基于GSM大棚微噴灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：文章介紹了一種以STC89C52單片機(jī)和GSM通信模塊為核心的遠(yuǎn)程大棚微噴灌溉控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有液晶顯示、串口通訊、GSM通信功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對大棚溫濕度的實(shí)時監(jiān)測及大棚濕度的控制。

0 引言

我國是一個水資源極為短缺的國家，根據(jù)水利部、中國工程院等部門的預(yù)測，我國農(nóng)業(yè)用水必須維持零增長或負(fù)增長，才能保證我國用水安全和生態(tài)安全，緩解水資源供需矛盾的重要途徑之一是發(fā)展先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)。直至今日，灌溉技術(shù)日趨先進(jìn)，但多數(shù)的灌溉還停留在按鍵控制微噴灌溉或半自動手動灌溉，自動控制設(shè)備幾乎是空白。針對傳統(tǒng)的灌溉控制器布線多、施工難，且采用RS485與計算機(jī)通信時距離受限、以及手機(jī)的普及等問題，因此，提出了一種基于GSM大棚微噴灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計，隨時隨地通過手持設(shè)備完成對農(nóng)作物的微噴灌溉控制。本系統(tǒng)通過AM2301溫濕度傳感器采集大棚溫濕度信息，經(jīng)由GSM網(wǎng)絡(luò)的傳送指令，以單片機(jī)為信息處理中心，輸出信號至電磁繼電器，控制微噴口，解決大棚微噴灌溉領(lǐng)域遠(yuǎn)程控制問題。

1 微噴灌溉控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于GSM大棚微噴灌溉控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個系統(tǒng)由電源、微處理器、顯示器、通信電路、數(shù)據(jù)采集電路、輸出驅(qū)動電路組成。采集電路采集土壤水分、濕度信息送入微處理器進(jìn)行信息處理，并通過GSM通信模塊發(fā)送溫濕度信息到遠(yuǎn)程農(nóng)戶手機(jī)終端，用戶查看監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令控制電磁閥的通斷，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程灌溉控制。

2 電源、微處理器及接口電路

通過變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過程將220V交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并實(shí)現(xiàn)12V電壓穩(wěn)定輸出，12V直流穩(wěn)壓電源設(shè)計的電路圖如圖2所示。單片機(jī)系統(tǒng)中供電的5V電源可通過12V電源轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

本設(shè)計微處理器采用的是STC89C52單片機(jī)，如圖4所示，圖中還包括復(fù)位電路、晶振電路及接口電路等。

3 通信電路

通訊模塊主要是用于把保存在CPU中的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中進(jìn)行比較分析，從而能夠更好地調(diào)整和改進(jìn)控制方案，本設(shè)計中涉及兩種通訊方式，RS232通信方式和GSM通信方式。RS232采用異步通訊方式，傳輸速度有限，且傳輸?shù)木嚯x有限，只適合短距離、少量數(shù)據(jù)的通訊，能夠很方便與PC機(jī)的COM口相連接，用于程序的在線調(diào)試和下載，RS232通信電路如圖5所示。GSM通訊方式能夠遠(yuǎn)距離無線傳輸，適合遠(yuǎn)程控制。

GSM通信模塊采用的是由華為生產(chǎn)的一款三頻段GTM900無線收發(fā)射模塊，它支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集，使用時該模塊要先插入一個SIM卡，當(dāng)用戶通過手機(jī)發(fā)送短信給SIM卡時，接收到短信后經(jīng)過處理控制繼電器電路，實(shí)現(xiàn)電磁閥的通斷。該模塊能提供豐富的語音和信息接收、發(fā)送功能，因此其在現(xiàn)實(shí)生活中具有廣泛的應(yīng)用，GSM通信模塊內(nèi)部電路如圖6所示。

4 顯示模塊及繼電器電路

為實(shí)時反映溫度、濕度值等環(huán)境狀態(tài)，便于用戶對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，顯示模塊采用LCD1602，其電路如圖7所示。該芯片為工業(yè)字符型液晶顯示，能夠同時顯示16x2即32個字符。

繼電器電路主要實(shí)現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的隔離控制，處理器通過控制繼電器的通斷實(shí)現(xiàn)電源接線點(diǎn)的選擇，控制電磁閥的通斷，其原理圖如圖8所示。

5 軟件設(shè)計

系統(tǒng)控制軟件采用C語言編程和模塊化設(shè)計思想，各功能模塊都有相應(yīng)的子程序，通過主程序調(diào)用。系統(tǒng)包括的功能模塊子程序有傳感器檢測、液晶顯示、GSM通信等，系統(tǒng)主函數(shù)流程圖如圖9所示，GSM通信子程序流程圖如圖10所示。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理的實(shí)時化，信號檢測的多元化和連續(xù)化。檢測信號可以為溫度、濕度等多種不同類型。程序可隨時修改，適應(yīng)性強(qiáng)，并且控制系統(tǒng)具有簡單、靈活、價廉、實(shí)用等特點(diǎn)，可滿足不同用戶的需要。目前，部分溫室大棚已經(jīng)安裝有通風(fēng)、加熱、噴淋等設(shè)備，只需在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加環(huán)境參數(shù)采集傳感器及輸出控制器，就能實(shí)現(xiàn)上述功能。所以本系統(tǒng)有一定的市場應(yīng)用價值。