基于GPRS的大棚智能監控系統

2 系統的總體設計方案

大棚現場(chǎng)的溫度、濕度、CO2、風(fēng)速等參數通過(guò)不同的傳感器采集后，通過(guò)傳輸線(xiàn)送入單片機，經(jīng)微處理器的處理后通過(guò)GPRS模塊根據需要發(fā)送到農場(chǎng)監控室的PC機或者是管理者所攜帶的手機上，同時(shí)單片機對數據與原設數據進(jìn)行比較分析，啟動(dòng)現場(chǎng)的執行系統如電機、噴藥噴肥、報警系統等，完成大棚的灌溉、自然災害的預防等控制功能。另外，通過(guò)GPRS所具有的網(wǎng)絡(luò )連接功能，上級部門(mén)由GPRS模塊所獲得的動(dòng)態(tài) IP地址隨時(shí)對大棚進(jìn)行抽樣調查，了解某區域的農作物生長(cháng)環(huán)境情況，還可以將該地區的以往的高產(chǎn)經(jīng)驗環(huán)境參數發(fā)送給農場(chǎng)管理者參考。

3 系統的總體結構

基于GPRS大棚智能監控系統的總體結構框架如圖2所示。系統由下位機和傳感器執行機構檢測控制、上位機監控、GPRS無(wú)線(xiàn)數據傳輸、移動(dòng)終端和互聯(lián)網(wǎng)等五部分組成?，F場(chǎng)監控的下位機系統由單片機作為微處理器，而上位機為中心的監控管理部門(mén)則采用PC機作為主控機。管理者只需要使用現有的高級語(yǔ)言編程模塊，在監控室內部或持有手機等無(wú)線(xiàn)終端就可以隨時(shí)了解現場(chǎng)狀態(tài)，完成控制。

基于GPRS的大棚智能監控系統

系統各部分說(shuō)明：

(1)微處理器采用了工業(yè)級單片機P89C51RD2，它是

80C51系列單片機中的佼佼者，具有1KB的片上RAM和64KB的非易失FLASH程序存儲器。環(huán)境較差時(shí)，可以安裝機箱來(lái)防塵防水。微處理器是系統核心，主要完成采集參數的處理、執行系統控制以及與監控者的通信等功能。

(2)GPRS無(wú)線(xiàn)通訊模塊采用SIEMENS的MC35I，該模塊兼容了TC35 GSM模塊的功能，支持語(yǔ)音通信和短信息通訊，并且支持網(wǎng)絡(luò )連接及無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)、數據傳遞的功能。

　(3)現場(chǎng)的設備參數采集傳感器如圖2中所列，若想擴展智能監控系統的采集功能，還可以接入其他傳感器；執行系統包括電動(dòng)機、自動(dòng)噴藥噴肥、報警系統等，本部分主要實(shí)現現場(chǎng)數據采集及數據輸出控制。

(4)監控部門(mén)是由農場(chǎng)監控室及攜帶移動(dòng)終端的管理者以及上級部門(mén)組成。

(5)網(wǎng)絡(luò )使用移動(dòng)通信網(wǎng)和INTERNET網(wǎng)。

監控功能：

(1)測試大棚內的瞬時(shí)溫度、空氣濕度及土壤濕度、氣體濃度、光照強度并顯示。

(2)根據檢測到的各參數與設定值的偏差以及偏差變化率對電爐、噴泵及滴泵等設備進(jìn)行控制,實(shí)現對棚內的溫濕度、氣體濃度、光照的調節。

(3)如果三項參數中有一項參數偏離給定值太多,系統將發(fā)出報警并反復檢測參數并顯示。

(4)自診斷、自恢復及報警電路用于檢測系統運行是否正常,如果出現異常,例如“死循環(huán)”或“亂飛”，則報警并使系統自動(dòng)復位。

4 微處理器與通訊模塊

P89C51RD2與GPRS模塊之間的連接如圖3所示。因為要實(shí)現網(wǎng)絡(luò )連接，又因為GPRS技術(shù)是一種基于分包的傳輸技術(shù)，因此數據在傳輸之前必須進(jìn)行TCP/IP技術(shù)的封裝處理，這個(gè)任務(wù)由TCP/IP協(xié)議處理芯片E5112完成，而短信的收發(fā)主要通過(guò)AT指令完成。GPRS在此嵌入式系統中有兩種應用方式，一是利用GPRS模塊實(shí)現SMS短信的收發(fā)，二是利用GPRS模塊實(shí)現微處理器的無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)。

基于GPRS的大棚智能監控系統

當農業(yè)大棚現場(chǎng)系統與持有手機終端的管理者交流時(shí)，通過(guò)收發(fā)SMS短信，協(xié)議處理芯片E5112為模塊提供的是透明通道；上級部門(mén)分配動(dòng)態(tài)IP地址，實(shí)現無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)時(shí)，數據需要先通過(guò)E5112打包成TCP/IP數據。

4.1 GPRS模塊與AT指令

AT 指令是GPRS 模塊的底層指令，用來(lái)控制GPRS 進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。 硬件連接完成后,在GPRS 接入網(wǎng)絡(luò )操作之前，首先要對GPRS 模塊進(jìn)行一定的設置,如通信波特率、接入網(wǎng)關(guān)、設置移動(dòng)終端的類(lèi)別等，然后便可以通過(guò)AT 命令來(lái)完成需要的功能。“AT” 或 “at” 前綴一定是放置在每條指令行最前面。通過(guò)輸入一個(gè)回車(chē)〈CR〉來(lái)結束一個(gè)指令行。

MC35I中常使用的硬件初始化指令如下：

(1)AT+CGATT=1激活GPRS功能命令。如果返回OK，則說(shuō)明開(kāi)通了GPRS功能。

(2)AT+CGDCONT=1,“IP”，“CMNET”命令用于設置GPRS網(wǎng)關(guān)，其中，CMNET是中國移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)的接入網(wǎng)關(guān)。返回OK，說(shuō)明接入網(wǎng)關(guān)成功，否則接入失敗。

(3)ATD*99***1#用于撥通連接手機的GPRS網(wǎng)絡(luò )，操作通過(guò)返回CONNECT。此時(shí)MC35I進(jìn)入PPP模式，不再響應其他AT命令。

(4)AT+CMGF=0用于選擇短消息格式，1為文本格式，0為PDU格式，操作通過(guò)MC35I返回OK，確定系統采用PDU格式。

(5)AT+CMGS=“手機號碼”用于發(fā)送短信息，操作成功MC35I返回OK。