CN203250220U

CN203250220U - 一种基于gsm的设施农业气肥监控系统

Info

Publication number: CN203250220U
Application number: CN 201320254965
Authority: CN
Inventors: 张海辉; 周庆珍; 樊宏攀; 胡瑾; 梁岩; 刘正道; 乔俊枫; 曹学君; 刘翔
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

一种基于GSM的设施农业气肥监控系统，包括采集温室内CO₂浓度的监测模块、接所述监测模块的微处理器模块、接所述微处理器模块的SIM900通信模块、接所述微处理器模块的时钟模块、接所述微处理器模块的控制执行模块以及接上述各个模块实现供电的电源模块，本实用新型以GSM为通信方式，利用CO₂发生气罐及排气扇作为调控设备，实现了温室环境CO₂浓度远程及现场精确监控及预警，同时系统支持定时控制、阈值控制等多种控制方式，有效提高了我国设施农业管理水平。

Description

一种基于GSM的设施农业气肥监控系统

技术领域

本实用新型属于现代农业技术领域，特别涉及一种基于GSM的设施农业气肥监控系统。

背景技术

CO₂是植物光合作用物质积累的主要原料，对作物生长发育起着非常重要的作用，CO₂供给不足可直接影响作物生长，造成花果脱落、产量及品质下降；CO₂浓度过高也会影响作物对氧气的吸收，不能进行正常的呼吸代谢，引起叶片卷曲，阻碍生长发育，促进衰老。设施农业摆脱了自然环境的季节性束缚，但长期处于封闭或半封闭状态，尤其在寒冷季节室内空气流动性小，很容易造成温室CO₂浓度过高或过低，严重影响作物产量及品质。因此人工调节CO₂气肥是提高温室作物产量和品质的必要措施。我国现有温室气肥调控设备主要通过控制有机肥分解、深施碳酸氢铵、燃烧沼气、固体CO₂气化等方法进行调控，存在管理困难、控制方式不科学、成本高、CO₂利用率较低等不足，很难满足作物生长及设施农业高效管理要求，而国外已有CO₂调控设备价格高，操作复杂，很难适用于我国家庭式小规模生产现状，如何满足我国设施农业CO₂气肥有效监测及调控的需求，成为设施农业亟需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于GSM的设施农业气肥监控系统，采用STC12C5A60S2单片机为核心处理器，以SIM900为通信模块，选用B530作为CO₂传感器，利用CO₂发生气罐及排气扇作为调控设备，实现了温室环境CO₂浓度远程及现场精确监控及预警，同时系统支持定时控制、阈值控制等多种控制方式，有效提高了我国设施农业管理水平。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于GSM的设施农业气肥监控系统，包括：

采集温室内CO₂浓度的监测模块；

接所述监测模块的微处理器模块；

接所述微处理器模块的SIM900通信模块，实现所述微处理器模块与手机之间通过GSM通信；

接所述微处理器模块的时钟模块，为所述微处理器模块提供系统时间；

接所述微处理器模块的控制执行模块，包括位于温室内的CO₂储气瓶和位于温室壁上的排气扇，所述CO₂储气瓶和排气扇分别通过一个继电器接所述微处理器模块；以及

接上述各个模块实现供电的电源模块。

所述监测模块为红外CO₂传感器B530。

所述微处理器模块为STC12C5A60S2单片机。

所述SIM900通信模块外围接SIM卡电路，SIM卡的VDD引脚并联220nF电容，SIM卡的DATA引脚并联22pF电容。

所述时钟模块采用DS1302。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型以单片机为核心处理器，采用SMS短信功能实现温室CO₂浓度的远程监控，用户只需与设备绑定，便可以随时随地对温室CO₂因子进行精准控制；

（2）系统可根据实时CO₂浓度监测信息与用户设置阈值精确计算作物所需CO₂浓度，通过相关执行机构动作，可现场完成反馈调控，从而提高设备准确性，同时增加了现场定时控制与现场预警功能，当温室CO₂浓度高于人体呼入阈值时，系统可通过蜂鸣器进行现场报警，保证用户人身安全。

（3）本系统可实时、智能、精确监控温室CO₂浓度，具有操作简单、低成本等特点，为我国设施农业环境因子精准调控提供了一种有效可靠的解决方案，在我国现代农业发展中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型硬件结构图。

图2是本实用新型检测模块电路图。

图3是本实用新型微处理器模块电路图。

图4是本实用新型SIM900通信模块电路图。

图5是本实用控制执行模块电路图。

图6是本实用新型电源模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。

如图1所示，本实用新型基于GSM的设施农业气肥监控系统，硬件结构包括监测模块、微处理器模块、SIM900通信模块、时钟模块、电源模块、人机交互模块以及控制执行模块，以微处理器模块为核心，完成采集-处理-控制的总体过程。

其中各个模块分别说明如下：

监测模块主要实现温室CO2浓度采集功能，考虑到传感器自身精度、灵敏度等参数，以及系统工作环境要求选用具有较强环境适应能力的传感器，在满足系统功能的前提下尽量降低设备成本。因此在传感器选型时从整体考虑，最终选用红外CO2传感器B530。B530红外CO2传感器是目前最小、最轻的NDIR技术CO2传感器，可广泛应用于农业环境监测、通风系统等场合中，也可安装到其他装置实现空气质量监测。该传感器有预留插拔式插针，非常方便与其他设备连接使用，且数据易于读取，适合各种场合安装和拆卸。B530传感器工作温度范围0～50℃，工作湿度范围0～95%RH，测量范围0～10000ppm，检测精度为30ppm±5%，采样时间3s，消耗电流平均值为25mA，峰值为130mA，完全满足温室环境工作要求，B530CO2传感器电路图如图2所示，检测端进行接地处理。

