山地橘園灌溉機(jī)組短信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：為解決山地柑橘園灌溉控制問題，研發(fā)了一種短信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，主要由電源模塊、控制模塊、通信模塊、觸發(fā)模塊、驅(qū)動模塊和指示燈與語音警示模塊等組成，其中控制模塊采用ＭＳＰ４３０，通信模塊采用ＧＳＭ短信模塊，可實現(xiàn)灌溉的遠(yuǎn)程控制、語音警示和短信息反饋，適用各類手機(jī)或無線電話。收發(fā)短信號碼可根據(jù)需要隨時改變，可防電話騷擾和刪除已讀短信。該控制系統(tǒng)可方便安裝在現(xiàn)有電動灌溉機(jī)組上，具有通用、低成本、擴(kuò)展性能好、穩(wěn)定可靠等特點，應(yīng)用前景良好。

關(guān)鍵詞：ＧＳＭ；灌溉；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號：Ｓ２３７；ＴＮ９１９．７２文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ｂ文章編號：0439－８114（２０11）11－2343-02

Design of A Message Control System for Irrigation Pump Set in Mountain Citrus Orchards

ＭＡ Ｍｉｎ，ＦＡＮ Ｑｉ－ｚｈｏｕ，ＺＨＯＵ Ｂｏ，ＤＥＮＧ Ｚａｉ－ｊｉｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｃｉｔｒｕｓ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ， ａ ｍｅｓｓａｇｅ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａd ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ waｓ ｍｏｄｕｌａｒ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ． Ｉｔ was ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ａ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｔｒｉｇｇｅｒ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ａ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｖｏｉｃｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ waｓ ｔｈｅ ＭＳＰ４３０ ｃｈｉｐ． Ａ ＧＳＭ ｍｏｄｕｌｅ waｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｒｖｅ ａｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ， ｗｈｉｃｈ ｅｎａｂｌｅd ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｖｏｉｃｅ ａｌｅｒｔｓ ａｎｄ ｍｅｓｓａｇｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ． Ｉｔ ａｌｓｏ ｃｏｕｌｄ be ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ ｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｈｏｎｅ． Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｎｕｍｂｅｒ ｆｏｒ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｈａｎｇｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｎｅｅｄ． Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｈａｒａｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｌｅｔｅ ｒｅａｄ ｍｅｓｓａｇｅｓ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｐｕｍｐ ｓｅｔｓ． Ｗｉｔｈ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ， ｌｏｗ ｃｏｓｔ， ｇｏｏｄ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ａ ｇｏｏｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＧＳＭ； ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ； ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ

在丘陵、山區(qū)的柑橘園，多與果農(nóng)居住地相距較遠(yuǎn)，普通灌溉機(jī)組人工操作費工費力，灌溉時間和灌溉量不易把握，造成灌溉不及時或過量等。引進(jìn)的國外現(xiàn)代灌溉系統(tǒng)功能較全，但因山地地勢及水源等條件限制，建設(shè)與應(yīng)用成本高，難維護(hù)、管理和推廣，幾乎僅限于示范地。結(jié)合中國國情，在合理利用現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)基礎(chǔ)上，研發(fā)一種適合果農(nóng)使用的低成本、通用、可遠(yuǎn)程控制的柑橘園灌溉控制系統(tǒng)顯得十分必要。

ＧＳＭ移動通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成熟穩(wěn)定，在農(nóng)業(yè)設(shè)施領(lǐng)域已經(jīng)展開研究與應(yīng)用。有開展ＧＳＭ對溫室溫濕度實時控制的應(yīng)用研究；有利用ＧＳＭ實現(xiàn)谷物產(chǎn)量的實時采集、存儲于無線發(fā)送；有設(shè)計基于ＧＳＭ的水渠水位自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)水位信息的自動采集、存儲、遠(yuǎn)程通信和實時查詢；有展開基于ＧＳＭ的農(nóng)田氣象信息采集、傳輸和監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究；有開發(fā)基于ＧＳＭ短信模塊的農(nóng)田灌溉控制器，實現(xiàn)對農(nóng)田灌溉的遠(yuǎn)程自動控制［１－５］。試驗在合理利用山地柑橘園現(xiàn)有電動灌溉機(jī)組的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套基于ＧＳＭ短信模塊的低成本、通用、擴(kuò)展性能好的柑橘園灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)灌溉遠(yuǎn)程控制、語音警示和控制狀態(tài)的短信息反饋。

