基于GSM测控的蝴蝶兰花养殖系统
发布时间：2023-12-29 14:42:10 来源：文档文库
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２０１４年增刊 《福建师大福清分校学报》 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＦＵＱＩＮＧ ＢＲＡＮＣＨ ＯＦ ＦＵＪＩＡＮ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ 总第１２３期 基于ＧＳＭ测控的蝴蝶兰花养殖系统 谢金成，苏燕婷 （福建师范大学福清分校电子与信息工程系，福建福清３５０３００） 摘要：本设计是应用ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｒｌｌ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃ０ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ１网络通信技术，以ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２ 为控制核心，通过各个传感器实时检测空气温湿度、土壤湿度、光照、二氧化碳浓度等环境变量，再由手机、单 片机和ＧＳＭ模块三者相互通信，实现远程查询环境变量和控制改变环境变量的功能，使各参量指标符合蝴 蝶兰花的最佳生长环境要求，保证蝴蝶兰花能正常地生长，进一步降低人工成本。同时用液晶显示蝴蝶兰花 养殖环境的各个变量，在现场就可根据显示结果，用键盘启动相应的处理模块，改变此时的变量。为实现蝴蝶 兰花养殖技术信息化、智能化和规模化的目的提供了一种新的思路，具有一定的实际应用价值。 关键词：远程测控；ＧＳＭ网络通信；单片机；蝴蝶兰花养殖 中图分类号：￥６８２．３２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—３４２１（２０１４）ＳＯ一０ｌ１０—０５ ０引言 而本设计就是通过短信息服务来随时对蝴 随着无线网络技术的发展，ＧＳＭ网络通信 蝶兰花的养殖环境情况进行查询和控制的，为 凭借其优越的性能，占据了主导的地位，其通信 实现大面积种植，降低人工成本，使蝴蝶兰花更 范围仍在不断地扩大，已成为成熟、稳定、可靠 容易进人到普通百姓家提供了可能。 和高效的通信网络【ｌ＿，目前ＧＳＭ测控技术也得 １环境数据采集 到了广泛的应用。 蝴蝶兰花对生长环境要求严格主要表现在 同时随着人们生活水平的提高，人们更加 以下三个方面： 重视美化绿化环境，蝴蝶兰花作为高档观赏绿 （１）温度：蝴蝶兰花主要分布在热带低海拔 色植物，已经进入到千家万户，但蝴蝶兰花对生 沿海田地区，因此对低温十分地敏感，其最适生 长环境要求严格，特别是对温度、空气湿度、土 长栽培温度为白天２５￣Ｃ至２８℃，夜间１８￣Ｃ至 壤湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数要求严 ２０￣（２。如长时间处于ｌ５℃时，则停止生长；温度 格。因此要实现低成本、规模化养殖蝴蝶兰花， 在ｌ５ｃＣ以下时，根部将停止吸收水分，叶片出现 就必须实时检测养殖环境是否符合生长要求， 坏死黑斑，且时间一长叶片就会开始变黄而脱 并随时调整养殖环境的变量，以适生长。 然而人为进行实时监测必然要花费很大的 落。 （２）水份：蝴蝶兰花喜湿，但忌积水。在生长 人力和财力，但如果利用成熟的ＧＳＭ网络通 期不能缺水，如长时期缺水会使叶片发黄，无法 信，就可以用手机实时对养殖环境进行远程测 补救。 控，这样既简单、方便，又不受时间和空间的限 （３）通风和遮阴：蝴蝶兰花在自然状态下附 制，为实现蝴蝶兰花养殖大规模化和低成本化 生在密林树荫处，因而形成了喜通风，忌闷热的 提供了可能，具有良好的实际应用价值。 习性。如通风不良易引起烂根、生长不良。栽培 收稿日期：２０１３—１２—２１ 基金项目：国家级科研立项（编号：ＧＣＸ２０１３０１０）。 作者简介：谢金成（１９９０一），男，福建泉州人，２０１１级电子信息工程专业本科生。
