基于GSM的智能浇灌监控系统的设计

韩 剑，伍玉霞，李 宸，陈欧杰，张 苗

（桂林电子科技大学 信息科技学院，广西 桂林 541004）

基于GSM的智能浇灌监控系统的设计

韩 剑，伍玉霞，李 宸，陈欧杰，张 苗

（桂林电子科技大学 信息科技学院，广西 桂林 541004）

系统针对目前大多数浇灌控制系统的应用现状，设计了一种多功能的浇灌智能控制系统。系统集多种控制功能于一体，包括恒温、照明、自动换水、自动喂食、自动水循环和GSM通信等功能，并可根据需要修改控制参数。系统运行稳定可靠、操作简单方便、可广泛用于家庭和宾馆鱼缸、植物和温室大棚等场所。

远程监控；浇灌；自动控制；GSM

目前市场上的智能灌溉系统功能比较分散，往往只能实现某个功能，如水循环功能、自动增氧功能、恒温功能等，且大多数的设备都需要手动操作，无法实现完全的自动化控制。这些智能灌溉系统主要是以定时电路为核心的间歇式控制系统，而且这些设备大都定时并不准确，可靠性较差。系统设计选用ATMega16单片机作为智能鱼缸系统的核心控制芯片，采用各种传感器采集环境数据并反馈给单片机处理，根据处理结果单片机控制各控制模块实现水温自动控制，定时喂食，水循环、照明和GSM通信等功能。

1　系统设计

1.1投食盒结构设计

使用如图1的结构，该方案是可由一个旋转轴带动整体结构旋转的投食盒结构。投食盒由一个旋转轴B带动整体旋转，投食盒在旋转过程中内部的鱼食会因为重力到达出料口。继续旋转，鱼食受到出料口的宽度限制，使得旋转一次的过程中只会有一定量的鱼食通过出料口。再继续旋转，这一定量的鱼食即可从投食口掉出。所以，该结构可以通过一次旋转实现一次定量投食的效果。而该结构上可通过旋转A处的旋钮，带动出料口的挡板，实现出料口宽度的调节，以此实现对投食量的控制。该结构的鱼食存储槽里可以存储一定量的鱼食，可供多次投食使用。控制该结构时，只需使用步进电机和霍尔传感器即可实现。

图1　投食盒结构

1.2系统整体设计

整个电路可分为几个大部分：分别为单片机最小系统部分、电源电路部分、液晶显示电路部分、步进电机驱动电路部分、交流电控制电路部分、按键控制电路部分、实时时钟部分、LED驱动电路部分以及GSM通信模块。整个系统框图如图2所示。

图2　系统框图

2　系统硬件设计

系统分为单片机控制电路、电源电路、液晶显示电路、步进电机驱动电路、交流电控制电路、按键控制电路、实时时钟部分、LED驱动电路以及GSM通信电路。根据各电路具体功能又可将它们进一步划分为：主控制电路、人机交互电路、数据采集电路及控制电路。

1）控制电路控制电路是用来改变当前水温、启动光照、启动水循环和投入鱼食的具体实现电路。该电路通过单片机控制继电器、ULN2003或恒流电路实现对对应模块的控制，最终实现对缸内对应环境的改变。控制电路如图3所示。电路使加热和水循环模块的电源线一端与交流电源零线相连接，另一端连接到继电器的选择端上，默认状态下，继电器将选择端悬空。当单片机下达控制指令后，三极管的导通使继电器上电，继电器选择端被拨到交流电的火线上，模块得以供电运行。而恒温和水循环模块都只要上电模块便能正常工作，实现对鱼缸内环境的控制。

图3　控制电路

2）GSM模块和 PC机的通信电路

系统通过设置监控中心，管理员可以在监控中心通过上位机监控软件实时监控各个大棚的各种信息。还可以从监控中心控制大棚内机器的运行，GSM的连接电路框图如图4所示。

图4　GSM连接电路框图

3　系统的软件设计

3.1系统主程序流程图

设计的程序分为Nokia5110液晶控制程序、按键设置程序、EEPROM数据控制程序、DS18B20控制程序、DS1307控制程序、IIC接口通信程序和主控制程序。如图5的流程图。

图5　系统程序流程图

3.2滤波算法

系统为了实现处理数据更加准确，在软件上也进行了滤波处理程序使用一阶低通滤波。

一阶低通滤波的算法公式为：

因为喂食的变化是一个缓慢的过程，所以不需要很高的灵敏度。因此，系统选择了取值较小的滤波系数来对采样数据进行滤波，使采样结果能够稳定，减少自动调节的误判。滤波算法流程图如图6所示。

图6　滤波算法流程图

4　结　论

该智能浇灌控制系统的软件部分和硬件设计部分设计合理，利用模块化的程序设计方式编译出完整的软件程序，模块之间相互独立，使得程序独具移植性和可靠性。能够实现多点采集数字化温湿度检测系统，能够通过GSM模块实现无线传输，当有特殊情况比如停电等情况时，通过GSM模块给主人发送短信告知。系统硬件部分设计成本低廉，运行稳定可靠、操作简单方便、可广泛应用于家庭和宾馆等场所和温室大棚等。

［1］裴蓓，赵丽.基于GSM的家庭远程智能监控系统设计［J］.制造业自动化，2013（9）：26-28.

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［3］赵婷.基于GSM的智能空调控制系统设计［J］.计算机测量与控制，2015（7）：2427-2429.

［4］卢超.基于GSM多通道远程遥控开关的设计［J］.计算机测量与控制，2014（3）：905-908.

［5］韩承钢，章建行，曹耀宇，等.基于GSM的全自动远程管理控制系统［J］.无线通信技术，2014（1）：56-59，62.

［6］张发斌.基于GSM通信的智能配电房动力环境监控系统设计［J］.自动化与仪器仪表，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稿件编号：201509107

2015广西高校大学生创新创业计划项目（201513644040）；广西区科学技术研究项目（KY2015LX769）

韩 剑（1982—），男，江西玉山人，硕士，讲师。研究方向：精密测量与自动控制、电路系统的EDA技术。