Hans Journal of Wireless Communications
Vol.07 No.04(2017), Article ID:21862,11 pages
10.12677/HJWC.2017.74018

Greenhouses Information Collection and Control Based on GPRS

Zao-Lan Lu1, Huai-Wen Xie2

1Modern Education Technology Center of Sanming University, Sanming Fujian

2Taiping Life lnsurance Co., Ltd. Fujian branch, Fuzhou Fujian

Received: Aug. 12th, 2017; accepted: Aug. 23rd, 2017; published: Aug. 30th, 2017

ABSTRACT

Greenhouses state parameters (such as temperature, humidity, light intensity and CO2 concentration) which are collected and intelligently controlled by MCU (STC 89C 52) are transmitted to the host computer (PC) for real-time observation. By analyzing information provided by lower computer (MCU), PC orders STC 89C 52 to send control commands to ventilation equipment, spray device and Shade net.

Keywords:Greenhouse, Remote Monitoring, GPRS, STC 89C 52

基于GPRS的温室大棚信息采集及控制

陆招兰1,谢怀文2

1三明学院现代教育技术中心,福建 三明

2太平人寿保险有限公司福建分公司,福建 福州

收稿日期:2017年8月12日;录用日期:2017年8月23日;发布日期:2017年8月30日

摘 要

由STC 89C 52单片机采集信息和智能控制,利用GPRS无线传输模块定时把温室大棚采集到的温度、湿度、光照强度以及CO2浓度等数据传输给上位机(PC机),实时观察,同时又通过PC机对下位机(单片机)采集的信息进行分析,并发出相应指令给下位机作出相应的控制,如通风设备、喷淋装置、遮阳网等装置。

关键词 :温室大棚,远程监控,GPRS,STC 89C 52

Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

我国温室大棚的应用越来越广,根据农业生产的实际需要,研究设计温室大棚信息采集系统,对于温室大棚信息采集的智能化和实时监测自动化,实现土壤诊断、合理施肥灌溉、调温以及遮阳补光等具有重要的意义 [1] 。

基于GPRS的温室大棚信息采集及控制系统的设计,通过温度传感器、湿度传感器、CO2传感器和光敏传感器采集大棚内温度、湿度、CO2浓度和光照强度等信息,由STC 89C 52单片机(下位机)分时循环收集各传感器信息并实时由GPRS模块发送到管理员室的PC机(上位机) [2] ,管理员可以通过PC机实时查询大棚的相关信息。

PC机可以对采集的信息自动数据处理,做出相应的控制,如通风设备、喷淋装置、遮阳网等装置的打开或关闭;可以定时对多个大棚数据采集和保存,保存的数据有时间记录,这便于对各批次作物成长的分析。管理员可以通过pc机对大棚环境参数值适时调整设置,实现闭环控制,对不同季节、不同农作物进行环境参数的调整,实现对大棚的高效管理 [3] [4] 。

本设计大棚内单片机系统(下位机)采用模块化的设计思路。使用STC 89C 52作为控制核心、无线传输模块使用GTM900C GPRS模块,液晶显示使用LCD12864等元器件,设计出的硬件系统使用简单,功耗低,性价比高 [5] 。

2. 系统硬件设计

2.1. 系统结构

系统结构主要由传感器、单片机及GPRS模块(下位机)和数据中心PC机(上位机)四部分组成如图1所示。通过各传感器把采集到的信息传送至单片机,单片机把接受到的信息通过GPRS模块传输到PC机上,然后再由PC机对这些信息进行分析处理 [6] [7] 。其中一台PC机可以访问多个GPRS模块,从而实现多个温室大棚的分时控制,形成一对多的温室大棚测控系统。

