陳 杰

（鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電系，江蘇 鹽城 224005）

0 引言

在我國(guó)當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，先進(jìn)的智能溫室在農(nóng)業(yè)示范項(xiàng)目、花卉、育苗等領(lǐng)域具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效應(yīng)項(xiàng)目中，GSM 技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用[1～4]。在城市菜籃子工程中，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，簡(jiǎn)易大棚的設(shè)施栽培比較廣泛。而農(nóng)戶實(shí)際的大棚生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程中，許多農(nóng)戶從住宅到大棚距離比較遠(yuǎn)。對(duì)于設(shè)施內(nèi)的溫濕度環(huán)境的實(shí)時(shí)了解，是具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義的，它可以幫助農(nóng)戶比較科學(xué)合理地進(jìn)行操作決策，提高管理效率。針對(duì)這種情況，筆者設(shè)計(jì)了一種基于TC35 模塊的便攜式的溫濕度遠(yuǎn)程發(fā)送系統(tǒng)。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STC89C52 單片機(jī)為核心控制元件，溫度和濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過調(diào)理電路送給單片機(jī)后，單片機(jī)再通過串口的方法將溫濕度環(huán)境和用戶手機(jī)號(hào)碼信息發(fā)動(dòng)到TC35 模塊上，從而實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程溫濕度環(huán)境數(shù)據(jù)的接收。為解決田間設(shè)施大棚內(nèi)電源不方便的問題，系統(tǒng)采用了太陽能電池板供電。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System diagram

1.1 太陽能電池板ICO-SPC-10W

太陽能電池板選用ECO－WORTHY 品牌的ICOSPC-10W 型號(hào)，規(guī)格為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下10W/18V（溫度25℃，AM1.5，1000W/m2下測(cè)試；12V 系統(tǒng)使用時(shí)功耗 9～10W）， 尺寸為（335×205×17）mm（鋁合金邊框， 4 個(gè)安裝孔），峰值電壓為17.9V，峰值電流為0.56A，開路電壓為22.41V，短路電流為0.62A。

1.2 溫度傳感器DS18B20

電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條單口線即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS18B20的雙向通訊；溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，分辨率為9～12位， 對(duì)應(yīng)的溫度分別為 0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；9位分辨率時(shí)最多在93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms 內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以 “一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

1.3 濕度傳感器HIH-4000

HIH-4000 系列濕度傳感器是專為大量生產(chǎn)的原始設(shè)備制造廠（OEM）用戶而設(shè)計(jì)的。利用這傳感器的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。一般僅需取出200μA 電流，HIH-4000 系列的濕度傳感器可用于低引出、電池供電系統(tǒng)。傳感器良好的互換性減少了OEM的生產(chǎn)校驗(yàn)成本?？梢蕴峁﹩蝹€(gè)傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。HIH-4000 系列濕度傳感器是一個(gè)低成本、可軟焊的單個(gè)直插式組件，可提供儀表測(cè)量質(zhì)量的相對(duì)濕度傳感性能。相對(duì)濕度傳感器是一個(gè)熱固塑料型電容傳感元件，芯片內(nèi)部具有良好的信號(hào)處理功能。該傳感器的多層結(jié)構(gòu)針對(duì)應(yīng)用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學(xué)品具有最佳的抗力。電壓輸出（一次擬合曲線）：V=V[0.0062（傳感器 RH）+0.16],25℃環(huán)境條件下，溫度補(bǔ)償：真實(shí)相對(duì)濕度 =（傳感器相對(duì)濕度）/（1.0546-0.00216 T），T 單位為℃，5V，50%RH 下的輸出電壓溫度系數(shù)為-4mV/℃，工作溫度范圍是-40～85℃；工作濕度范圍是0～100%RH。

1.4 TC35 模塊

TC35 是新一代無線通信GSM 模塊。自帶RS232 通訊接口，可以方便的與PC 機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊。可以快速、安全、可靠的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、 短消息服務(wù)（Short Message service）和傳真。TC35 模塊的工作電壓為 3.3～5.5V， 可以工作在 900MHZ 和1800MHZ 兩個(gè)頻段所以在頻段功耗分別為2W（900M）和1W（1800M）。

1.5 單片機(jī)STC89C52

STC89C52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52 使用經(jīng)典的MCS-51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有8k 字節(jié)Flash，512 字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，3個(gè)16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷， 一個(gè)7 向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5 向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。

1.6 液晶顯示模塊1602

該液晶顯示模塊采用3.3V 或5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào)，內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令，具有清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能，有80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM，內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM，8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 短信的發(fā)送與接收