１系統(tǒng)構(gòu)成及功能

試驗設(shè)計的柑橘園遠(yuǎn)程灌溉系統(tǒng)，由ＧＳＭ短信模塊、單片機(jī)、指示燈與語音警示模塊、固態(tài)繼電器、觸發(fā)模塊、電源模塊、電動水泵機(jī)組和手機(jī)組成。用戶使用手機(jī)發(fā)送短信控制指令來控制電動水泵機(jī)組工作，進(jìn)而控制柑橘園的灌溉。系統(tǒng)構(gòu)成原理圖如圖１所示。ＧＳＭ采用華為公司生產(chǎn)的ＧＴＭ９００Ｃ無線模塊，一款兩頻段ＧＳＭ／ＧＰＲＳ無線模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)ＡＴ命令及增強(qiáng)ＡＴ命令，提供豐富的語音、短信、ＧＰＲＳ數(shù)據(jù)和電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持、呼叫等待、三方通話、組呼、廣播和私密呼叫等功能。單片機(jī)采用ＴＩ公司生產(chǎn)的ＭＳＰ４３０，一類具有精簡指令集、超低功耗、帶ＦＬＡＳＨ的１６位單片機(jī)，可在線對單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試和下載，且ＪＴＡＧ口直接和ＦＥＴ（ＦＬＡＳＨ ＥＭＵＬＡＴＩＯＮ ＴＯＯＬ）的相連，無需另外的仿真工具，方便實用，在超低功耗模式下工作，對環(huán)境和人體的輻射小，可靠性強(qiáng)，防強(qiáng)電干擾，適應(yīng)工業(yè)級的運行環(huán)境，性價比和集成度高［６］。指示燈與語音警示模塊采用ＬＥＤ燈與工業(yè)化生產(chǎn)的單片語音集成電路，觸發(fā)電路采用固態(tài)繼電器觸發(fā)電路，電源模塊采用１２ Ｖ蓄電池組。

ＧＴＭ９００Ｃ無線模塊串口與ＭＳＰ４３０串口直接連接，ＧＴＭ９００Ｃ無線模塊接收手機(jī)短信控制指令，再將短信控制指令發(fā)送給ＭＳＰ４３０，單片機(jī)依此通過控制固態(tài)繼電器（ＳＳＲ）來驅(qū)動水泵開啟或關(guān)閉，并打開相應(yīng)語音警示和指示燈，ＧＴＭ９００Ｃ無線模塊再給手機(jī)回復(fù)短信，指示控制已完成。該系統(tǒng)適用各種手機(jī)或無線電話，可防電話騷擾、刪除已讀短信以及更換手機(jī)號后亦可實現(xiàn)對新號的默認(rèn)。

２系統(tǒng)硬件的設(shè)計

該系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，主要分為電源模塊、控制模塊、通信模塊、觸發(fā)模塊、驅(qū)動模塊和指示燈與語音警示模塊。

