CN201681479U - 基于gsm技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，由多个从站和一个主站组成，从站由溶解氧温度传感器、信号调理模块、从控制器及RF射频模块构成，从站的从控制器是ATmega128AVR单片机，它采集鱼塘的溶解氧含量值并通过RF射频模块把检测到的信号传给主站；主站由主控制器、RF射频模块以及GSM/GPRS模块构成，主站、从站通过各自且相互匹配的RF射频模块实现无线数据传输。本系统将无限数传技术及移动通信技术相结合，无线数传应用于主机-终端之间的通信，移动通信应用于远距离信息查询及状态告警，极大地节约了系统成本。

Description

基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统

技术领域

本实用新型属于水质检测领域，尤其是一种基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统。

背景技术

水产养殖产业的发展对我国渔业结构调整有着重要的意义，主要表现在渔民可有效地使用养殖水域、收入提高、城镇居民生活质量得到改善。不同的鱼类对水场温度、氧容量等要素也均有它自己严格的要求，由于技术、经济条件等多方面的因素，致使单位面积产量较低，究其原因，主要是其设计未全面考虑各方面因素，未进行综合技术的开发利用，以致水温不稳，影响养殖鱼类的生育和设施渔业的高产高效；另外水体溶解氧检测不到位，也会影响鱼类同化作用的进行，造成水体危害，从而降低了经济效益。

现代化的水场环境控制技术，是促进鱼类生产实现优质、高产的基本条件和关键手段之一。通过综合应用生物工程技术和计算机技术，根据指标的变化规律做出适当的调整，为鱼类生产提供适宜的环境条件，以便充分发挥其生产潜力，提高生产效率。

目前，水场环境控制技术一般都是采用PC工业控制计算机为上位监控机，以多个PLC可编程控制器和多个单片机系统为下位机，通过RS-485协议进行通讯，以此构成计算机集散监控系统，来监控渔场状态。由于监控中心和各个养殖鱼场的分散性，以及地理和环境的不同，用有线方式构成计算机网络监控系统，会有距离远、代价高、架线和维护困难等问题。因此将计算机无线通信技术应用于水产养殖的远程监控中，已成为水质自动监测系统的发展趋势。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用无线通信技术进行远程监控的基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，由多个从站和一个主站组成，其特征在于：从站由溶解氧温度传感器、信号调理模块、从控制器及RF射频模块构成，从站的从控制器是ATmega128AVR单片机，它采集鱼塘的溶解氧含量值并通过RF射频模块把检测到的信号传给主站；主站由主控制器、RF射频模块以及GSM/GPRS模块构成，主站、从站通过各自且相互匹配的RF射频模块实现无线数据传输。

而且，从站和主站的RF射频模块均为STR-30型微功率无线数据传输模块，射频频率采用433MHz的ISM载波频段。

而且，从站及主站的RF射频模块与各自控制器的连接均为：RF射频模块的RXD和TXD连接到单片机的PD1和PDO，将引脚SLEEP和RESET连接到PD2和PD3。

而且，所述GSM模块选择的是Q2406A。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本系统采用了分散控制、集中管理的模式，各养鱼池中的下位机可作为独立测控系统，这样不但不用再凭借经验管理鱼塘，提高管理精度，而且当一个下位机发生故障或连接上下位机的通信线路发生故障时都不会影响其它下位机的正常工作，故系统的可靠性高，且面板设计精巧，操作简便，使操作人员很快得心应手。

2、本系统引进了无线传输，不但传感器、执行机构与单片机控制系统之间不必考虑传输信号线分布的问题，可与用户进行短信互动，使用户在任意时间、任意地点(电信服务网络覆盖的地域)都可了解生产现场的情况。

3、本系统上位机的智能管理功能被多台下位机共享，可以对下位机传输的温度、溶氧量等实时信息进行优化分析处理，自适应的设置控制参数，使系统能够始终控制在最优状态，可使养鱼池中环境因子长期稳定在适宜生长的条件下，节约电能，节省水能，增加产量，提高效率。

附图说明

图1为本实用新型的系统网路组成框图；

图2为本实用新型的单路系统结构图；

图3为本实用新型从站的程序流程图；

图4为本实用新型的主站的程序流程图；

图5为本实用新型发送短信程序流程图；

图6为本实用新型接收短信程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，由多个从站和一个主站组成，多个从站和主站采用无线射频方式进行通信，射频模块采用STR-30型微功率无线数据传输模块，频率采用433MHz的ISM载波频段。多个从站用来实时检测鱼塘的溶氧量，并将数据无线传输出去；主站唯一，接收数据并完成数据的汇总、存储、上位机通信、短信通知等功能。

