远程控制农田自动灌溉系统研制

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摘 要：本系统采用GSM网络实现对农田的湿度远程监控，对农田灌溉实现自动控制。该系统实现容易，运行可靠，应用范围广。本文同时详细简绍了G100通信模块与相关模块在构建无线测控系统设置方法。

关键词：GSM无线模块；单片机AT89S52；湿度传感器SHT10Sensirion；AT命令；上位机

中图分类号：TP27 文献标识码：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.06.002

Design of Remote Control Automatic Irrigation System of Farmland

GU Jian-hua, YaN Guo-jun

(Electro-mechanical engineering department, Yancheng Textile Vocational Technology College, Yancheng 224000, China)

【Abstract】the system uses the GSM network to achieve the remote monitoring of humidity on the farmland and the automatic controlling of the irrigation. the system has the high operation reliability and a wide range of applications. this paper also introduces the methods of building a wireless monitoring system between the G100 communication module and related modules.

【Key words】GSM wireless module; Single-chip microcomputer AT89S52; Humidity sensor SHT10Sensirion; AT command; Host computer

0 前 言

我国是一个水资源严重稀缺的国家，水资源分布不平衡，对水资源贫乏的西部地区，农田的灌溉科学与节水节能十分重要，提高灌溉系统的自动化与智能化有广阔的应用前景。采用GSM网络实现灌溉系统的自动化不需要铺设线路，成本低，远程控制距离远（GSM网络能够覆盖的区域），随着GSM 技术的发展和GSM 基础设备的进一步升级与扩充 GSM 系统的性能和可靠性得到大幅度提升使得基于GSM 通信技术的无线测控系统具有通用性好，地理覆盖面广，免调试维护， 低廉的运营费和灵活的控制方式等等特点。[1]

本系统总体结构设计为测控中心站(上位机)与远程测控分站(下位机)，上位机采用北京捷麦通信器材有限公司的组态软件，（根据需要也可将上位机由GSM手机构成移动终端，通过短信形式经GSM网发送命令给远程下位机实现控制）通过接收下位机发出的短信实现监测。下位机对测控目标监测与控制，并通过收发模块G100经GSM网与上位机双向通信。

1 前端测控系统的设计

1.1 硬件系统设计

远程测控分站电路的设计原理框图如图1所示：GSM无线通信模块G100通过标准异步串行通信接口RS-232与单片机 AT89S52实现双向通信。用于接收来自测控中心站的短信息，并由单片机对信息内容进行解读，同时通过单片机控制G100将来自测控中心站的命令执行结果以及所测得的湿度数据发送给测控中心站。显示采用液晶LCDl602用于实时显示所测得的湿度数据。身份认证采用AT24C02存储身份验证信息，而验证信息通过键盘录入。[2]通过输出控制模块实现对现场的灌溉系统的5个供水阀进行控制，从而实现对农田的湿度进行自动控制。

图1 测控站的硬件原理图

本系统采用矩阵键盘、显示采用LCDl602。存储单元采用EEPROM存储器AT24C02，以串行总线的形式与外界进行数据的传输。以湿度传感器SHT10 (Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D 转换器以及串行接口电路实现无缝连接。)进行湿度测量，还完成通过单片机控制北京捷麦通信器材有限公司的R401系列的I/O模块来控制供水管道上电磁阀开关等控制功能。

下位机上的通信模块选用北京捷麦通信器材有限公司G100 型短信模块，发送接收数据的格式为透明传输方式，设置时模块将接收方号码（监控中心）保存在 EEROM 中，当模块在上电后没有收到短信时就要发送短信，发送短信的目的号码就是接收方电话号码。在透明传输中目的站点的编号是隐含的，隐含的方式是隐含在接收到的数据中，收到数据后就将收到数据的源站点号设为下次发送数据的目的站点。G100的这一功能为分站在透明传输模式下被多个主站访问提供了方便。AT89S52单片机的串行口经MAX323电平转换与G100的通信。（转换电路较常见，在此笔者不详细交待）

为了防止短信广告、系统通知、恶意破坏等无效的短信数据对系统的干扰，G100 型短信模块通信时设置了四字节的密码。模块出厂时密码值为：63H77H9EHA6H。用户可根据自己的设定来更改密码,并且设置工作方式为省电模模式。[3]

湿度传感器SHT10芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，校准系数以程序形式储存在OTP 内存中，用于内部的信号校准（单片机程序中不必进行传感器线性化处理）。两线的串行接口与内部的电压调整，使系统集成变得快速而简单。

1.2 软件系统的设计：

G100通信模块通过AT命令来实现两者的数据通信，数据传输采用PDU模式短消息方式。AT命令集中AT+CMGC发出一条短消息命令 AT+CMGD 删除SIM卡内存的短消息AT+CMGF 选择短消息信息格式：0-PDU；1-文本

AT89S52通过串口实现对G100的控制并首先初始化，短消息的接收、处理与发送程序完成数据通信，采用中断方式接收短信息，使用AT命令读取短消息并处理。为有效使用手机内存储器应对新短消息处理后将其删除。下位机的程序采用C51语言编写。

2 上位机系统设计：

上位机的硬件较简单， 我们直接采用北京捷麦通信器材有限公司TTL-232连接线与232电平转换板（当然可以用MAX323芯片自己制作）加G100通信模块一只，具体连线见图4：

在计算机上G100模块测试软件即可对G100模块直接进行设置，设置情况见图5

将主站点的 G100型短信模块工作在有格式传输以及主动工作方式，前台应用软件我们使用该公司提供的软件编号为：CA01T，这个软件以OPC 的方式交换数据，组态软件中设置几个专用的变量，组态软件通过设置和读取这几个专用变量的值控制驱动程序收发短信。设置的变量有： 变量名: T_ phone code。属性：字符串 功能：使用OPC 向手机发短信时设置的欲发送的手机号码。 变量名SMS_Tcontent。属性：字符串 功能：使用OPC 向手机发送短信时设置的发送短信的内容。 变量名：TXD_FLAG。属性：离散型 功能：OPC 欲发送短信时当填写完T_phone code 与SMS_Tcontent 后置中心站点计算机组态软件短信模块驱动软件（OPC) 计算机硬件及系统软件短信模块串口。（根据需要可以用VB6.0编写前台应用软件以及用通信控件MSComm来完成串行通信）。

3 结束语

通过调试，系统各部分功能都得到实现。远程监测分站能够完成现场电磁阀的控制并液晶显示湿度，与监测中心站进行双向通信。监测中心站用短消息实现对农田的湿度起监视功能。该系统可以根据系统要求不同，对前端测控站做出修改，在实际生活与生产中有较好的应用前景。该系统不足处是对短信由于网络拥堵或信号不好使得短信不能及时到达没有做特别的设计，这样对实时控制要求极高的系统将产生严重的后果,下一步我们准备在测控站部分加以改进，进一步完善系统。

参考文献：

[1] 韩斌杰.GSM原理及其网络优化[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2] 北京捷麦通信器材有限公司[S]G100模块说明书

[3] 胡汉才.单片机原理及接口技术[M].清华大学出版社,2007.