趙方+蘇詠梅

摘要：根據(jù)家庭農(nóng)場種植規(guī)模大且分散的特點，設(shè)計基于全球移動通信系統(tǒng)（GSM）短信息技術(shù)的家庭農(nóng)場高效管理的遠程實時監(jiān)控裝置。該裝置由檢測終端、監(jiān)控中心終端和手機監(jiān)控終端組成。檢測終端用SHT11檢測家庭農(nóng)場的溫、濕度，用BH1710FVC檢測家庭農(nóng)場的光照強度，用KSC-6V檢測土壤濕度信息，采用TC35I模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)將家庭農(nóng)場的環(huán)境參數(shù)實時傳送至監(jiān)控中心和農(nóng)場主手機中，從而實現(xiàn)用較少的勞動力集中管理較大規(guī)模家庭農(nóng)場的目的，節(jié)約了大量的勞動力，該設(shè)計將會加快我國家庭農(nóng)場發(fā)展的步伐。

關(guān)鍵詞：家庭農(nóng)場；全球移動通信系統(tǒng)（GSM）；短信息；單片機；遠程監(jiān)控

中圖分類號： S126文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）04-0194-04

“家庭農(nóng)場”一詞源于歐美，2013年“家庭農(nóng)場”的概念首次在中央一號文件中出現(xiàn)。在我國，家庭農(nóng)場是指以家庭成員為主要勞動力，從事農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、集約化、商品化生產(chǎn)經(jīng)營，并以農(nóng)業(yè)收入為家庭主要收入來源的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，農(nóng)場主本人及其家庭成員直接參加生產(chǎn)勞動。2013年，中央一號文件提出家庭農(nóng)場的經(jīng)營模式后，各地政府鼓勵和支持承包土地向?qū)I(yè)大戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社流轉(zhuǎn)。透過中央一號文件對“家庭農(nóng)場”的鼓勵和支持態(tài)度，人們看到了一條農(nóng)業(yè)農(nóng)村改革的新路徑，一條充滿陽光和希望的新路徑。

[JP2]當前，隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，數(shù)以億計的農(nóng)民工進城打工，有很多農(nóng)民工還長期在城市駐扎下來。而與之相對應(yīng)的問題是，在不少村莊出現(xiàn)了“青壯年荒”，或者說是“勞力荒”，村里留守的大多是老人和兒童，青壯年已經(jīng)不愿意或者因工作原因不能、不便回家種地，大量的耕地主要靠老人打理。盡管有日益發(fā)展的農(nóng)業(yè)機械化幫忙，但年齡越來越大的老年人們還是越來越感到力不從心了。當前家庭農(nóng)場的種植主要以溫室大棚和大面積的規(guī)模種植為主。不論是數(shù)目較多的溫室大棚管理還是大面積的規(guī)模種植管理，都需要花費大量的人力去查看溫室的溫度、空氣濕度、土壤濕度、光照度等指標。所以，要響應(yīng)中央的號召加快家庭農(nóng)場發(fā)展的步伐，就必須想辦法充分利用信息技術(shù)，在勞動力有限的條件下，實現(xiàn)家庭農(nóng)場的高效管理。本研究開發(fā)了1種利用全球移動通信系統(tǒng)（GSM）短信息技術(shù)，是實現(xiàn)家庭農(nóng)場的集中管理、遠程監(jiān)控的裝置。[JP]

1遠程實時監(jiān)控裝置整體思路

當前，制約家庭農(nóng)場迅速發(fā)展的因素很多，其中家庭勞動力不足是導(dǎo)致家庭農(nóng)場的規(guī)模不大、發(fā)展緩慢的重要原因。目前，家庭農(nóng)場主要以溫室大棚種植和大面積產(chǎn)業(yè)化種植為主，對于溫室大棚來說，溫度、空氣濕度、土壤濕度、光照度等參數(shù)是影響大棚內(nèi)植物生長的關(guān)鍵因素，對于大面積產(chǎn)業(yè)化種植來說，土壤濕度的保持即何時澆水是關(guān)鍵因素。據(jù)此，基于單片機技術(shù)、檢測技術(shù)和GSM無線通信技術(shù)設(shè)計可以通用于溫室和大面積種植的土地的集中檢測、管理和自動控制裝置，可節(jié)省人力、物力，有助于加快家庭農(nóng)場的規(guī)模和發(fā)展速度。本裝置主要包括監(jiān)控終端控制器、上位機監(jiān)控中心軟件及農(nóng)戶手機3個部分，系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見圖1。

