基于GPRS短消息的温室环境无线监测系统

王加丽，仇润鹤

0 引言

温室是一种能够为植物生长创造最佳环境，避免外界四季变化和恶劣气候的人工场所。温室利用采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜陆地植物生长的季节栽培植物。温室生产能够调节产期，促进生长发育，防治病虫害及提高质量[1]。温室环境的各项参数是否符合规定，直接关系到温室中作物的生产效率，因此对温室的各项环境参数的监控成为一个非常重要的问题。本系统的设计目的在于提出一种基于GPRS短消息的温室环境无线监测系统，是将实时采集到的温室环境数据无线发送到数据终端，从而实现对温室环境的实时监测，以便及时将温室环境调整为最适合植物生长的状态。

1 系统的总体结构

系统首先使用温度传感器、湿度传感器、光照传感器等定时采集温室环境数据，并转换成一定范围的模拟电压信号，然后利用S3C2440微处理器的模数转换功能将模拟信号转换为数字信号，并做相应处理，存储在S3C2440微处理器片内RAM中；GPRS模块与S3C2440微处理器通过RS232串口相连接，微处理器控制GPRS将存储在片内RAM中的温室环境数据以短消息的形式发送到手机或远程监控中心，如图1所示:

图1 基于GPRS短消息的温室环境无线监测系统框图

2 系统的硬件选型及设计

2.1 传感器

温室传感器技术是温室控制中首要的，也是最为关键的技术之一，是整个监测系统的重要组成部分，通过传感器实时采集温室内温度、湿度、光照等环境参数，将环境中的温度、湿度、光照强度信号转化为电信号，并传送给AD转换器。

惠邦公司生产的LT系统传感器是专门针对温室数据测量的传感器，包括温度、湿度、光照度传感器等，均采用先进的电路模块技术开发变送器，用于实现对温室环境参数的测量，输出标准的模拟电压信号。当接入12V电源时，温度的量程是-20-80℃，湿度的量程是0-100%，光照强度的量程是0-10万lux。输出都是0-5V的模拟电压信号。温湿度传感器和光照度传感器的接线图，如图2所示:

图2 （a）温湿度传感器接线图

图2 （b）光照强度传感器接线图

2.2 微处理器

负责数据采集、存储和处理的嵌入式ARM9微控制器是整个温室监测系统的核心组成部分。本系统采用了S3C2440处理器为系统硬件开发平台的微控制器。

S3C2440微处理器拥有10位CMOS ADC（模/数转换器），该模块是一个8通道模拟输入的再循环类型设备。它可将模拟输入信号转换为10位二进制数字数字编码，最大转换速率为2.5MHz。A/D转换器支持片上采样-保持功能和掉电模式的操作。输入的模拟信号可以是外加电压信号，也可以是由触摸屏发来的坐标信号。

ADC和触摸屏接口功能方框图，如图3所示:

图3 ADC和触摸屏接口功能方框图

当使用触摸屏设备时，触摸屏接口的XM或YM只连接到地；当未使用触摸屏设备时，XM或YM被连接到模拟输入信号给普通ADC转换。本系统中将A[0:2]作为输入引脚。

将传感器的输出引脚接入微处理器的ADC模块的A[0:2]引脚，分别对应温度、湿度和光照强度的采集值，再启动AD转换，即可实现温室环境数据的采集。根据模数转换的参数以及传感器所测数据与模拟电压的线性关系可以由采集到的数字信号推算出原本的温室环境数据（温度、湿度、光照强度）。数据的存储和处理均可在S3C2440微处理器中完成。

S3C2440微处理器的通用异步收发器（UART）配有3个独立异步串行I/O端口，每个都可以是基于中断或基于DMA模式的操作。换句话说，UART可以通过产生中断或DMA请求来进行CPU和UART之间的数据传输。其中一个UART通道转换成RS232接口可与支持串口通信的模块相连接。在对S3C2440微处理器进行串口驱动后，可以通过串口线与GPRS无线模块相连并控制其发送数据给手机或远程控制中心。

