山地橘园灌溉机组短信远程控制系统的设计

摘要：为解决山地柑橘园灌溉控制问题，研发了一种短信远程控制系统。系统采用模块化设计，主要由电源模块、控制模块、通信模块、触发模块、驱动模块和指示灯与语音警示模块等组成，其中控制模块采用ＭＳＰ４３０，通信模块采用ＧＳＭ短信模块，可实现灌溉的远程控制、语音警示和短信息反馈，适用各类手机或无线电话。收发短信号码可根据需要随时改变，可防电话骚扰和删除已读短信。该控制系统可方便安装在现有电动灌溉机组上，具有通用、低成本、扩展性能好、稳定可靠等特点，应用前景良好。

关键词：ＧＳＭ；灌溉；远程控制

中图分类号：Ｓ２３７；ＴＮ９１９．７２文献标识码：Ｂ文章编号：0439－８114（２０11）11－2343-02

Design of A Message Control System for Irrigation Pump Set in Mountain Citrus Orchards

ＭＡ Ｍｉｎ，ＦＡＮ Ｑｉ－ｚｈｏｕ，ＺＨＯＵ Ｂｏ，ＤＥＮＧ Ｚａｉ－ｊｉｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｃｉｔｒｕｓ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ， ａ ｍｅｓｓａｇｅ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａd ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ waｓ ｍｏｄｕｌａｒ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ． Ｉｔ was ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ａ ｐｏｗｅｒ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｔｒｉｇｇｅｒ ｍｏｄｕｌｅ， ａ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ａ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｖｏｉｃｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｍｏｄｕｌｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ waｓ ｔｈｅ ＭＳＰ４３０ ｃｈｉｐ． Ａ ＧＳＭ ｍｏｄｕｌｅ waｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｒｖｅ ａｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ， ｗｈｉｃｈ ｅｎａｂｌｅd ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｖｏｉｃｅ ａｌｅｒｔｓ ａｎｄ ｍｅｓｓａｇｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ． Ｉｔ ａｌｓｏ ｃｏｕｌｄ be ａｄａｐｔｅｄ ｔｏ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅ ｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｈｏｎｅ． Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｎｕｍｂｅｒ ｆｏｒ ｍｅｓｓａｇｅ ｓｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｈａｎｇｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｎｅｅｄ． Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ ｈａｒａｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｌｅｔｅ ｒｅａｄ ｍｅｓｓａｇｅｓ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｐｕｍｐ ｓｅｔｓ． Ｗｉｔｈ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ， ｌｏｗ ｃｏｓｔ， ｇｏｏｄ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ａ ｇｏｏｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＧＳＭ； ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ； ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ

在丘陵、山区的柑橘园，多与果农居住地相距较远，普通灌溉机组人工操作费工费力，灌溉时间和灌溉量不易把握，造成灌溉不及时或过量等。引进的国外现代灌溉系统功能较全，但因山地地势及水源等条件限制，建设与应用成本高，难维护、管理和推广，几乎仅限于示范地。结合中国国情，在合理利用现有灌溉系统基础上，研发一种适合果农使用的低成本、通用、可远程控制的柑橘园灌溉控制系统显得十分必要。

ＧＳＭ移动通信网络应用成熟稳定，在农业设施领域已经展开研究与应用。有开展ＧＳＭ对温室温湿度实时控制的应用研究；有利用ＧＳＭ实现谷物产量的实时采集、存储于无线发送；有设计基于ＧＳＭ的水渠水位自动测报系统，实现水位信息的自动采集、存储、远程通信和实时查询；有展开基于ＧＳＭ的农田气象信息采集、传输和监控系统的应用研究；有开发基于ＧＳＭ短信模块的农田灌溉控制器，实现对农田灌溉的远程自动控制［１－５］。试验在合理利用山地柑橘园现有电动灌溉机组的基础上，开发了一套基于ＧＳＭ短信模块的低成本、通用、扩展性能好的柑橘园灌溉远程控制系统，实现灌溉远程控制、语音警示和控制状态的短信息反馈。

１系统构成及功能

试验设计的柑橘园远程灌溉系统，由ＧＳＭ短信模块、单片机、指示灯与语音警示模块、固态继电器、触发模块、电源模块、电动水泵机组和手机组成。用户使用手机发送短信控制指令来控制电动水泵机组工作，进而控制柑橘园的灌溉。系统构成原理图如图１所示。ＧＳＭ采用华为公司生产的ＧＴＭ９００Ｃ无线模块，一款两频段ＧＳＭ／ＧＰＲＳ无线模块，支持标准ＡＴ命令及增强ＡＴ命令，提供丰富的语音、短信、ＧＰＲＳ数据和电路型数据业务以及来电显示、呼叫转移、呼叫保持、呼叫等待、三方通话、组呼、广播和私密呼叫等功能。单片机采用ＴＩ公司生产的ＭＳＰ４３０，一类具有精简指令集、超低功耗、带ＦＬＡＳＨ的１６位单片机，可在线对单片机进行调试和下载，且ＪＴＡＧ口直接和ＦＥＴ（ＦＬＡＳＨ ＥＭＵＬＡＴＩＯＮ ＴＯＯＬ）的相连，无需另外的仿真工具，方便实用，在超低功耗模式下工作，对环境和人体的辐射小，可靠性强，防强电干扰，适应工业级的运行环境，性价比和集成度高［６］。指示灯与语音警示模块采用ＬＥＤ灯与工业化生产的单片语音集成电路，触发电路采用固态继电器触发电路，电源模块采用１２ Ｖ蓄电池组。

