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基于单片机和GSM网络的智能增温控制系统的设计

来源:用户上传      作者: 罗晨

  摘 要: 以大棚增温器为例,介绍基于STC12C5A60S2单片机和GSM网络的智能增温控制系统的设计过程。其具体过程分为系统功能架构、系统硬件制作包括原理图设计和PCB板制作、系统程序编写,然后通过STC-ISP软件下载实现具体的功能。最后能够达到通过智能化控制增温器开启和关闭,并能远程监控增温系统状态的目的。
  关键词: STC12C5A60S2单片机;GSM网络;智能增温;控制系统
  0 引言
  近年来,冬季极端天气频繁,导致大棚蔬菜大面积受冻,经济损失巨大。据调查统计显示,2011年冬天,仅在温州苍南县11000亩大棚蔬菜中有10000亩不同程度受冻,直接经济损失达约2990万元。对于大型的蔬菜大棚,增温设备较为高端,一般利用电能进行加温;而对于中小型蔬菜大棚,目前农户主要采用点蜡烛的方式来改善这一状况,该方法不仅效率低,耗能高,还需要大量的人力投入,并且排放量大,效果不稳定。针对中小型蔬菜大棚增温问题,非常需要一种有效的增温设备。为了解决这一问题,现设计该基于STC12C5A60S2单片机和GSM网络的智能增温控制系统,主要适用于蔬菜大棚增温器。带有此智能增温系统的增温器增温效果好,能有效的做到低消耗,小排量,并且利用太阳能进行供电,天然无污染,拥有短信远程控制功能,高度智能化。
  1 系统功能架构
  智能增温控制系统包含了智能控温点灭火系统、远程短信监控模块这两部分核心内容。主要是在内部嵌入带温度传感器的单片机控制系统和GSM短信监控模块,通过智能化控制酒精炉火焰的燃烧和熄灭,从而无需人为控制即可达到大棚自动增温的目的。图1为增温系统功能图。
  1.1 智能温控点灭火系统
  智能控温点灭火系统部分是基于STC12C5A60S2单片机通过DHT21温度传感器测得的温度数据自动控制点火电机和开闭盖电机的运转,从而实现自动控温点灭火的功能。
  整个控制由手动与智能化相结合完成,由手动开启电源开关,系统启动后,通过查看4位数码管显示屏选择测温工作模式、定时工作模式和闭盖灭火模式,分别实现智能测温控制增温、智能定时控制增温和灭火功能。
  智能控温点灭火系统三种模式介绍:
  1)测温工作模式:进入测温工作模式时,通过操作面板设定温控器点、灭火温度,当环境温度降至设定的点火温度时,便由控制系统点燃灯芯;当环境温度升至设定的灭火温度时,温控装置自动将灭火盖盖严,便由控制系统熄灭灯芯。点火、灭火的状态会通过短信告知使用者。此后本装置自动循环检测为大棚设施增温。
  2)定时工作模式:进入定时工作模式时,通过操作面板设置点、灭火延迟时间,当点火时间到,便由控制系统点燃灯芯;当灭火时间到,便由控制系统熄灭灯芯。点火、灭火的状态会通过短信告知使用者。
  3)闭盖灭火模式:进入闭盖灭火模式时,系统会自动强制将灭火盖合上,起到强制闭盖和灭火的功能。此时也会将点灭火的状态通过短信告知使用者。
  1.2 远程短信监控模块
  远程短信监控模块是基于GSM网络利用SIM300远程通讯模块通过与自动控温点灭火系统相连接,利用电力转换模块将8V聚合物锂电池直流电降为5V直流电供电,从而实现短信远程监视和控制功能,对于大棚种植行业而言,极大地减少了人力和物力的消耗,进而间接实现节能减排。
  短信远程控制功能通过使用者用手机编辑好相关的短信指令,发送到增温器自带短信模块中进行远程控制操作。短信指令包括:查询相关设置和状态指令、改变和设置模式指令、点火和灭火指令等。同样,当智能增温器收到使用者发来的短信后,会对短信自动识别和处理,智能增温器做好相关设置后会回复应答指令给使用者,让使用者能够实时监视和操控增温器,从而达到远程控制智能增温器的目的。
  2 系统硬件设计
  2.1 智能控温点灭火系统原理图设计
  智能增温系统硬件设计包括单片机工作电路,电源模块电路,RS232/GSM数据传输模块接口电路,点火、开闭盖电动机驱动电路,八段数码管显示电路,温度传感器电路,热电偶电路,温度调节电路等八个主要电路模块设计。图2为增温系统硬件总体方框图。
  2.2 智能控温点灭火系统PCB板制作
  在正确实现各个功能模块的设计后,完成了系统总体硬件电路的设计。然后通过PROTEL 99SE软件进行原理图PCB板的制作,本电路板为双层板,便于布线。
  2.3 远程短信监控模块硬件设计
  本模块是由SIM300通讯模块和电力转换模块组合而成的。SIM300通讯模块通过GSM网络,接收短信通过串口传输给单片机进行处理,然后再由单片机发送指令至该模块指导向外发送相应短信。电力转换模块将8V电压转换成标准5V电压供SIM300通讯模块使用。
  3 系统软件设计
  系统设计通过确定按钮和调温旋钮来进入不同工作模式,可以输入点灭火温度或者输入点灭火延迟时间,显示在4位八段数码管上。同时,也可以通过手机实时监控智能增温系统的状态,以便控制增温器的正常运行。如在温度查询期间不断判断温度是否超限,并查询是否有短信道来,如果有,就在判断短信后,执行短信指令,做出相应的操作,再反馈给用户手机。图3为系统程序设计流程图。
  4 设计开发结果及分析讨论
  本文所设计基于单片机和GSM网络的智能增温控制系统具有精度高、可靠性好、成本较低、技术成熟等特点。系统将单片机与GSM模块结合起来,通过人工设定或者单片机的串口向SIM300发送指令和数据,利用现有的GSM全球蜂窝通信网络实现了远程数据的传输,比传统的收发模块传输距离更远,可靠性更强。设计过程中考虑到了传输的只是英文和数字数据,因此采用了较为简单的TEXT编码,免去了复杂且不必要的PDU编码,是程序过程得到简化。GSM网络通信具有其它通信方式无法比拟的优势,它通信范围广、传输数据可靠性高、短消息业务经济实惠,是远程传输中一种较好的方式。
  随着推进农业科技创新中央一号文件的出台,在当前提倡节能减排的大环境下,农业科技智能化已经越来越受到人们的关注。配有该基于单片机和GSM网络的智能增温控制系统的增温器与传统的中小型大棚增温方式相比,在保证大棚蔬菜正常生长的基础上,消耗能源更低,排放量更少。此外,利用太阳能进行供电清洁无污染,拥有短信远程控制功能并高度智能化,减少大量的人力投入。随着技术的逐步成熟、完善和人们环保意识的不断提高,产品生产成本的不断降低,配有该系统的产品将会具有很大的市场潜力。综上所述,该系统符合国家节能减排的要求,也响应国家农机具现代化建设的倡导,更能为新农村建设下的新一代农民带来经济上的福利。
  参考文献:
  [1]袁立、田亮、阳质量、顾亚雄,基于GSM网络的远程温度监测系统设计[J].仪器仪表用户,2010,17(4):71-72.
  [2]苗文山,基于GPRS技术的远程无线自动电能抄表系统的设
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