微处理器模块采用STC12C5A60S2单片机作为核心处理器，其工作电压为 3.3V-5.5V，内嵌增强型8051CPU，集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速，10位A/D转换，4个16位定时器，含有通用全双工异步串行口及SPI接口，具有速度高、功耗低、抗干扰性强等特点，完全满足系统性能设计要求，为系统功能实现提供了基础。单片机及其外围电路设计如图3所示，其中P0口与液晶数据口相连；P3口连接LCD控制口以及串口模块信号引脚；P2口连接独立按键，负责按键控制；P1口与传感器、时钟以及通信模块相连接，P4口主要与继电器、蜂鸣器、指示灯等控制执行模块相连接，完成控制命令信号输出。

SIM900通信模块采用GSM完成CO2浓度短信查询、预警以及CO2浓度调控参数远程控制等功能，核心器件采用SIMCOM公司的GPRS模块SIM900A，其具有较高的集成度且使用简单，只需要添加电源、SIM卡、通信接口等外围接口电路即可完成系统无线通信功能，而实现短信通信功能所必需的信号处理电路、收/发信机电路均已集成在SIM900无线通信模块中，降低了系统开发难度及周期。

SIM900模块外围电路设计主要包括电源电路、SIM卡电路以及通信接口电路，其中电源电路的设计以及系统硬件PCB板的设计显得尤为关键，若元器件选型或PCB布局不当，将会导致无线通信射频性能受到很大影响。

SIM900A模块采用单电源供电，供电范围3.2～4.8V，本系统采用LM2956及其外围电路输出4.2V为SIM900A供电，同时系统在PCB设计过程中通过各元器件合理布局，避免了不同功能模块之间的相互影响，尽量使GSM/GPRS模块远离系统内强干扰源电路。

SIM900A模块支持1.8/3.0V SIM卡，而SIM卡供电可根据其类型自动选择输出电压，可以为1.8V±10%或3.0V±10%，因此设计SIM卡电路部分时，为稳定电源输出且减小纹波,模块电路图如图4所示，SIM卡VDD引脚需并联220nF电容；为了防止高频干扰，SIM卡DATA引脚需并联22pF电容；同时设计PCB电路时为进一步增强SIM卡的可靠性，系统在PCB布局中使SIM卡卡座靠近SIM900模块，避免了因PCB走线过长导致无法识别SIM卡的不足。

控制执行模块包括位于温室内的CO₂储气瓶和位于温室壁上的排气扇，利用排气扇稀释室内CO2浓度，分别通过一个继电器控制气罐电磁阀及排气扇开关两个具体执行器，很好的解决了传统CO2发生及调控存在的问题，可实现温室CO2浓度精准控制，控制执行模块电路图如图5所示。

电源模块为系统正常工作提供所必需的能量，系统采用12V适配器作为电源，主要用到12V，5V，4.2V三种电压，其中12V为监测模块CO2传感器供电，4.2V为无线通信模块SIM900A供电，5V为其他模块供电。其中12V通过电源适配器直接接入系统，通过降压芯片LM2596及其典型电路将12V降压稳压为5V，采用LM2596及其标准电路将12V降压稳压为4.2V，电源电路原理图如图6所示。

用户交互模块主要包括按键与液晶显示两部分，其中按键功能采用6个独立按键完成，液晶采用128*64点阵LCD实现显示功能；时钟模块采用DS1302芯片及其标准电路完成系统时钟功能；现场预警器主要采用蜂鸣器实现超出阈值声音报警。

基于以上结构，本实用新型的工作过程是：

系统可通过远程管理模式和现场控制模式两种操作方式实现对CO₂气罐、排气扇及报警器等执行设备的控制。用户现场管理时，可通过人机交互模块对系统进行实时查看、参数设置等操作，实现自动控制和定时控制两种控制方式；选择自动控制时，系统通过实时监测二氧化碳浓度与控制阈值比较，判断打开或关闭相关执行器，进而实现温室CO₂浓度精准控制；用户还可选择定时方式控制，系统将根据定时时长精确控制相关执行器动作时间以实现温室二氧化碳精准调控；远程管理模式下，用户可通过短信方式设置系统相关参数(如查询周期、控制阈值、报警阈值等)，达到控制相关执行器动作的目的，进而实现远程调控功能；系统也可将温室CO₂浓度周期性发送至用户手机，使用户实时了解温室CO₂浓度状况，同时当温室CO₂浓度超出设定人体呼入极限值时，设备可主动推送SMS报警短信，提示用户及时处理。

Claims

1.一种基于GSM的设施农业气肥监控系统，其特征在于，包括：

采集温室内CO₂浓度的监测模块；

接所述监测模块的微处理器模块；

接上述各个模块实现供电的电源模块。

2.根据权利要求1所述的基于GSM的设施农业气肥监控系统，其特征在于，所述监测模块为红外CO₂传感器B530。

3.根据权利要求1所述的基于GSM的设施农业气肥监控系统，其特征在于，所述微处理器模块为STC12C5A60S2单片机。

4.根据权利要求1所述的基于GSM的设施农业气肥监控系统，其特征在于，所述SIM900通信模块外围接SIM卡电路，SIM卡的VDD引脚并连220nF电容，SIM卡的DATA引脚并联22pF电容。

5.根据权利要求1所述的基于GSM的设施农业气肥监控系统，其特征在于，所述时钟模块采用DS1302。