2.3 GPRS的无线收发模块

GPRS是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务[2]。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。

本系统采用了百亿公司生产的GPRS模块来实现数据的无线收发。它的功能结构，如图4所示:

图4 GPRS模块的功能结构图

在GPRS中插入手机的SIM卡，并将GPRS与S3C2440微处理器通过串口线相连接，微处理器可以通过发送AT指令控制GPRS模块发送温室环境数据。首先设定目标手机号码，然后将温室环境数据加载到短消息内容中，最后控制GPRS发送短消息。数据可以以短消息的形式发送到手机上，也可以发送给另一个远程的GPRS，该GPRS模块与远程监控中心通过串口线相连接，在远程监控中心上建立超级终端后同样可以通过发送AT指令读取收到的短消息内容。由此便实现了数据的无线远程传输。

GPRS模块发送短消息的AT指令如下[3]:

AT+CMGF=1 //设置短消息格式为TEXT

OK

AT+CMGF=13917600768 //设置接收短消息的目标号码

>hello! //输入短消息内容，按Ctrl+Z发送

GPRS模块接收短消息的AT指令如下:

AT+CMGF=1 //设置短消息格式为TEXT

OK

AT+CMNI=2,1 //设置来短消息提示

OK

+CMTI:"SIM"，1 //来短消息提示:短消息

序列号为1，存储在SIM中

AT+CMGR=1 //读第一条短消息

+CMGR:"REC UNREAD","+8613917500768","11/04/30.

13:40:27+32"

hello！ //读出的短消息

3 系统软件的设计

本系统的软件实现基于微处理器完成。程序采用ADS软件开发并通过USB接口线下载至微处理器运行。

#include"2440addr.h"

#include"2440lib.h"

#include"2440slib.h"

#include"LCD_TFT.h"

#include"mmu.h" //声明头文件

extern void LCD_Test(void);

extern void KeyScan_Test(void);

extern void Test_Touchpanel(void);//声明外部函数，用于调用同一工程其他文件中的函数

void Main(void)

{

Board_Init();//开发板初始化

UART_Init_Device();//串口初始化

LCD_Test();//图片显示程序

Test_Touchpanel();//触摸屏控制程序

KeyScan_Test();//按键扫描程序，数据发送和显示的程序编写在按键中断中

}

主程序流程图，如5所示:

图5:主程序流程图

4 系统的调试

系统各部分模块正常连接后，进行了系统调试。首先传感器接12V电源使其正常工作，从而输出模拟电压信号。输出引脚接入S3C2440微处理器的AD转换模块输入引脚。微处理器启动模数转换，将模拟信号转换为数字信号存储在寄存器中，然后对数字信号加以处理，转换成相应的温度、湿度和光照强度数据，再由GPRS模块发送出去。当检测到的数据不符合设定的安全范围时，发送一条警报消息，当终端发现有警报消息时即可采取相应措施。

远程的GPRS与终端PC相连接，当收到新消息时，自动显示提示，并通过AT指令控制GPRS显示新信息，从而实现了远程控制中心对温室环境的实时监测。另外，通过改变目标手机号码，也可以将短消息发送给任意的手机用户。

5 结束语

本文介绍了一种基于GPRS短消息的温室环境监测系统，本系统的优点是:可实时收发温室环境数据，使得相关人员能在第一时间掌握温室环境状况；采用GPRS短消息的无线传输方式，极大地简化了通信协议，且功耗低，安装方便；数据的发送目标不仅可以是远程监控中心，还可以是移动智能终端（手机），使监测更加轻松便捷；界面可视化，人性化，易于操作，因此具有较高的实用性和推广价值。

[1]李慧,刘毅,温室控制技术的发展方向[J].林业机械和木工设备,2004(5),4-7

[2]李洪波,赵建平.基于LPC2138和GPRS技术的无线抄表系统[J].电子技术,2009(7),56-60

[3]邵延华,吴斌等,基于LPC2292和μC/OS-II的无线数据采集系统设计[J].信息化纵横,2009(16),86-88