基于GSM網絡的溫室環境監測系統的設計

張立輝 魏立明 李春良

摘 要：本文主要以STC單片機為控制核心，利用GSM網絡為信息傳輸平臺，通過華為GTM900C模塊通過手機短信進行遠程溫室環境監測系統。用戶可以通過手機發送短信對實時掌握溫室內的環境變化，也能遠程對溫室內的溫度、濕度、光照、CO2等進行調節控制，以更好的滿足農作物的生長環境。

關鍵詞：溫室環境；監測；GSM；單片機

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532004

引言

溫室大棚是用來栽培植物的設施，在不適宜植物生長的季節，能提供作物正常成長的條件和提高農產品的產量，為提升百姓的生活質量帶來很大的便利，成為了保證居民“菜籃子工程”的重要設施。

根據當前溫室大棚發展的前景，構建了一種溫室環境無線監測系統的設計。本文設計了一套基于GSM的溫室大棚環境遠程監測系統，系統實現了溫度、濕度、光照度、CO2濃度等在線監測和實時預警，并能夠以短信形式定時發送數據給管理者，這樣管理者就能實時了解溫室大棚的環境信息，及時地調控溫室大棚的環境，更好地滿足作物的生長環境，有利于實現增產增收。

1 系統的組成及工作原理

圖1給出了系統組成框圖。系統由單片機控制模塊、GSM模塊、RS232接口模塊、環境參數傳感器等組成。數據采集模塊可根據溫室內的需求多地點布置，采集溫室的溫濕度、光照和CO2等環境信息，然后通過GSM模塊將數據定時地傳到管理者的手機上，使溫室的管理者能實時的知曉溫室內的環境參數。

圖1 系統組成框圖

2 系統硬件設計

2.1 數據采集傳感器

數據采集傳感器是整個無線監測系統的主要構成部分，采集處理溫室內環境中的溫濕度、光照強度、CO2濃度等信息。

溫濕度選用H-THN型低功耗溫濕度變送器，平均功耗不足0.02W。超低功耗和獨特風道設計，徹底解決電路板溫升問題，測量更精確，響應更快等特點。使用瑞士進口二代傳感器探頭，保證了產品的優異測量性能。強大的功能及穩定性能，可選1路或2路開關量輸出，獨特的控制邏輯，可以實現多種功能控制和遠程控制，如高溫告警、低溫告警、高濕告警、低濕告警、加熱、制冷、加濕、除濕等。

光照度傳感器選用DZD-T6A1型，這種光照度傳感器是采用具有較高靈敏度的感光探測器，配合高精度線性放大電路，應用范圍廣泛、性價比高。

CO2的監測采用MH-Z14CO2傳感器，該傳感器是一個智能通用型、小型傳感器，利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CO2進行探測，具有很好的選擇性和無氧氣依賴性，壽命長。內置溫度補償；同時具有數字輸出與模擬電壓輸出，方便使用。該CO2傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術與精密光路設計、精良電路設計緊密結合而制作出的高性能紅外傳感器。具有高靈敏度、高分辨率、低功耗特點。工作溫度為0～50℃，輸出電壓是在0～2V變化的直流信號，系統對輸出信號進行采樣后，送到A/D轉換器處理后傳給單片機。

2.2 GSM模塊

GSM模塊采用華為GTM900-C。GTM900-C模塊是華為公司推出的GPRS模塊，工作頻段是EGSM900/GSM1800。40PIN FPC連接器UART接口（最大串口速率可達115200bit/s），標準SIM卡接口（1.8或3V），非常適合于低功耗、低成本的系統設計。

2.3 單片機系統

STC15F2K32S2增強型單片機集成了上電復位電路與高精準R/C振蕩器，集成了大容量的程序存儲器、數據存儲器以及EEPRM，集成了A/D、PWM、SPI等高功能接口部件，可大大的簡化單片機應用系統的外圍電路，使單片機應用系統的設計更加簡捷，系統性能更加高效、可靠。

3 系統的軟件設計

系統軟件部分采用C語言進行程序設計。通過軟件設計主要完成2大系統功能：對檢測信息進行判斷、校驗和儲存，具體有數據采集子程序、時鐘子程序、無線通信、存儲子程序、串行通信等子程序構成；對采集的信息進行整理、分析。系統不僅要接收日常的監測信息，還要對收集到的數據進行判斷，管理人員可以隨時查詢所監測的溫室大棚內的各項環境參數。單片機采集1次/min數據，但不是向無線數據收發模塊發送1次/min數據，如果所監測點的參數值或參數的變化速率不超過設定的范圍，則數據采集器每30min向無線數據收發模塊發送1次數據，一旦所監測點的參數超過設定的值或者是參數變化的速率超過設定的范圍，則發送周期立即縮短為發送1次/min，直至參數值恢復正常。

GTM900-C模塊和單片機之間采用AT指令通信。GTM900-C模塊提供的命令接口符合無線通信接口規范。GTM900-C模塊中定義的AT命令提供了一種移動平臺與數據終端設備之間的通用接口，數據終端設備通過標準的AT命令與GSM網絡引擎相互通信、交換數據。系統軟件利用模塊化構成方式，主要有主程序和溫濕度、光照強度、CO2濃度等數據采集子程序，主程序開始后，先初始化系統、GSM短信無線通信功能、模數轉換功能等，其軟件流程圖如圖2所示。

4 結語

本文采用單片機技術、傳感器技術和GSM網絡通信技術等技術設計了一套基于GSM的溫室大棚的環境遠程監測系統，系統實現了環境參數的自動采集和無線傳輸，降低了工作量、提高了工作效率和節約了成本。

溫室大棚種植面積正在逐步擴大，利用GSM無線監測系統較好的解決了溫室大棚農作物生長環境實時動態監測難的狀況，實現了高效率的農業生產。

參考文獻

[1]趙立燕，許亮.基于GSM短消息的溫室環境監測系統[J].電子設計工程，2009（7）：29-31.

[2]黃超澤等.基于MSP430及TC35i的短信收發系統的設計[J].電氣自動化，2013（1）.

[3]陳超，張敏，宋吉軒.我國設施農業現狀與發展對策分析[J].河北農業科學，2008，12（11）：42-47.

[4]何光禹，李太全.基于TC35i模塊的SMS設計和應用[J].現代電子技術，2010，33（16）：157-159，163.

[5]孫育才，孫華芳.MCS-51系列單片機及其應用[M].東南大學出版社，2012.

[6]沈艷，郭兵，楊平.測試與傳感器技術[M].清華大學出版社，2011.

作者簡介：張立輝（1975–），男，博士，吉林建筑大學電氣與計算機學院副教授，研究方向：智能控制。