TC35 模塊的通訊的AT 指令全部采用AT+xxx 完成。有一般指令、呼叫控制指令、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相關(guān)指令、電話本指令、短消息指令、自定義指令等幾種形式，用戶可以通過AT 命令進(jìn)行呼叫短信電話本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)補(bǔ)充業(yè)務(wù)傳真等方面的控制。在執(zhí)行一條AT 指令時(shí)，指令的執(zhí)行過程需要單片機(jī)與手機(jī)交互應(yīng)答完成，每次發(fā)送或接收的字節(jié)數(shù)都有嚴(yán)格的規(guī)定，二者必須依據(jù)規(guī)定實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，否則，通信就失敗。

在GSM 協(xié)議中，AT 指令都是以ASCII 編碼形式發(fā)送出去的。比如字母 “A”的ASCII 編碼為41H，字母“T”的ASCII 編碼為54H， 單片機(jī)就可以發(fā)送 “41H 54H 0DH”。單片機(jī)在向手機(jī)發(fā)送完字母指令的對(duì)應(yīng)的ASCII 編碼后，又多發(fā)了一個(gè)0DH 符號(hào)。因?yàn)槊總€(gè)AT指令必須以回車符作為結(jié)束，又多發(fā)了一個(gè)結(jié)束符號(hào)0DH。如沒有這個(gè)回車符，那么手機(jī)就不能識(shí)別這條指令。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要使用到短消息主要指令如下，AT+CMGF=1 表示選擇消息為PDU 格式，AT+CMGR=1表示采用TEXT 方式讀取消息，AT+CMGS=＜length＞表示用PDU 格式發(fā)送消息。

指令A(yù)T+CMGF=n（n=0為PDU 模式，n=1為文本模式）來完成。一般設(shè)定為PDU 模式即可，在PDU 模式下，能傳送或接收任何字符或漢字?jǐn)?shù)據(jù)。

讀短信息數(shù)據(jù)可以采用兩個(gè)指令A(yù)T+CMGR=n為讀手機(jī)短消息數(shù)據(jù)（n為短消息號(hào)）、AT+CMGL=n為列出手機(jī)中的短消息（n=0 是未讀的短消息、n=1為已讀的短消息、n=2為未發(fā)送的短消息、n=3為已發(fā)送的短消息、n=4為所有短消息）。

刪除短信可以使用指令A(yù)T+CMGD=n，其中n為待刪除的短信編號(hào)。

當(dāng)接收到一條正確的AT 指令后，手機(jī)中的GSM 模塊先把剛才接收到的AT 指令的ASCII 編碼序列向發(fā)送方返回，進(jìn)行指令確認(rèn)。然后發(fā)送一個(gè)回車符和一個(gè)換行符ASCII 編碼，即0DH 和0AH。

當(dāng)讀取手機(jī)中存儲(chǔ)的PDU 短信數(shù)據(jù)時(shí)，讀回的數(shù)據(jù)是ASCII 表示的16 進(jìn)制數(shù)，一個(gè)字節(jié)的16 進(jìn)制數(shù)用2個(gè)字節(jié)的ASCII 碼來表示。而在PDU 數(shù)據(jù)包中， 描述數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度的字段仍然指明信息的實(shí)際字符長(zhǎng)度，不是ASCII 碼的字節(jié)長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度需要妥善處理，否則，接收的數(shù)據(jù)很可能就不完整，從而導(dǎo)到致亂碼的信息。 設(shè)X為接收的ASCII 碼，y為轉(zhuǎn)換后的16 進(jìn)制數(shù)，在單片機(jī)中這種算法如下：如果x＜39H，則y=x-30H；如果x＞39H，則y=x-30H-07H，最后把前后兩個(gè)數(shù)合并一個(gè)字節(jié)。

2.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程圖和中斷服務(wù)程序流程圖如圖2、圖3所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow chart of the system

圖3 中斷服務(wù)程序流程圖Fig.3 Flow chart of the interrupt service part

3 結(jié)束語

本文基于GSM 技術(shù)搭建了一個(gè)適用于我國(guó)目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的溫濕度遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)，農(nóng)戶可以實(shí)現(xiàn)在家中實(shí)時(shí)了解大棚內(nèi)溫度和濕度情況，從而提高設(shè)施環(huán)境管理的效率。該系統(tǒng)獨(dú)立性較好，配置了太陽能電板，方便當(dāng)前的農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)使用。根據(jù)不同作物的管理經(jīng)驗(yàn)和生理特性，還可以在進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出相應(yīng)的作物生長(zhǎng)模型，為生產(chǎn)管理提供指導(dǎo)。

[1]李光林，李曉東，曾慶欣.基于太陽能的柑桔園自動(dòng)灌溉與土壤含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，12.

[2]汪金營(yíng)，劉雁征，等.基于手機(jī)短信的日光溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2012，4.

[3]邱恒浪，等.基于LPC2132 和GSM的智能溫室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，3.

[4]畢寧強(qiáng)，朱瑞祥.基于TC35i的GSM 土壤信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，3.