的视频编/解码技术，符合ISO/OSI开放系统互联标准。
基于面向对象的开发技术，完成信息采集、存储、传输、控制和统一管理的全过程，通过架构在各种专网/局域网/城域网/广域网之上。
真正实现了视频网络实时传输和集中管理相结合的数字化监控技术。
为远程监控提供了全新的观念和更广阔的空间。
网络数字平台监控系统图，如下图所示：
农场摄像头安装方案：
A．枪机：
20个，球机：
9个；
B．枪机：
10个，球机：
5个；
已实施的手机版视频监控系统13#摄像头的视频监控图如下图所示：
用户可通过视频画面下方的四个箭头按钮，对监控画面进行移动和拖拉等操作，实现对监控画面的全方位掌控。
手机版视频监控系统用于实时环境监测的画面，如下所示：
用户可通过智能手机登录该系统，在环境监测一栏的数据分析里，实时查看大棚里的设备状态、空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度以及光照度等环境信息，还有实时监控的画面等。
智能大棚控制系统中对农场基地的实时监控画面，如下所示：
左边的列表选项里，罗列了所有的摄像头，用户可以根据需要查看相关摄像头的监控画面，并且可通过左上角的相关按钮对监控画面进行放大、缩小、聚焦、拍照以及录像等功能。
同时，在左上角的列表按钮下方，用户也可以根据需要，将指定的一个或多个监控点实时图像显示在屏幕上，可以选择1、4、9、16等多种画面分割，能提供多种分辨率以适应各种场合的需要，并可实现全屏显示。
视频监控系统通过网络可实现实时音频浏览，可以在远程计算机上实时监控，亦可实现在远程通过硬件解码器（目前已支持高清解码器）在监视器、电视墙上观看实时视频。
可实现对电视墙投放视频的灵活控制。
同时包括：
Ø多画面监视：
PC浏览客户端上可以实现对多个监控点的显示，电视墙上也可实现将指定的一个或多个监控点实时图像显示在指定的一个或多个显示器上，可以选择1、4、6、9、10、16等多种画面分割，能提供多种分辨率，以适应各种应用场合，并可以实现全屏显示。
Ø多画面轮巡：
可将一组图像设置在一个播放控件窗口或一个电视墙屏幕上，并可设置轮巡间隔时间，以实现多个画面轮流显示。
Ø设置功能：
实现图像参数的手动和自动设置并实时调整的功能。
Ø字幕叠加：
视频画面可叠加反映该段视频时间、地点等信息的字幕。
同时，系统支持对云台和镜头的远程实时控制、雨刮、辅助灯光开关等功能。
云台控制包含：
云台的上下左右转动；巡逻功能；预置位设置功能；云台转动的步进值应可设置。
视频监控系统也支持三种视频存储模式，包括：
中心存储、前端存储和客户端存储。
其中，客户端存储模式包含：
定时录制、手动录制、报警录制三种录制模式。
三种录制模式的解释如下：
Ø定时录制：
根据系统中用户预置的时间表进行录像。
Ø手动录制：
按照用户的开始录像、录像时长、停止录像指令进行控制的录像。
Ø报警录制：
由系统中事件（报警触发、图像运动检测触发）的发生而触发的录像，报警录制应该有预录功能，可设置对报警发生前多少时间的视频信息进行录制。
并且应可设置一次报警发生后总的录像时长。
系统支持录像回放功能，以提供方便的录像检索、查询手段，可根据时间、地点和报警类型等信息检索并回放图像，回放时可实现播放、快放、慢放、单帧放、拖曳、暂停等功能。
同时也能实现录像按文件、按时段下载功能。
报警与联动功能，支持开关量报警、图像运动检测报警以及三级联动处理功能，包括：
前端报警输出、平台报警联动和客户端联动。
视频监控系统也能实现系统平台内部与平台的无限级联功能。
本次视频监控子系统由于摄像机点位集中，建立覆盖整个温室的传输有线网络非常方便，我们建议在光纤到联动大棚边上办公室，通过有线的方式与硬盘录像机链接，建立有线网络传输。
4.5农产品溯源系统
农业生产参数监测、采集、分析以及利用视频监控系统进行图像自动采集，建立田间生产档案，提供为质量追溯系统所用的作物相关信息，包括：
1）作物信息
⏹作物品种
⏹作物图片
⏹生产农户名称
⏹生产大棚名称
⏹种植日期时间
⏹采摘日期时间
⏹包装日期时间
⏹保质期
⏹质量标准
2）作物田间生产日期
⏹作物施肥记录
⏹作物病虫害防治记录
⏹作物灌溉记录
3）检测数据
⏹气象数据
⏹田间数据
⏹图像自动采集
如下图的农产品溯源系统中，产品名称为甜瓜，包含的作物相关信息有：