電源模塊為１２ Ｖ蓄電池組，及由Ｌ７８０９、Ｌ７８０５和ＬＭ３１７芯片組成的＋１２ Ｖ電源分別穩(wěn)壓為＋９ Ｖ、＋５ Ｖ和＋３．３ Ｖ的穩(wěn)壓電路，為后續(xù)幾大模塊供電。控制模塊即ＭＳＰ４３０單片機(jī)最小系統(tǒng)核心板，＋５ Ｖ或＋３．３ Ｖ供電，由供電、晶振、上電復(fù)位、排針和ＪＴＡＧ接口電路組成，負(fù)責(zé)處理與ＧＳＭ通信模塊之間的通信以及控制指示燈與語音警示模塊和觸發(fā)模塊。通信模塊即ＧＴＭ９００Ｃ短信模塊，＋９ Ｖ供電，主要由ＧＳＭ基帶處理器、ＧＳＭ射頻模塊、供電模塊（ＡＳＩＣ）、閃存、ＺＩＦ連接器、天線接口、ＵＡＲＴ接口和ＳＩＭ卡接口電路組成，主要負(fù)責(zé)收發(fā)手機(jī)短信控制指令，以及將控制指令發(fā)送給單片機(jī)并傳遞單片機(jī)返回的信息。控制模塊與通信模塊之間采用ＲＳ２３２串口通信，本系統(tǒng)兩者電平兼容，串口直接相連。驅(qū)動模塊采用固態(tài)繼電器，觸發(fā)模塊主要是固體繼電器觸發(fā)電路，原理圖見圖２。指示燈與語音警示模塊主要是由兩路ＬＥＤ燈和兩路單片語音集成電路構(gòu)成。ＬＥＤ燈電路由１ ｋΩ電阻和ＬＥＤ燈組成，單片機(jī)ＩＯ口直接驅(qū)動，一路作為單片機(jī)開機(jī)指示燈，另一路作為短信發(fā)送狀態(tài)指示燈。語音集成電路由語音集成芯片和揚(yáng)聲器組成，＋３．３ Ｖ供電，脈沖觸發(fā)，一路作為運行指令的語音警示，另一路作為停止指令的語音警示，考慮成本，暫選用市面上已大規(guī)模應(yīng)用的語音模塊，規(guī)模化后可批量定制相應(yīng)語音模塊。

３系統(tǒng)程序的設(shè)計

ＧＳＭ移動網(wǎng)絡(luò)運營商提供短信業(yè)務(wù)，一次可傳輸１４０英文字符或７０漢字字符，完全適用柑橘園灌溉短信控制指令。ＧＳＭ收發(fā)短信有兩種模式：基于ＡＴ命令的ＴＥＸＴ模式和基于ＡＴ命令的ＰＤＵ模式。華為公司的ＧＴＭ９００Ｃ均支持兩種模式，考慮到ＴＥＸＴ模式易于編程，本系統(tǒng)采用ＴＥＸＴ模式。本系統(tǒng)收發(fā)短信分別采用ＡＴ＋ＣＮＭＩ指令和ＡＴ＋ＣＭＧＣ指令。先測試ＧＳＭ與ＰＣ機(jī)通信程序，整理出程序框架與流程，再對照編寫ＧＳＭ與單片機(jī)通信程序。程序的核心在于對串口接收到的數(shù)據(jù)的判定。單片機(jī)編程使用Ｃ語言，主程序流程圖見圖３。

４小結(jié)

該文所論述的山地柑橘園灌溉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要采用模塊化設(shè)計，便于應(yīng)用到現(xiàn)有柑橘園滴灌系統(tǒng)上，亦可應(yīng)用到先進(jìn)的現(xiàn)代灌溉自動控制系統(tǒng)中，建設(shè)與應(yīng)用成本低，后續(xù)擴(kuò)展空間大，已裝成樣機(jī)，并申請幾項相關(guān)專利。系統(tǒng)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院工科基地進(jìn)行了試驗，效果穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目的。圍繞柑橘園灌溉系統(tǒng)，有大量工作可開展。合理利用現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)，綜合運用信息技術(shù)、自動控制技術(shù)和傳感器技術(shù)，采用模塊化設(shè)計理念及系統(tǒng)工程的原理，統(tǒng)籌規(guī)劃，可減少資金、能源和人力投入，降低生態(tài)負(fù)荷，營造柑橘生長需要的生態(tài)環(huán)境，有效施肥，防病蟲害，可促進(jìn)柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)和諧。

參考文獻(xiàn)：

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