2.2. 硬件结构原理

硬件电路主要由信息采集、数据收发控制、信息显示、系统控制四部分组成。其中信息采集主要由温湿度传感器、光照强度以及CO2浓度传感器组成;数据收发控制主要由GPRS模块和PC机组成;信息显示由LCD12864组成;系统控制主要由单片机和PC机构成;其系统结构框图如图2所示。通过温度传感器、湿度传感器、光敏传感器以及CO2浓度传感器把采集到的信息传送至MCU和GPRS模块单元,单片机把处理好的数据在通过串口发送至GPRS模块,由LCD12864显示采集的信息,在由GPRS模块与PC机进行联通,并由GPRS模块发送至Internet网络,PC机通过访问Internet得到数据。对这些采集到的信息,PC机可以进行分析,并做出相应的控制,如打开或关闭通风设备、喷淋装置、化学反应

Figure 1. The general system diagram

图1. 整机系统框图

Figure 2. The MCU system block diagram

图2. 单片机系统结构框图

装置和遮阳网等。

其中温湿度传感器是利用到了单片机的P3.7引脚进行单总线数据信息的采集和传输,光照强度传感器是利用了单片机的P3.6和P3.5两个引脚通过I 2C 总线进行数据的采集和传输,GPRS模块利用单片机的P3.0和P3.1两个引脚进行串口通信。

温湿度传感器选用DHT11,具有响应速度快、抗干扰能力强、性价比高等优点;

光照强度传感器选用BH1750FVI,是一种数字型光强度传感器集成电路,它支持I 2C 总线接口,具有高分辨率,抗干扰能力强;

CO2传感器选用VC1008T,其精度高、性能稳定;

GPRS模块选用华为GTM 900C 双频900/1800 MHZ,其内嵌TCP/IP协议模块,使用简单,设计成本低。GTM 900C 模块的工作原理图如图3所示。

3. 软件设计

程序编写主要包括信息采集和显示,单片机和GPRS的串口通信,以及控制GPRS实现联网和发送数据的功能 [8] [9] 。

3.1. 系统程序流程图

系统主程序流程图如图4所示。

Figure 3. GTM900C working principle diagram

图3. GTM 900C 工作原理图

Figure 4. The main program flow chart

图4. 主程序流程图

3.2. 单片机部分程序

LCD12864显示流程图、向BH1750发送单个字节流程图和连续读取数据及储存流程图如图5所示。

3.3. 单片机通过串口向GPRS发送AT指令到网络

通过单片机和GPRS进行串口通信,把单片机采集的信息发送到上位机,其程序流程图如图6所示。

Figure 5. Part of program flow chart

图5. 部分程序流程图

Figure 6. GPRS network flow chart

图6. GPRS联网流程图

3.4. PC接收数据程序

接收数据程序流程图如图7所示。

编译程序生成应用软件后,服务器接收界面如图8所示。

Figure 7. The host computer (PC) flow chart

图7. 上位机(PC)流程图

Figure 8. The host computer (PC) flow chart Interface Figure

图8. 上位机(PC)界面图

4. 整机调试

4.1. GPRS串口联网的测试

依次在GSM串口调试助手程序界面输入以下AT指令,若板子正常且连网成功,且能够在TCP/UDP Socket调试工具中显示发送的数据(http),显示如图9图10所示,说明板子正常,能够正常连网和发送数据。

AT + CGDCONT = 1, IP, CMNET

AT%ETCPIP

AT%IOMODE = 0, 2, 0

AT%IPOPENX = 1, TCP, 111.164.240.229, 1001

AT%TPS = 1, 1, 3000, 1024

http

本系统通过温湿度传感器、光照强度传感器以及CO2浓度传感器采集信息并传送至单片机,由单片机屏显采集的信息,经GPRS模块串口通信,把采集的信息发送至上位机,上位机对接收到的信息进行相应的信息处理及管理。

Figure 9. GPRS Networking test serial debugging assistant figure

图9. GPRS联网测试串口调试助手图

Figure 10. GPRS network test PC receiving diagram

图10. GPRS联网测试上位机接收图

4.2. GTM 900C 模块连接Internet网络的测试

第一步:连接电源线;将串口线的端口一端与板子的端口相连,另一端与电脑的串口端口相连。如图11所示。

第二步:插入SIM卡,如图12所示。

第三步:打开电路板电源,红灯亮,黄灯闪。

第四步:打开电脑中的GSM串口调试助手程序。

第五步:在GSM串口调试助手程序界面打开串口,依次点选GSM调试专用栏的几个按钮,若板子正常,则显示如图13所示。

4.3. 单片机控制显示数据测试

将温湿度传感器、光敏传感器和LCD12864插入所设计的板中,将调试好的程序烧写入单片机,打开电源开关,液晶会显示如图14所示的值,说明硬件和软件都测试成功了。

4.4. GPRS传送数据测试

将GPRS模块与单片机通过串口连接好后,打开上位机,设置好端口和IP,将调试好的程序烧写到单片机。打开GPRS模块和开发板电源,查看上位机是否与下位机联上网。如果联上网了,上位机将接