从站由检测点的溶解氧温度传感器、信号调理模块、从控制器及射频模块构成，从站的从控制器是ATmega128AVR单片机，它采集鱼塘的溶解氧含量值并通过射频模块把检测到的信号传给主站，无线射频模块采用的是STR-30型微功率无线数据传输模块，该模块的RXD和TXD连接到单片机的PD1和PD0，将引脚SLEEP和RESET连接到PD2和PD3，使系统有休眠功能和复位功能。从站通过检测点的溶解氧温度传感器将环境因子信号变成电信号，并送入信号调理部分进行信号的转换、滤波、放大，调理后的信号进入单片机ATmega128，然后由ATmega128控制RF射频模块STR-30将数据实时传输到主站的主控制器。为了满足精度要求，从站未使用ATmega128AVR单片机内部的ADC而是外接了A/D芯片AD7705来实现模数转换。

从站含有看门狗实时监控，微控制器内部看门狗除了监控自行运行状况外，还监控射频芯片，即使射频芯片被干扰(如雷电干扰)可重新启动。

软件上，从站的ATmega128上电自检后初始化各个设备，然后接收来自主站的带地址码的数据帧发送数据或命令，每个从站都能收到此命令，并将接收到的地址码与本地地址码比较，不同则将数据全部丢掉，不做任何响应，等待下一次主站发送要求的到来；地址码相同，则证明数据是给本地的，从站根据传过来的数据或命令进行不同的响应，将响应的数据打包后发送回去。从站主程序流程图如图3所示。

主站由主控制器、与从站匹配的RF射频模块以及GSM/GPRS模块构成，主控制器同样选用ATmega128AVR单片机作为控制核心，它主要接收自从站RF射频模块STR-30传来的数据，主控制器与主站的RF射频模块STR-30的硬件连接方法与从站相同；同时控制显示模块显示当前状态，还要与按键电路相连识别用户命令并完成相应动作，更重要地，单片机要控制GSM模块，以实现用手机短信的方式与业主联系。

GSM模块选择的是Q2406A，这是一款TTL/CMOS电平的嵌入式Modem，可直接与用户的单片机连接，作为一个无线通讯应用单元，此产品是在核心模块的基础上，增加了供电、SIM/UIM卡、物理电平转换、语音电路、接口等电路；并且以紧凑外形及小尺寸呈现在用户面前，适合于嵌入到产品中，完成GSM/GPRS的所有功能，供电为5VDC，TTL电平。用户只需通过单片机的串口收发AT指令来控制Modem的各种工作：如收发短信，语音呼出，数据呼出，应答呼入，GPRS应用等。

软件上，主站所要实现的功能是发送要查询N站的带地址码的数据帧，发送数据或命令(N＝{1，2……M}，M为用户设定的基站总数目)，然后接收来自N站的信息，将单片机根据状态标志调用显示、存储、按键中断、发送短信等模块。然后判断N是否等于M，如果等则将N置1，重新从基站1到基站M轮流查询；如果不等，则将N加1，查询下一个基站。主站程序流程图如图4所示。

其中，单片机的定时器/计时器1溢出中断用于查询鱼塘信息；定时器/计时器3溢出中断用于收发短信消息；UART0，RX接收中断用于终端数据接收完成数据处理；UART1，RX接收中断用于接收短信完成数据处理；外部中断请求0用于按键处理中断。如果当前是开机状态，则初始化各设备，检测各中断的发生；如果当前是关机状态，则计时器结束计时，液晶显示清屏，显示“停机”，停止接收任何数据。

在软件设计时，主要采用模块设计法，根据具体情况进入各模块。下面详述GSM通信模块。

用户发送查询短消息指令格式如表1所示，监控中心发送报警信息和回复用户查询报告指令格式如表2所示：

表1用户发送查询短消息指令格式

发送内容	查n号
		汉字数	3个汉字

表2监控中心发送报警信息和回复用户查询报告指令格式

监控中心发送报警信息格式	n号鱼塘溶解氧含量状态：增氧.
		回复用户查询报告指令格式	n号鱼塘溶解氧含量：x(mg/L)；状态：正常(增氧)

注：1.n＝{1，2，……，M}，表示基站号，M表示基站总数目。

2.x表示精度为小数点后两位的小数，范围在0.00～20.00，单位为mg/L。

例如用户在回家之后想知道1号站溶解氧含量情况，就发一条短信给监控中心，格式为：“查1号”。监控中心就会回复短信：“1号鱼塘溶解氧含量：12.43mg/L；状态：正常.”，或者“1号鱼塘溶解氧含量：4.43mg/L；状态：增氧.”。当3号鱼塘溶解氧含量低于设定的溶解氧下限，则监控中心此时将会发送报警信息给用户，格式为：“3号鱼塘溶解氧含量状态：增氧”。此时，系统已经将增氧机开启，进行增氧。