本裝置通用于溫室大棚、大面積種植等模式的家庭農(nóng)場。加上圖1虛線框中的傳感器可以構(gòu)成溫室大棚的遠程集中管理，對于大面積種植的集中管理可以去掉虛線框中的部分。整個裝置分為兩大部分：一部分是以微處理器為核心的溫度、濕度、光照度的自動控制終端；另一部分是以GSM模塊和個人計算機（PC）為核心的信息遠程傳輸和監(jiān)控終端。控制終端的功能是溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照度傳感器、土壤濕度傳感器將采集到的實時信息經(jīng)過模擬量/數(shù)字量（A/D）轉(zhuǎn)換后經(jīng)微處理器的輸入/輸出（I/O）口送入微處理器并與事先設(shè)定的值比較，根據(jù)比較結(jié)果決定是否通風(fēng)、澆水等，微處理器把決策結(jié)果信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換電路后經(jīng)功率放大去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的動作，如接通澆水電源開始澆水、啟動大棚覆蓋溫控設(shè)備進行升溫或降溫、開啟加濕/除濕設(shè)備從而實現(xiàn)溫、濕度和光照度等的自動調(diào)節(jié)。裝置中的液晶顯示器可以實時顯示現(xiàn)場的溫度、濕度、光照度等信息。通過系統(tǒng)鍵盤可以設(shè)定現(xiàn)場的溫度、濕度、光照度等信息。若現(xiàn)場的某個傳感器故障或者執(zhí)行機構(gòu)自動調(diào)節(jié)不成功，則發(fā)出聲光報警，同時微處理器啟動GSM模塊，將報警信息傳輸至上位機監(jiān)控中心和用戶手機，以便用戶及時作出處理，避免造成不必要的損失。遠程監(jiān)控終端的功能是接受來自控制終端的各種信息和數(shù)據(jù)并在上位機監(jiān)控軟件中顯示以方便農(nóng)場主查看，農(nóng)場主還可以通過上位機軟件和GSM通信對控制終端進行控制，上位機軟件帶有數(shù)據(jù)庫，農(nóng)場主可以方便地查看各

個監(jiān)測點的歷史數(shù)據(jù)信息。同時為實現(xiàn)雙重保險，監(jiān)控終端的報警等緊急信息還可以同時發(fā)給農(nóng)場主手機。

2監(jiān)控裝置的硬件設(shè)計

2.1控制器的選擇

主控制器選擇MSP430單片機，它具有豐富的片上資源，有2個16位定時器、14路的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、6路I/O口，2路串行通信端口等資源，具有功耗低、抗電磁干擾能力強、速度快等特點[1]，本設(shè)計選擇該單片機作為主控制器，完全滿足設(shè)計和工作環(huán)境的要求。

2.2家庭農(nóng)場環(huán)境參數(shù)檢測電路的設(shè)計

家庭農(nóng)場（以溫室大棚為例）中空氣的溫、濕度采用數(shù)字集成溫濕度傳感器SHT11，SHT11是將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、工業(yè)標準的I2C總線接口全部集成在1塊微型電路板上，輸出完全標定的超低功耗的數(shù)字信號傳感器。默認的測量溫度、相對濕度的分辨率分別為14、12位，設(shè)計中均設(shè)置為12位分辨率，則相對濕度測量范圍為0%～100%，分辨率為0.3%，溫度測量范圍為-40～1238 ℃，分辨率為0.01 ℃。其供電電壓是2.4～5.5 V，推薦值是3.3 V?？諝鉁亍穸葯z測電路見圖2-a。

光照度傳感器選用數(shù)字照度傳感器BH1710FVC，它是16位串行數(shù)字輸出型環(huán)境光照傳感器，采用I2C總線結(jié)構(gòu)。該傳感器接近人的視覺，具有低功耗、與人的視覺靈敏度相似的光譜靈敏度等特點，可以檢測從黑暗到日光直射范圍的光照度，工作電壓是2.4～3.6 V，溫度范圍是-40～100 ℃。該傳感器本身具有高、中、低3種測量精度模式，可以通過指令進行選擇，其測量電路見圖2-b。