增刊 谢金成，苏燕婷：基于ＧＳＭ测控的蝴蝶兰花养殖系统 时要求冬季少遮光，春秋季多遮光。同时夏季阳 机作为上位机。整个系统的工作由两片ＳＴＣ１２ 光强、气温高，又要特别注意遮阴，加强通风。 Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机处理完成，这样做的目的一个 根据上述蝴蝶兰花的生长特性，即可选取 是采用５１单片机降低开发成本，另一个是为了 合适传感器来对养殖环境进行检测。本设计选 提高处理速度和解决ＲＡＭ存储不够用的问题。 取的传感器类型详述如下： 整个系统工作流程为：传感器［４１数据采集组 （１）ＤＨＴ１１型数字温湿度传感器，其具有 不断采集养殖环境的数据，并传给其中单片机 价格低廉，使用方便，稳定性高的优点。该传感 Ａ处理后在１２８６４液晶屏上不断刷新显示，同 器的湿度测量范围为２０％～９０％ＲＨ（０—５０％温度 补偿）；温度测量范围为０～＋５０￣Ｃ。且湿度测量 精度为±５．０％ＲＨ；温度测量精度为±２．０￣Ｃ。这样 的’狈４量范围和精度即可满足对蝴蝶兰花的养殖 环境的空气温湿度进行测量。 （２）ＹＬ一６９型优质土壤湿度传感器，其检测 深度为４０ＭＭ，模拟输出量为０—５Ｖ，工作湿度 为９５％ＲＨ以下（标称湿度６５％ＲＨ）。产品采集 数据通过模拟量输出，经ＡＤ转换电路后，将数 据传给单片机处理，从而实现了对土壤湿度的 测量。在本设计中土壤湿度传感器只要检测土 壤是否缺水或长时积水即可，因此对精度要求 不高，所以采用该型号传感器再配以单片机的 内部ＡＤ进行处理即满足湿度采集需求。 （３）ＢＨ１７５０ＦＶＩ型数字光强传感器，其采集 光照度范围为０ｌｘ至６５５３５１ｘ，且采集的数据直 接以数字信号的形式输出，只需通过Ｉ２Ｃ协议 即可读出光强度，很容易实现。当光照强度保持 在１０００１ｘ以下时，说明当前环境为荫蔽状态， 适合蝴蝶兰花生长；当光照强度保持在３００￣ｘ 以上时，说明当前环境为强光照射状态，已不利 于蝴蝶兰花的生长，需采用遮阳的措施。 还有蝴蝶兰花和其他植物一样需要进行光 合作用，而植物光合作用所需要的主要养分除 了水，还有二氧化碳和光照。因此本设计除了以 上三个传感器对主要养殖环境的变量进行检测 外，还采用了二氧化碳传感器和颜色传感器进 行检测，从而更好地保证蝴蝶兰花地正常生长。 ２系统设计概述 本设计的整个系统主要由传感器数据采集 组、ＳＴＣｌ２Ｃ５Ａ６０Ｓ２微处理器［３１、１２８６４液晶显示 模块、ＧＳＭ通信模块、键盘控制模块、电源模块 及继电器组组成，同时以普通可收发短信的手 时通过串口不断地向单片机Ｂ传送采集的数 据，单片机Ｂ不断地接收数据，当收到手机发来 的查询数据的指令时，就控制ＧＳＭ模块将数据 通过短信息的形式发到指定的手机上。单片机 Ｂ还承担着处理手机发来的控制指令和键盘模 块的操控指令，综合处理后，再对继电器组进行 控制，从而启动相应的处理设备来改变环境变 量。本系统的总设计框如图１所示。 ３系统的硬件电路设计 ３．１ 电源模块 整个系统除了二氧化碳传感器需要用直 流＋６Ｖ电源、ＧＳＭ模块需要用到３．３Ｖ电源外和 部分改变环境变量的装置需用市电外，其他均 用用＋５Ｖ供电，而ＧＳＭ模块在收发送数据时， 会有较高的电流消耗，最高可达２Ａ，所以本设 计采用５Ｖ／２Ａ的开关电源作为主要供电。另外 以７８０６三端集成稳压芯片来产生６Ｖ电压，同 时采用ＡＭＳ１ １ １７产生３．３Ｖ电压『５ｌ，电路图如图 ２所示。 ３．２ ＧＳＭ模块 出于成本考虑和开发方便等因素，本设计 采用的是ＳＩＭ９００Ａ芯片．并设计外围工作电路， 以串口的工作方式为接口与单片机进行通信， 详细图解如图３所示。 ＳＩＭ９００Ａ是一个专为中国大陆市场设计的 ２频的ＧＳＭ／ＧＰＲＳ模块。以ＥＧＳＭ９００ＭＨＺ和 ＤＣＳ１８００ＭＨｚ作为工作频段。可以提供ＧＳＭ语 音和短信等业务。同时具有标准的ＡＴ命令接 口，操作方法简洁。 ３．３液晶显示模块 本设计采用８位并行接口，且带有中文字 库的液晶模块。其具有接口简单，功耗低，仅需 操作相应的时序就可驱动显示等优点。本设计
