基于GSM大棚微喷灌溉控制系统设计

我国是一个水资源极为短缺的国家，根据水利部、中国工程院等部门的预测，我国农业用水必须维持零增长或负增长，才能保证我国用水安全和生态安全，缓解水资源供需矛盾的重要途径之一是发展先进节水灌溉技术。直至今日，灌溉技术日趋先进，但多数的灌溉还停留在按键控制微喷灌溉或半自动手动灌溉，自动控制设备几乎是空白。针对传统的灌溉控制器布线多、施工难，且采用RS485与计算机通信时距离受限、以及手机的普及等问题，因此，提出了一种基于GSM大棚微喷灌溉控制系统设计，随时随地通过手持设备完成对农作物的微喷灌溉控制。本系统通过AM2301温湿度传感器采集大棚温湿度信息，经由GSM网络的传送指令，以单片机为信息处理中心，输出信号至电磁继电器，控制微喷口，解决大棚微喷灌溉领域远程控制问题。

1 微喷灌溉控制系统总体结构

基于GSM大棚微喷灌溉控制系统的总体结构如图1所示。整个系统由电源、微处理器、显示器、通信电路、数据采集电路、输出驱动电路组成。采集电路采集土壤水分、湿度信息送入微处理器进行信息处理，并通过GSM通信模块发送温湿度信息到远程农户手机终端，用户查看监测点的数据信息，进而根据实际情况通过GSM网络发送指令控制电磁阀的通断，实现远程灌溉控制。

2 电源、微处理器及接口电路

通过变压，整流，滤波，稳压过程将220V交流电，变为稳定的直流电，并实现12V电压稳定输出，12V直流稳压电源设计的电路图如图2所示。单片机系统中供电的5V电源可通过12V电源转换得到，转换电路如图3所示。

本设计微处理器采用的是STC89C52单片机，如图4所示，图中还包括复位电路、晶振电路及接口电路等。

3 通信电路

通讯模块主要是用于把保存在CPU中的数据传送到上位机中进行比较分析，从而能够更好地调整和改进控制方案，本设计中涉及两种通讯方式，RS232通信方式和GSM通信方式。RS232采用异步通讯方式，传输速度有限，且传输的距离有限，只适合短距离、少量数据的通讯，能够很方便与PC机的COM口相连接，用于程序的在线调试和下载，RS232通信电路如图5所示。GSM通讯方式能够远距离无线传输，适合远程控制。

GSM通信模块采用的是由华为生产的一款三频段GTM900无线收发射模块，它支持标准的AT指令集，使用时该模块要先插入一个SIM卡，当用户通过手机发送短信给SIM卡时，接收到短信后经过处理控制继电器电路，实现电磁阀的通断。该模块能提供丰富的语音和信息接收、发送功能，因此其在现实生活中具有广泛的应用，GSM通信模块内部电路如图6所示。

4 显示模块及继电器电路

为实时反映温度、湿度值等环境状态，便于用户对参数进行设定，显示模块采用LCD1602，其电路如图7所示。该芯片为工业字符型液晶显示，能够同时显示16x2即32个字符。

继电器电路主要实现弱电对强电的隔离控制，处理器通过控制继电器的通断实现电源接线点的选择，控制电磁阀的通断，其原理图如图8所示。

5 软件设计

系统控制软件采用C语言编程和模块化设计思想，各功能模块都有相应的子程序，通过主程序调用。系统包括的功能模块子程序有传感器检测、液晶显示、GSM通信等，系统主函数流程图如图9所示，GSM通信子程序流程图如图10所示。

6 结论

本系统可实现数据采集与处理的实时化，信号检测的多元化和连续化。检测信号可以为温度、湿度等多种不同类型。程序可随时修改，适应性强，并且控制系统具有简单、灵活、价廉、实用等特点，可满足不同用户的需要。目前，部分温室大棚已经安装有通风、加热、喷淋等设备，只需在本系统的基础上添加环境参数采集传感器及输出控制器，就能实现上述功能。所以本系统有一定的市场应用价值。