Figure 11. GTM900C module card module diagram

图11. GTM 900C 模块

Figure 12. Inserting the SIM program interface

图12. 插入SIM卡模块图

Figure 13. GSM serial debugging assistant

图13. GSM串口调试助手程序界面

Figure 14. MCU control display data test chart

图14. 单片机控制显示数据测试图

Figure 15. GPRS transferring data test

图15. GPRS 传送数据测试

收到下位机发送的数据,同时会将接收到的数据在相应的窗口显示,在对接收到的数据进行分析处理后将对下位机进行相应的控制。测试成功,上位机屏显如图15所示。

5. 结语

通过硬件系统、软件系统、GPRS模块的设计,实现了温室大棚环境参数的采集、显示、传输、接收和控制。取得的主要结果如下:

1) 对GPRS模块提出的组网方案,能够符合设计要求,很好的实现了各项功能。

2) 大棚内单片机系统设计采用模块化的思路。使用STC 89C 52作为控制核心、无线传输模块使用GTM900C GPRS模块,液晶显示使用LCD12864等元器件,设计出的硬件系统使用简单,功耗低,性价比高。

3) 用C语言编写的程序简单方便。程序主要包括信息的采集和显示、单片机和GPRS模块的串口通信以及GPRS联网和数据传输的程序,以及用VB语言编写的PC机程序。

4) 经测试,上位机(pc机)定时对多个大棚数据采集和保存,保存的数据有时间记录,这便于对各批次作物成长的分析。自动定时采集数据,每30分钟对各大棚循环采集存贮一次,这样设计使数据存贮量不会太大又达到监控的效果。

5) 本设计同时可以随时通过pc机键盘手动采集数据和操作大棚的控制系统。

文章引用

陆招兰,谢怀文. 基于GPRS的温室大棚信息采集及控制
Greenhouses Information Collection and Control Based on GPRS[J]. 无线通信, 2017, 07(04): 144-154. http://dx.doi.org/10.12677/HJWC.2017.74018

参考文献 (References)

  1. 1. 董文国. 蔬菜温室大棚智能控制系统的设计[D]: [硕士学位论文]. 曲阜: 曲阜师范大学, 2012.

  2. 2. 孙小春. 基于GPRS技术的土壤信息采集关键技术研究[D]: [硕士学位论文]. 咸阳: 西北农林科技大学, 2010.

  3. 3. 张新. 无线传感网技术在现代设施农业中的应用开发[J]. 安徽农业科学, 2016(7): 296-299.

  4. 4. 邢坤等. 基于GPRS的杏鲍菇温室环境远程监控系统设计[J]. 中国农机化学报, 2014, 35(2): 266-270.

  5. 5. 辛艳辉, 袁合才. 基于单片机和TC35i的温室大棚智能监测系统设计[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(13): 8093-8094.

  6. 6. 芦燕. 温室实时监控系统上位机软件设计与实现[D]: [硕士学位论文]. 银川: 宁夏大学, 2014.

  7. 7. 康鸿雁. 基于GSM短消息的农业大棚信息采集系统设计[J]. 安徽农业科学, 2012, 40(4): 2526-2528.

  8. 8. 李军科, 等. 基于USB存储与GPRS传输的温室大棚参数监测设计[J]. 中国农机化学报, 2015, 36(5): 82-86.

  9. 9. 韩岳. 温室大棚物联网智能测控系统研究[D]: [硕士学位论文]. 泰安: 山东农业大学, 2016.

期刊菜单