基于GSM大棚微噴灌溉控制系統設計

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

0 引言

我國是一個(gè)水資源極為短缺的國家，根據水利部、中國工程院等部門(mén)的預測，我國農業(yè)用水必須維持零增長(cháng)或負增長(cháng)，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)節水灌溉技術(shù)。直至今日，灌溉技術(shù)日趨先進(jìn)，但多數的灌溉還停留在按鍵控制微噴灌溉或半自動(dòng)手動(dòng)灌溉，自動(dòng)控制設備幾乎是空白。針對傳統的灌溉控制器布線(xiàn)多、施工難，且采用RS485與計算機通信時(shí)距離受限、以及手機的普及等問(wèn)題，因此，提出了一種基于GSM大棚微噴灌溉控制系統設計，隨時(shí)隨地通過(guò)手持設備完成對農作物的微噴灌溉控制。本系統通過(guò)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)域遠程控制問(wèn)題。

1 微噴灌溉控制系統總體結構

基于GSM大棚微噴灌溉控制系統的總體結構如圖1所示。整個(gè)系統由電源、微處理器、顯示器、通信電路、數據采集電路、輸出驅動(dòng)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(guò)GSM通信模塊發(fā)送溫濕度信息到遠程農戶(hù)手機終端，用戶(hù)查看監測點(diǎn)的數據信息，進(jìn)而根據實(shí)際情況通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)送指令控制電磁閥的通斷，實(shí)現遠程灌溉控制。

2 電源、微處理器及接口電路

通過(guò)變壓，整流，濾波，穩壓過(guò)程將220V交流電，變?yōu)榉€定的直流電，并實(shí)現12V電壓穩定輸出，12V直流穩壓電源設計的電路圖如圖2所示。單片機系統中供電的5V電源可通過(guò)12V電源轉換得到，轉換電路如圖3所示。

本設計微處理器采用的是STC89C52單片機，如圖4所示，圖中還包括復位電路、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中的數據傳送到上位機中進(jìn)行比較分析，從而能夠更好地調整和改進(jìn)控制方案，本設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，且傳輸的距離有限，只適合短距離、少量數據的通訊，能夠很方便與PC機的COM口相連接，用于程序的在線(xiàn)調試和下載，RS232通信電路如圖5所示。GSM通訊方式能夠遠距離無(wú)線(xiàn)傳輸，適合遠程控制。

GSM通信模塊采用的是由華為生產(chǎn)的一款三頻段GTM900無(wú)線(xiàn)收發(fā)射模塊，它支持標準的AT指令集，使用時(shí)該模塊要先插入一個(gè)SIM卡，當用戶(hù)通過(guò)手機發(fā)送短信給SIM卡時(shí)，接收到短信后經(jīng)過(guò)處理控制繼電器電路，實(shí)現電磁閥的通斷。該模塊能提供豐富的語(yǔ)音和信息接收、發(fā)送功能，因此其在現實(shí)生活中具有廣泛的應用，GSM通信模塊內部電路如圖6所示。

4 顯示模塊及繼電器電路

為實(shí)時(shí)反映溫度、濕度值等環(huán)境狀態(tài)，便于用戶(hù)對參數進(jìn)行設定，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(shí)顯示16x2即32個(gè)字符。

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

5 軟件設計

系統控制軟件采用C語(yǔ)言編程和模塊化設計思想，各功能模塊都有相應的子程序，通過(guò)主程序調用。系統包括的功能模塊子程序有傳感器檢測、液晶顯示、GSM通信等，系統主函數流程圖如圖9所示，GSM通信子程序流程圖如圖10所示。

6 結論

本系統可實(shí)現數據采集與處理的實(shí)時(shí)化，信號檢測的多元化和連續化。檢測信號可以為溫度、濕度等多種不同類(lèi)型。程序可隨時(shí)修改，適應性強，并且控制系統具有簡(jiǎn)單、靈活、價(jià)廉、實(shí)用等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要。目前，部分溫室大棚已經(jīng)安裝有通風(fēng)、加熱、噴淋等設備，只需在本系統的基礎上添加環(huán)境參數采集傳感器及輸出控制器，就能實(shí)現上述功能。所以本系統有一定的市場(chǎng)應用價(jià)值。