ＧＴＭ９００Ｃ无线模块串口与ＭＳＰ４３０串口直接连接，ＧＴＭ９００Ｃ无线模块接收手机短信控制指令，再将短信控制指令发送给ＭＳＰ４３０，单片机依此通过控制固态继电器（ＳＳＲ）来驱动水泵开启或关闭，并打开相应语音警示和指示灯，ＧＴＭ９００Ｃ无线模块再给手机回复短信，指示控制已完成。该系统适用各种手机或无线电话，可防电话骚扰、删除已读短信以及更换手机号后亦可实现对新号的默认。

２系统硬件的设计

该系统采取模块化设计，主要分为电源模块、控制模块、通信模块、触发模块、驱动模块和指示灯与语音警示模块。

电源模块为１２ Ｖ蓄电池组，及由Ｌ７８０９、Ｌ７８０５和ＬＭ３１７芯片组成的＋１２ Ｖ电源分别稳压为＋９ Ｖ、＋５ Ｖ和＋３．３ Ｖ的稳压电路，为后续几大模块供电。控制模块即ＭＳＰ４３０单片机最小系统核心板，＋５ Ｖ或＋３．３ Ｖ供电，由供电、晶振、上电复位、排针和ＪＴＡＧ接口电路组成，负责处理与ＧＳＭ通信模块之间的通信以及控制指示灯与语音警示模块和触发模块。通信模块即ＧＴＭ９００Ｃ短信模块，＋９ Ｖ供电，主要由ＧＳＭ基带处理器、ＧＳＭ射频模块、供电模块（ＡＳＩＣ）、闪存、ＺＩＦ连接器、天线接口、ＵＡＲＴ接口和ＳＩＭ卡接口电路组成，主要负责收发手机短信控制指令，以及将控制指令发送给单片机并传递单片机返回的信息。控制模块与通信模块之间采用ＲＳ２３２串口通信，本系统两者电平兼容，串口直接相连。驱动模块采用固态继电器，触发模块主要是固体继电器触发电路，原理图见图２。指示灯与语音警示模块主要是由两路ＬＥＤ灯和两路单片语音集成电路构成。ＬＥＤ灯电路由１ ｋΩ电阻和ＬＥＤ灯组成，单片机ＩＯ口直接驱动，一路作为单片机开机指示灯，另一路作为短信发送状态指示灯。语音集成电路由语音集成芯片和扬声器组成，＋３．３ Ｖ供电，脉冲触发，一路作为运行指令的语音警示，另一路作为停止指令的语音警示，考虑成本，暂选用市面上已大规模应用的语音模块，规模化后可批量定制相应语音模块。

３系统程序的设计

ＧＳＭ移动网络运营商提供短信业务，一次可传输１４０英文字符或７０汉字字符，完全适用柑橘园灌溉短信控制指令。ＧＳＭ收发短信有两种模式：基于ＡＴ命令的ＴＥＸＴ模式和基于ＡＴ命令的ＰＤＵ模式。华为公司的ＧＴＭ９００Ｃ均支持两种模式，考虑到ＴＥＸＴ模式易于编程，本系统采用ＴＥＸＴ模式。本系统收发短信分别采用ＡＴ＋ＣＮＭＩ指令和ＡＴ＋ＣＭＧＣ指令。先测试ＧＳＭ与ＰＣ机通信程序，整理出程序框架与流程，再对照编写ＧＳＭ与单片机通信程序。程序的核心在于对串口接收到的数据的判定。单片机编程使用Ｃ语言，主程序流程图见图３。

４小结

该文所论述的山地柑橘园灌溉远程控制系统主要采用模块化设计，便于应用到现有柑橘园滴灌系统上，亦可应用到先进的现代灌溉自动控制系统中，建设与应用成本低，后续扩展空间大，已装成样机，并申请几项相关专利。系统在华中农业大学工学院工科基地进行了试验，效果稳定，达到了预期设计目的。围绕柑橘园灌溉系统，有大量工作可开展。合理利用现有灌溉系统，综合运用信息技术、自动控制技术和传感器技术，采用模块化设计理念及系统工程的原理，统筹规划，可减少资金、能源和人力投入，降低生态负荷，营造柑橘生长需要的生态环境，有效施肥，防病虫害，可促进柑橘产业发展和生态和谐。

参考文献：

［１］ 句荣辉，沈佐锐．基于短信息的温室生态健康呼叫系统［Ｊ］．农业工程学报，２００４，２０（３）：２２６－２２８．

［２］ 周国祥，周俊，苗玉彬，等．基于ＧＳＭ的数字农业远程监控系统研究与应用［Ｊ］．农业工程学报，２００５，２１（６）：８７－９１．

［３］ 潘峥螓，徐猛．基于ＧＳＭ短消息的水渠水位自动测报系统［Ｊ］．计算机工程，２００７，３３（７）：２３４－２３６．

［４］ 郭志伟，张云伟，李霜，等．基于ＧＳＭ的农田气象信息远程监控系统设计［Ｊ］．农业机械化学报，２００９，４（３）：１６１－１６６．

［５］ 杨耿煌，郭开荣，李亚伟．基于ＧＳＭ短信平台的灌溉自动控制器的开发［Ｊ］．沈阳农业大学学报，２００５，３６（６）：７５３－７５５．

［６］ 胡大可．ＭＳＰ４３０系列ＦＬＡＳＨ型超低功耗１６位单片机［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００１．

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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