基本信息（生产批次、生产厂家、产地、仓库、检验结果、种植时间、收获时间等）、生长环境信息（空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳等）以及生长过程（除草、施肥、消毒、喷农药等）的相关信息。
农业管理人员可通过农产品溯源系统，更加全面、系统的了解农产品的基本信息、生长环境信息、生长过程等信息，通过这些信息的对比和分析，以便更好的管理和培育更优良的农产品。
农产品溯源系统中，所获取的有关某农产品的详细信息，如下图所示：
作为独立的质量追溯系统，此模块中的数据可以作为系统的录入单元单独录入，作为作物追溯信息的来源。
为了鄞州农科所的客户能够方便地进行购买农作物的质量追溯，必须为出售农作物提供身份标识。
客户可以通过这一标识，追溯到农作物的绿色溯源信息。
身份标识的具体形态，可以是RFID卡、二维码、条形码等各种方式，考虑到成本投入和加载信息等因素，建议鄞州农科所可采用二维码作为农作物身份标识。
农产品质量溯源平台的产品二维码展示如下图所示：
二维码扫描下的收成信息有：
商品名称、公司名称、收成总量、收成人员以及收成时间。
此模块需要开发二维码生成软件，用于为特定农作物生成对应的二维码。
还需要购买专门的二维码打印机，用于打印二维码标签。
4.6二氧化碳浓度智能控制系统
大量的研究表明，二氧化碳浓度升高在一定程度上对植物的生长具有促进作用。
因此，在一定范围内提高温室或者种植大棚内的二氧化碳浓度，有助于提高农作物的产量。
二氧化碳浓度智能控制系统，可通过二氧化碳变送器检测联动大棚或温室环境内的二氧化碳浓度，农业生产管理人员可通过该系统实时掌握联动大棚或温室环境内二氧化碳浓度的变化情况，及时调整联动大棚或温室环境内二氧化碳的浓度，以促进农作物的生长。
该系统有两项任务：
一是要实现对室内环境因子的实时采集；二是要实现实时控制。
该系统采用“上位机+下位机”的方式。
控制系统效果如下图所示：
该系统通过PC机（上位机）用作系统监控中心和用户操作平台，单片机控制器（下位机）负责采集环境参数及输出信号对设备进行控制。
单片机通过RS232通信协议与上位PC机进行串口通信，系统既可以由单片机系统独立完成温室环境信息的采集、处理和显示也可以由PC机完成监控工作。
系统的硬件部分主要由单片机控制模块、CO2浓度检测模块、控制输出模块、串口通信模块4个部分组成。
该系统通过单片机控制模块来接收CO2浓度检测模块发出的数据并根据要求，命令控制模块执行动作。
单片机中心控制模块采用了8051系列CPU外围芯片，包括程序存储器（E2PROM）、数据存储器（RAM）、输入输出口（I/O）、LED显示电路的扩展，报警电路、复位电路等。
其中，程序存储器是用来存储系统所有的程序代码；数据存储器是用来存储系统运行时要调用的数据及系统实时检测到的数据；LED显示电路配置了4个发光二极管，用来动态显示数据，显示方式为XXXX，显示范围为0-3000mg/kg。
系统采用声光报警电路，当环境因子（CO2浓度）超出设置的上限和下限参数时，响铃亮灯，以提醒工作人员注意；系统还采用两只发光二极管分别代表超上限和超下限，并用一只蜂鸣器来产生声音报警。
CO2浓度检测模块是由传感器和A/D转换器电路构成，负责实时采集现场数据，并将数据送给单片机进行处理。
传感器的任务是获取当前浓度值，但获取的是模拟信号，此模拟信号必须经由前向通道转换成数字信号（通过由模数转换芯片ADC0809来实现）。
转换器0809内部含有的8选1多路选择开关分别对信号进行模数转换，数字量送给单片机进行数据处理和判断分析，并对偏差及其变化率按模糊控制理论进行分析运算后再输出。
控制电路是外部控制设备的自动开关，本设计采用二氧化碳发生器。
CO2是植物光合作用的主要碳源，适宜的二氧化碳浓度可以增加植物的光合作用，从而达到增产的目的。
一般认为，不同植物在生长期对CO2浓度的要求不同，同一植物的不同生长期对CO2浓度的要求也不同。
因此，及时、准确地了解温室内的CO2浓度是保证温室蔬菜高质、快速生长的前提条件。
控制输出模块根据事先设定的室内CO2浓度适宜值范围，输出不同的浓度值。
当检测的实际浓度超出设置的适宜值单位时，自动打开或者关闭控制设备，从而调节相应的环境因子。
串口通信模块实现了单片机与微机之间的串
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