基于GSM技术的温室环境远程监控

2022-09-11

准确适时采集农作物周围的环境, 对农作物研究、合理资源利用和环境保护等都是非常必要的。传统的温室环境的农业数据采集方式, 使用数据采集仪、人工进行田间测量和分析, 然后将大量数据带回到实验室, 传输到计算机进行详细分析。整个过程步骤繁琐, 耗时较长, 对于那种需要定时采集的数据, 传统方法更加显得成本高昂。

而GSM (Global System for Mobile Communication全球移动通信系统) 系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中, 比较成熟完善, 且应用最广泛的一种系统。GSM能提供短消息、语音通话、数据通信三大功能, 在一些不需要非常严格实时处理、数据传输量和速度不是很高的测控系统中, 应用GSM短消息功能进行数据传输和控制指令的传输。它具有通讯成本低, 不受通信线路及地区限制、保密性高、可靠性高、抗干扰能力强等特点, 使用方便、灵活, 通讯快捷。

本文阐述一个基于GSM模块无线传输的远程温室环境监控系统, 配用相关的传感器, 利用单片机进行多参数的数据采集和指令响应, 结合内置的无线通信模块和GSM网络, 实现参数的自动采集与无线传输, 降低了测量的工作量、节约成本、提高效率。本文重点给出远程温室环境监控系统的实现方法和软件设计。

1 系统组成及工作原理

1.1 系统组成

本系统基于G S M技术, 采用计算机与单片机之间的无线通信方式工作, 主系统由中心站系统和测控基站系统组成。中心站系统包括服务器及应用软件、GSM模块、数据库系统;测控基站系统包括单片机系统、传感器、GSM模块。

1.2 系统原理

集中监控中心由一台装有主站监控软件的PC机和通信装置组成, 通信装置与PC机通过串口连接。主站读取GSM设备接收到的短消息从而获得远端传来的测量数据, 包括温室内的空气温度、空气湿度、光照度和空气中二氧化碳浓度等信息, 并且可以发送控制指令并通过GSM设备转换为短消息, 被远端控制设备接收 (或报警时将短消息发送给远端工作人员手机) 。从而实现远程监控温室环境的目的。

2 硬件设计

2.1 控制中心站

中心站包括P C机和G S M通信模块。G S M通信模块采用德国S I E M E N S公司的GSM专用调制解调器TC35, 它可以工作于双频段EGSM900/GSM1800;具有语音、数据、短消息和传真传送功能;带一个RS-232接口;工作电压范围达8~30V, 在仅传输数据时, 电压范围为5.6~3 0 V;支持GSMphase2/2+;支持AT命令;具有标准的工业接口和完整的SIM卡阅读器。

2.2 信息反馈基站

基站包括单片机系统、GSM通信模块、传感器。单片机采用美国TI公司生产的MSP430、F149系列。其主要特点有:低电压、超低功耗;16位RISC结构, 简洁的27条内核指令和高效的查表处理方法;内置高精度A/D转换器、看门狗定时器、TimerA/B, 具有串行同步异步通信接口USART, 允许7位或8位串行位流以预先编程的速率或外部时钟确定的速率移入移出MSP430F149;通过设定波特率来实现与TC35的串行通信。

3 系统软件设计

本系统的重点就是解决监测中心站与远程监测分站的远程无线通信问题。系统中采用G S M无线通信模块T C 3 5实现两者的数据通信, GSM无线通信模块TC35通过AT命令来进行控制, 数据传输采用短消息方式。因此下面主要对G S M的AT指令、监测中心站和远程监测分站短信的收发程序进行介绍。

3.1 GSM AT指令基本介绍

单片机和GSM引擎之间采用AT指令实现相互之间的通信, 单片机发出的AT指令用来建立通信链路, AT指令集的命令格式帧都以AT开头, “AT”或者“at”的前缀必须出现在每一个命令行的开始。

3.2 监控中心站短消息发送程序

短消息收发程序通过AT命令实现。发送短消息时, 先将短消息中心号码、对方号码、短消息内容编码成PDU格式, 然后计算出短消息的长度, 发送A T+C M G S=<1ength>, 代表回车即ASCII码0x0D。等待TC35模块返回ASCII字符“>”。则可以将PDU数据输入, PDU数据以作为结束符。短消息发送结束后模块返回O K。

3.3 监控中心站短消息接受程序

短消息接收使用定时器周期性串口查询方式。短消息到达后, 计算机接收到指令+C M T I:“SM”, I N D E X (短消息存储位置) 。读取PDU数据的AT命令为A T+C M G R=I N D E X, 执行此命令后模块返回刚刚收到的PDU格式的短消息内容。收到PDU格式的短消息后, 将这个短消息进行解码, 解码出短消息发送方的手机号码 (发送方的手机号码对应测控基站的序号) 、短消息发送时间、短消息内容 (测控基站中传感器所测的数据) 。最后, 显示这3项内容并存储到数据库中。

3.4 远程监测分站设计

远程监控分站的主要任务是通过A/D进行转换并处理外围传感器采集的数据;显示接收到的短消息 (控制指令) ;通过键盘按键触发发送实时数据给监控中心或管理人员;控制GSM无线通信模块TC35接收和发送短消息。用单片机接收和发送短消息与PC基本相同, 不同之处在于要将PDU格式的短消息以ASCII码的形式发送给GSM模块TC35。单片机控制TC35接收和发送短消息是通过RS232的串口通信实现的。在监测中心站中已经给出接收和发送短消息的程序流程, 在此不再赘述。

4 结语

本文给出了一套基于GSM短信息的温室远程监控系统的体系方案及其模块功能, 论述了利用短消息实现远程通信的具体方法。实现了对温室数据进行远程采集和处理功能, 并通过GSM通信模块TC35与监测中心站通信, 能够实时了解设备状态, 控制设备, 可以充分发挥自动仪器的功效, 节约成本, 提高效率, 有很高的推广价值和市场前景。

摘要：利用覆盖全国大部分地区的GSM网络资源, 发挥网络覆盖率高, 传输特性好等优势, 配置相应的传感器, 及时采集温室环境中的各种数据, 然后把各数据采集终端的监测数据发送到监控中心, 并进行相应的数据处理, 在第一时间利用短消息方式发送到用户手机上, 从而让管理人员足不出户就可以掌握温室环境的第一手资料, 为正确做出决策提供了有力帮助。本文重点设计了一个基于GSM短信新温室远程监控的系统, 并给出了系统结构, 软硬件的设计, 并着重论述了利用短信息实现远程通信的方法。该系统具有结构简单、工作可靠、安装方便等特点, 同时该系统的成功运行证明了短信息应用于温室环境监测是可行的。

关键词：GSM,短消息,远程监控,温室