韓 劍，伍玉霞，李 宸，陳歐杰，張 苗

（桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)院，廣西 桂林 541004）

基于GSM的智能澆灌監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

韓 劍，伍玉霞，李 宸，陳歐杰，張 苗

（桂林電子科技大學(xué) 信息科技學(xué)院，廣西 桂林 541004）

系統(tǒng)針對目前大多數(shù)澆灌控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計了一種多功能的澆灌智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)集多種控制功能于一體，包括恒溫、照明、自動換水、自動喂食、自動水循環(huán)和GSM通信等功能，并可根據(jù)需要修改控制參數(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡單方便、可廣泛用于家庭和賓館魚缸、植物和溫室大棚等場所。

遠(yuǎn)程監(jiān)控；澆灌；自動控制；GSM

目前市場上的智能灌溉系統(tǒng)功能比較分散，往往只能實現(xiàn)某個功能，如水循環(huán)功能、自動增氧功能、恒溫功能等，且大多數(shù)的設(shè)備都需要手動操作，無法實現(xiàn)完全的自動化控制。這些智能灌溉系統(tǒng)主要是以定時電路為核心的間歇式控制系統(tǒng)，而且這些設(shè)備大都定時并不準(zhǔn)確，可靠性較差。系統(tǒng)設(shè)計選用ATMega16單片機(jī)作為智能魚缸系統(tǒng)的核心控制芯片，采用各種傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)并反饋給單片機(jī)處理，根據(jù)處理結(jié)果單片機(jī)控制各控制模塊實現(xiàn)水溫自動控制，定時喂食，水循環(huán)、照明和GSM通信等功能。

1　系統(tǒng)設(shè)計

1.1投食盒結(jié)構(gòu)設(shè)計

使用如圖1的結(jié)構(gòu)，該方案是可由一個旋轉(zhuǎn)軸帶動整體結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的投食盒結(jié)構(gòu)。投食盒由一個旋轉(zhuǎn)軸B帶動整體旋轉(zhuǎn)，投食盒在旋轉(zhuǎn)過程中內(nèi)部的魚食會因為重力到達(dá)出料口。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，魚食受到出料口的寬度限制，使得旋轉(zhuǎn)一次的過程中只會有一定量的魚食通過出料口。再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這一定量的魚食即可從投食口掉出。所以，該結(jié)構(gòu)可以通過一次旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)一次定量投食的效果。而該結(jié)構(gòu)上可通過旋轉(zhuǎn)A處的旋鈕，帶動出料口的擋板，實現(xiàn)出料口寬度的調(diào)節(jié)，以此實現(xiàn)對投食量的控制。該結(jié)構(gòu)的魚食存儲槽里可以存儲一定量的魚食，可供多次投食使用?？刂圃摻Y(jié)構(gòu)時，只需使用步進(jìn)電機(jī)和霍爾傳感器即可實現(xiàn)。

圖1　投食盒結(jié)構(gòu)

1.2系統(tǒng)整體設(shè)計

整個電路可分為幾個大部分：分別為單片機(jī)最小系統(tǒng)部分、電源電路部分、液晶顯示電路部分、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路部分、交流電控制電路部分、按鍵控制電路部分、實時時鐘部分、LED驅(qū)動電路部分以及GSM通信模塊。整個系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)分為單片機(jī)控制電路、電源電路、液晶顯示電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路、交流電控制電路、按鍵控制電路、實時時鐘部分、LED驅(qū)動電路以及GSM通信電路。根據(jù)各電路具體功能又可將它們進(jìn)一步劃分為：主控制電路、人機(jī)交互電路、數(shù)據(jù)采集電路及控制電路。

1）控制電路控制電路是用來改變當(dāng)前水溫、啟動光照、啟動水循環(huán)和投入魚食的具體實現(xiàn)電路。該電路通過單片機(jī)控制繼電器、ULN2003或恒流電路實現(xiàn)對對應(yīng)模塊的控制，最終實現(xiàn)對缸內(nèi)對應(yīng)環(huán)境的改變。控制電路如圖3所示。電路使加熱和水循環(huán)模塊的電源線一端與交流電源零線相連接，另一端連接到繼電器的選擇端上，默認(rèn)狀態(tài)下，繼電器將選擇端懸空。當(dāng)單片機(jī)下達(dá)控制指令后，三極管的導(dǎo)通使繼電器上電，繼電器選擇端被撥到交流電的火線上，模塊得以供電運(yùn)行。而恒溫和水循環(huán)模塊都只要上電模塊便能正常工作，實現(xiàn)對魚缸內(nèi)環(huán)境的控制。

圖3　控制電路

2）GSM模塊和 PC機(jī)的通信電路

系統(tǒng)通過設(shè)置監(jiān)控中心，管理員可以在監(jiān)控中心通過上位機(jī)監(jiān)控軟件實時監(jiān)控各個大棚的各種信息。還可以從監(jiān)控中心控制大棚內(nèi)機(jī)器的運(yùn)行，GSM的連接電路框圖如圖4所示。

圖4　GSM連接電路框圖

3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)主程序流程圖

設(shè)計的程序分為Nokia5110液晶控制程序、按鍵設(shè)置程序、EEPROM數(shù)據(jù)控制程序、DS18B20控制程序、DS1307控制程序、IIC接口通信程序和主控制程序。如圖5的流程圖。

圖5　系統(tǒng)程序流程圖

3.2濾波算法

系統(tǒng)為了實現(xiàn)處理數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，在軟件上也進(jìn)行了濾波處理程序使用一階低通濾波。

一階低通濾波的算法公式為：

因為喂食的變化是一個緩慢的過程，所以不需要很高的靈敏度。因此，系統(tǒng)選擇了取值較小的濾波系數(shù)來對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，使采樣結(jié)果能夠穩(wěn)定，減少自動調(diào)節(jié)的誤判。濾波算法流程圖如圖6所示。

圖6　濾波算法流程圖

4　結(jié)　論

該智能澆灌控制系統(tǒng)的軟件部分和硬件設(shè)計部分設(shè)計合理，利用模塊化的程序設(shè)計方式編譯出完整的軟件程序，模塊之間相互獨(dú)立，使得程序獨(dú)具移植性和可靠性。能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)采集數(shù)字化溫濕度檢測系統(tǒng)，能夠通過GSM模塊實現(xiàn)無線傳輸，當(dāng)有特殊情況比如停電等情況時，通過GSM模塊給主人發(fā)送短信告知。系統(tǒng)硬件部分設(shè)計成本低廉，運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡單方便、可廣泛應(yīng)用于家庭和賓館等場所和溫室大棚等。

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Design of intelligent irrigation monitoring system based on GSM

HAN Jian，WU Yu-xia，LIChen，CHEN Ou-jie，ZHANGMiao
（School of Information，Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004，China）

System for the currentapplication status of themajority ofwater control system，design amultifunctional intelligent control system.System set a variety of control functions in one，including constant temperature，lighting，automatic water transfer，automatic feeding，automatic water cycle and GSM communications and other functions，and can be modified according to the needsof the control parameters.The system is stable and reliable，easy to operate，and can bewidely used in the home and hotelaquarium，plantsand greenhouse and other placesetc.

remotemonitor and control；water；automatic control；GSM

TN98

A

1674-6236（2016）19-0111-02

2015-09-15稿件編號：201509107

2015廣西高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目（201513644040）；廣西區(qū)科學(xué)技術(shù)研究項目（KY2015LX769）

韓 劍（1982—），男，江西玉山人，碩士，講師。研究方向：精密測量與自動控制、電路系統(tǒng)的EDA技術(shù)。