ｌＩ２ 福建师大福清分校学报 ２０１４年４月 图１ 系统的总设框图 １ ±ＬＬ —一 Ｌｈ ＿ ； 西 ｛ 图２电压３．３Ｖ的电路图 Ｉ Ｌ ｌ ｌ单片机模块 Ｇｓ 模块 利用该液晶显示可简便的实现中英文信息交换 界面，提高了系统的可控性。 ３．４单片机处理模块 ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６ＯＳ２是宏晶科技生产的单时钟／ 机器周期（１Ｔ）的单片机，是高效、低功耗、超强 抗干扰的新一代８０５ １单片机，指令代码完全兼 容传统８０５ｌ，但速度快８一ｌ２倍【６１。内部集成专 用复位电路、２个全双工串行通信接口、８路高 速１０位Ａ／Ｄ转换等，符合本设计的硬件需求， 但其片内ＲＡＭ只有１２８０Ｋ，本设计为了克服片 图３ ＧＳＭ模块与单片机连接图 内ＲＡＭ存储不够的问题和提高处理速度，选用
增刊 谢金成，苏燕婷：基于ＧＳＭ；￣控的蝴蝶兰花养殖系统 １１３ 了两片ＳＴＣＩ２Ｃ５Ａ６０Ｓ２作为主控制。其中单片 器的闭合来间接控制。 机Ａ用来控制和处理传感器采集数据［３１，并把 ４系统的软件设计 数据通过串口发送出去且在１２８６４液晶上显 系统上电后，在单片机Ａ的控制下液晶显 示；单片机Ｂ负责接收单片机Ａ发来的数据、 示所有传感器采集的数据，并通过串口发送数 发送ＡＴ指令控制ＧＳＭ模块、扫描处理键盘和 据给单片机Ｂ。单片机Ｂ边接收单片机Ａ发来 控制继电器组的工作。 ３．５继电器组 的数据的同时侦听ＧＳＭ模块的指令和键盘模 块的控制指令，当收到控制指令时，经指令分析 在本设计中用来改变环境变量的装置有风 后，产生相应的动作。其详细的软件设计的总流 扇、加热器、红灯、绿灯、蓝灯、加湿器、浇水机。 程如图４所示。 要控制这些装置的启动和停止，只能通过继电 初始化 ｌｌ ．． …，．， 甲Ｈ ｎＪ ・ ｌ ＩＡＤｃ数据采集 ’ 液晶 永Ｃ ０：！浓度 ● Ｉ譬ＧｓＭ模块控于连接ｆ ’，＋ 肯串ｒＩ中断 ＜ —＝＝ ～ ：。： —一 艘，ｋ时 进行 Ｙｒ１ ＿ ，液品娃示士壤湿度 ＋ 数据接收 和存储 注册到服务商 Ｎ —～＼ 读ＤＨＴＩＩ传感器 ● ，， ／ 液晶５＝Ｉ｝豕卒气温湿度 —＼—／ ▲ ● 采集颜色传感器值 ＋ 示 气三埭包值 ＋ 光强 ’ Ｙ ＧＳＭ模块收发短竹 始化 ◆ 串Ｉ＝．ｊ向ＧＳＭ模块发送 ‘‘Ｉｎｉｔｉａｌ ＳＵＣＣＥＳＳ’’ ｔ、 控制相应的装簧 ▲ 读 按键的位置 Ｌ 串ｕ发送所有传感器 — 采集的数姑 、、— ＝＝二：： ／Ｙ， 读｝¨瓤信内容 ● “打）ｒ腻墒” 或 ● “扣”红灯” 戏 ● “打”绿灯” 或 ● “打ｊｆ监灯” “芰闭虹灯” ● “｝Ｊ”抽ｌ热器” 或 ◆ “打ｌＪｆ加 器” 或 ＋ “打ＪＦ浇水帆” “戈川浇水机” “戈“｛风瑚” “，乏ｆｔ】￣ｒ：ｔ Ｊ” “芙 绿灯 “戈ｌ Ｉ热器” “’皂 器” ｊ 风瑚 被 ”／戈州 』 红灯 被¨）Ｆ／戈＾卅 』 绿灯 被扣；ｔ／戈１５１１ １Ｌ 监” 敞打Ｊｌ：／戈 』 加Ｉ热器 被 ”／芙闭 』 加Ｉ斑器 砬扣 ／，乏川 』 浇水机 醯 』ｒ／芰ｌ卅 盘询 ＋ 串ｕ向ＧｓＭ模块发送所午ｆ传感器采集的 数据，ＧＳＭ模块ｌｌＪ发送 ， ＋ 到下机ｌ 图４软件设计总流程图
１１４ 福建师大福清分校学报 ２０１４年４月 ５实现 上可以进一步设计对蝴蝶兰花养殖环境变量进 定、对浇水量进行定量设定、对颜色曝光进行定 根据系统设计方案，通过编程调试，最终实 行远程精确控制，如远程对空气温湿度进行设 现了如下功能： （１）在１２８６４液晶显示屏上显示二氧化碳 时设定等。还可以在系统软件设计上加入看门 浓度值、土壤湿度值、空气温度值、空气湿度值、 狗程序和低功耗设置， 将会更好地提高整个系 光照三原色值、光照强度值； 统运行的稳定性和可靠性。相信随着社会的发 （２）当手机发送短信内容为“查询”到系统 展，此研究成果将在更广阔的领域得到更深层 时，系统把液晶显示屏所显示的实时数据全部 次的应用Ｉ７Ｊ 