基于GSM的智能澆灌監控系統的設計

韓 劍，伍玉霞，李 宸，陳歐杰，張 苗

（桂林電子科技大學 信息科技學院，廣西 桂林 541004）

基于GSM的智能澆灌監控系統的設計

韓 劍，伍玉霞，李 宸，陳歐杰，張 苗

（桂林電子科技大學 信息科技學院，廣西 桂林 541004）

系統針對目前大多數澆灌控制系統的應用現狀，設計了一種多功能的澆灌智能控制系統。系統集多種控制功能于一體，包括恒溫、照明、自動換水、自動喂食、自動水循環和GSM通信等功能，并可根據需要修改控制參數。系統運行穩定可靠、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。

遠程監控；澆灌；自動控制；GSM

目前市場上的智能灌溉系統功能比較分散，往往只能實現某個功能，如水循環功能、自動增氧功能、恒溫功能等，且大多數的設備都需要手動操作，無法實現完全的自動化控制。這些智能灌溉系統主要是以定時電路為核心的間歇式控制系統，而且這些設備大都定時并不準確，可靠性較差。系統設計選用ATMega16單片機作為智能魚缸系統的核心控制芯片，采用各種傳感器采集環境數據并反饋給單片機處理，根據處理結果單片機控制各控制模塊實現水溫自動控制，定時喂食，水循環、照明和GSM通信等功能。

1　系統設計

1.1投食盒結構設計

使用如圖1的結構，該方案是可由一個旋轉軸帶動整體結構旋轉的投食盒結構。投食盒由一個旋轉軸B帶動整體旋轉，投食盒在旋轉過程中內部的魚食會因為重力到達出料口。繼續旋轉，魚食受到出料口的寬度限制，使得旋轉一次的過程中只會有一定量的魚食通過出料口。再繼續旋轉，這一定量的魚食即可從投食口掉出。所以，該結構可以通過一次旋轉實現一次定量投食的效果。而該結構上可通過旋轉A處的旋鈕，帶動出料口的擋板，實現出料口寬度的調節，以此實現對投食量的控制。該結構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。控制該結構時，只需使用步進電機和霍爾傳感器即可實現。

圖1　投食盒結構

1.2系統整體設計

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

圖2　系統框圖

2　系統硬件設計

系統分為單片機控制電路、電源電路、液晶顯示電路、步進電機驅動電路、交流電控制電路、按鍵控制電路、實時時鐘部分、LED驅動電路以及GSM通信電路。根據各電路具體功能又可將它們進一步劃分為：主控制電路、人機交互電路、數據采集電路及控制電路。

1）控制電路控制電路是用來改變當前水溫、啟動光照、啟動水循環和投入魚食的具體實現電路。該電路通過單片機控制繼電器、ULN2003或恒流電路實現對對應模塊的控制，最終實現對缸內對應環境的改變。控制電路如圖3所示。電路使加熱和水循環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，默認狀態下，繼電器將選擇端懸空。當單片機下達控制指令后，三極管的導通使繼電器上電，繼電器選擇端被撥到交流電的火線上，模塊得以供電運行。而恒溫和水循環模塊都只要上電模塊便能正常工作，實現對魚缸內環境的控制。

圖3　控制電路

2）GSM模塊和 PC機的通信電路

系統通過設置監控中心，管理員可以在監控中心通過上位機監控軟件實時監控各個大棚的各種信息。還可以從監控中心控制大棚內機器的運行，GSM的連接電路框圖如圖4所示。

圖4　GSM連接電路框圖

3　系統的軟件設計

3.1系統主程序流程圖

設計的程序分為Nokia5110液晶控制程序、按鍵設置程序、EEPROM數據控制程序、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　系統程序流程圖

3.2濾波算法

系統為了實現處理數據更加準確，在軟件上也進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，系統選擇了取值較小的濾波系數來對采樣數據進行濾波，使采樣結果能夠穩定，減少自動調節的誤判。濾波算法流程圖如圖6所示。

圖6　濾波算法流程圖

4　結　論

該智能澆灌控制系統的軟件部分和硬件設計部分設計合理，利用模塊化的程序設計方式編譯出完整的軟件程序，模塊之間相互獨立，使得程序獨具移植性和可靠性。能夠實現多點采集數字化溫濕度檢測系統，能夠通過GSM模塊實現無線傳輸，當有特殊情況比如停電等情況時，通過GSM模塊給主人發送短信告知。系統硬件部分設計成本低廉，運行穩定可靠、操作簡單方便、可廣泛應用于家庭和賓館等場所和溫室大棚等。

［1］裴蓓，趙麗.基于GSM的家庭遠程智能監控系統設計［J］.制造業自動化，2013（9）：26-28.

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［3］趙婷.基于GSM的智能空調控制系統設計［J］.計算機測量與控制，2015（7）：2427-2429.

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［6］張發斌.基于GSM通信的智能配電房動力環境監控系統設計［J］.自動化與儀器儀表，2015（7）：172-173，176.

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廣西高校大學生創新創業計劃項目（201513644040）；廣西區科學技術研究項目（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、電路系統的EDA技術。