有了通信协议，那么通信程序就有了标准。当鱼儿缺氧时，这是一个重大事件，要通知用户，此时，开启GSM模块，并向串口发送AT指令。系统通过检测短信返回指令来判断是否发送成功。首先系统会置返回状态为0，即验证信号质量。前面知道了AT+CSQ表示信号强度指示，如果返回“99，99”，则说明信号质量不好，需要重新发送，实际中只要检测到“，”即可判定返回了“99，99”；如果返回的数字在8到40之间，则说明信号质量可以，则向移动通信网络发送短消息，即发送at+cmgs指令，如果返回“>”和空格，则说明可以发送短信息给用户手机了，如果返回“E”，则说明要重新初始化，继续发出请求。给用户发送了短信息之后，返回“k”，表示成功，结束发送状态，如果返回“E”，则说明要重新初始化，继续发出短消息。流程图如图5。

一般情况下，系统用查询的方式来检测用户是否发来查询鱼塘水质情况短信息，如果检测到OK的“K”字母，还要检测发来信息的手机号码是否为设定好的用户电话号码，格式是按照通信格式写的且基站号在1到总基站数之间，就回复短信报告此基站鱼塘溶解氧状态情况，否则删除短消息。如果检测到“E”，则重新初始化，继续查询。流程图如图6。

本实用新型的工作原理是：

系统的中心点为监控主站，主要完成各种信息和数据的收发和处理：一方面，接收各个监控点上传的信息和数据，并把它们放入相应的数据库，以实现对各个监控点的监控和管理。如果有某个从站溶解氧含量不足，则通过GSM网络将信息报告给用户，并且将增氧的信息下发到相应的增氧机驱动上，从而达到实时控制的目的；另一个方面，就是应用SMS短信息服务，监控主站通过GSM网络响应用户发出的对各个从站的水质查询信息，让用户在任意时间、任意地点(电信服务网络覆盖的地域)都可了解生产现场的情况。

显示模块是128×64点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与CPU直接接口，具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线。逻辑工作电压(Vcc)为4.5～5.5V(12864-3、12864-5可使用3V供电)。LCD显示屏置于仪表的面板上，通过一条扁平电缆连接至主控板。测控仪表内部的电磁干扰对LCD的工作有一定的影响，如果该仪表工作于工业生产过程，恶劣的环境对于液晶屏的工作更为不利，这就需要在设计中采用各种抗干扰措施。本系统采取的主要抗干扰措施如下：

(1)设计LCD模块的接口时，在VSS和VDD之间接一只0.1μF的去耦电容，接10μF或20μF电容滤波，提高电源输入的稳定性。

(2)LCD模块的工作电流很小，为几毫安，但其背光部分所需要的电流远大于其工作电流，因此在设计中需将工作电源和背光电源分别布线。

(3)为避免其他不明干扰源对液晶显示的影响，采用软件掩饰显示不正常的问题，即定期对液晶屏复位(通过RES的反引脚)，保证液晶显示屏在长期工作时的稳定性。如果不允许液晶屏定期复位，可以检测LCD内部工作寄存器和显示RAM，一旦发现LCD不正常，可以对LCD复位。

本装置已经过一年的试运行，实践证明使用效果良好。利用移动无线网络强大的覆盖率，本系统主机和业主之间的通信采用了短信的方式进行，即降低了成本，同时也达到了业主部分时间、地域进行实时信息查询的目的；本装置还创新性的将无限数传技术及移动通信技术相结合，无线数传应用于主机-终端之间的通信，移动通信应用于远距离信息查询及状态告警，极大的节约了系统成本。

Claims (4)

1.一种基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，由多个从站和一个主站组成，其特征在于：从站由溶解氧温度传感器、信号调理模块、从控制器及RF射频模块构成，从站的从控制器是ATmega128 AVR单片机，它采集鱼塘的溶解氧含量值并通过RF射频模块把检测到的信号传给主站；主站由主控制器、RF射频模块以及GSM/GPRS模块构成，主站、从站通过各自且相互匹配的RF射频模块实现无线数据传输。

2.根据权利要求1所述的基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，其特征在于：从站和主站的RF射频模块均为STR-30型微功率无线数据传输模块，射频频率采用433MHz的ISM载波频段。

3.根据权利要求1所述的基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，其特征在于：从站及主站的RF射频模块与各自控制器的连接均为：RF射频模块的RXD和TXD连接到单片机的PD1和PD0，将引脚SLEEP和RESET连接到PD2和PD3。

4.根据权利要求1所述的基于GSM技术的鱼塘溶解氧检测与无线传输系统，其特征在于：所述GSM模块选择的是Q2406A。

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