基于GSM网络的温室环境监测系统的设计

张立辉 魏立明 李春良

摘 要：本文主要以STC单片机为控制核心，利用GSM网络为信息传输平台，通过华为GTM900C模块通过手机短信进行远程温室环境监测系统。用户可以通过手机发送短信对实时掌握温室内的环境变化，也能远程对温室内的温度、湿度、光照、CO2等进行调节控制，以更好的满足农作物的生长环境。

关键词：温室环境；监测；GSM；单片机

中图分类号：X83 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532004

引言

温室大棚是用来栽培植物的设施，在不适宜植物生长的季节，能提供作物正常成长的条件和提高农产品的产量，为提升百姓的生活质量带来很大的便利，成为了保证居民“菜篮子工程”的重要设施。

根据当前温室大棚发展的前景，构建了一种温室环境无线监测系统的设计。本文设计了一套基于GSM的温室大棚环境远程监测系统，系统实现了温度、湿度、光照度、CO2浓度等在线监测和实时预警，并能够以短信形式定时发送数据给管理者，这样管理者就能实时了解温室大棚的环境信息，及时地调控温室大棚的环境，更好地满足作物的生长环境，有利于实现增产增收。

1 系统的组成及工作原理

图1给出了系统组成框图。系统由单片机控制模块、GSM模块、RS232接口模块、环境参数传感器等组成。数据采集模块可根据温室内的需求多地点布置，采集温室的温湿度、光照和CO2等环境信息，然后通过GSM模块将数据定时地传到管理者的手机上，使温室的管理者能实时的知晓温室内的环境参数。

图1 系统组成框图

2 系统硬件设计

2.1 数据采集传感器

数据采集传感器是整个无线监测系统的主要构成部分，采集处理温室内环境中的温湿度、光照强度、CO2浓度等信息。

温湿度选用H-THN型低功耗温湿度变送器，平均功耗不足0.02W。超低功耗和独特风道设计，彻底解决电路板温升问题，测量更精确，响应更快等特点。使用瑞士进口二代传感器探头，保证了产品的优异测量性能。强大的功能及稳定性能，可选1路或2路开关量输出，独特的控制逻辑，可以实现多种功能控制和远程控制，如高温告警、低温告警、高湿告警、低湿告警、加热、制冷、加湿、除湿等。

光照度传感器选用DZD-T6A1型，这种光照度传感器是采用具有较高灵敏度的感光探测器，配合高精度线性放大电路，应用范围广泛、性价比高。

CO2的监测采用MH-Z14CO2传感器，该传感器是一个智能通用型、小型传感器，利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CO2进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性，寿命长。内置温度补偿；同时具有数字输出与模拟电压输出，方便使用。该CO2传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合而制作出的高性能红外传感器。具有高灵敏度、高分辨率、低功耗特点。工作温度为0～50℃，输出电压是在0～2V变化的直流信号，系统对输出信号进行采样后，送到A/D转换器处理后传给单片机。

2.2 GSM模块

GSM模块采用华为GTM900-C。GTM900-C模块是华为公司推出的GPRS模块，工作频段是EGSM900/GSM1800。40PIN FPC连接器UART接口（最大串口速率可达115200bit/s），标准SIM卡接口（1.8或3V），非常适合于低功耗、低成本的系统设计。

2.3 单片机系统

STC15F2K32S2增强型单片机集成了上电复位电路与高精准R/C振荡器，集成了大容量的程序存储器、数据存储器以及EEPRM，集成了A/D、PWM、SPI等高功能接口部件，可大大的简化单片机应用系统的外围电路，使单片机应用系统的设计更加简捷，系统性能更加高效、可靠。

3 系统的软件设计

系统软件部分采用C语言进行程序设计。通过软件设计主要完成2大系统功能：对检测信息进行判断、校验和储存，具体有数据采集子程序、时钟子程序、无线通信、存储子程序、串行通信等子程序构成；对采集的信息进行整理、分析。系统不仅要接收日常的监测信息，还要对收集到的数据进行判断，管理人员可以随时查询所监测的温室大棚内的各项环境参数。单片机采集1次/min数据，但不是向无线数据收发模块发送1次/min数据，如果所监测点的参数值或参数的变化速率不超过设定的范围，则数据采集器每30min向无线数据收发模块发送1次数据，一旦所监测点的参数超过设定的值或者是参数变化的速率超过设定的范围，则发送周期立即缩短为发送1次/min，直至参数值恢复正常。

GTM900-C模块和单片机之间采用AT指令通信。GTM900-C模块提供的命令接口符合无线通信接口规范。GTM900-C模块中定义的AT命令提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口，数据终端设备通过标准的AT命令与GSM网络引擎相互通信、交换数据。系统软件利用模块化构成方式，主要有主程序和温湿度、光照强度、CO2浓度等数据采集子程序，主程序开始后，先初始化系统、GSM短信无线通信功能、模数转换功能等，其软件流程图如图2所示。

4 结语

本文采用单片机技术、传感器技术和GSM网络通信技术等技术设计了一套基于GSM的温室大棚的环境远程监测系统，系统实现了环境参数的自动采集和无线传输，降低了工作量、提高了工作效率和节约了成本。

温室大棚种植面积正在逐步扩大，利用GSM无线监测系统较好的解决了温室大棚农作物生长环境实时动态监测难的状况，实现了高效率的农业生产。

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作者简介：张立辉（1975–），男，博士，吉林建筑大学电气与计算机学院副教授，研究方向：智能控制。