基于通讯模块的灌溉远程监测与控制器.pdf

一种新型的灌溉远程监测与控制器，可通过GSM短信或手机通讯实现数据采集与灌溉控制，同时可以实现对灌溉管路系统故障的实时诊断与及时故障报警功能，该技术属于节水灌溉领域。它由单片机核心、存储电路、光耦隔离电路、放大电路、输出控制电路、GSM模块、SIM卡、手机天线、扩展电路、A/D转换电路、采集电路(模拟输入接口和数字输入接口)、电源电路、复位电路、LCD显示电路组成。其特征在于单片机的串口连接有GSM模块，单片机通过采集电路进行信号的采集，将检测到的监测数据或故障信息经GSM模块以短信或手机通讯的形式发送出去，同时可以用短信或手机通讯来控制灌溉。该设备适用于灌溉控制点较多、灌溉面积较大、管网系统较为复杂、数据监测点较为分散的灌溉系统，具有节省灌溉系统投资、提高灌溉效率、节约用水、降低运行成本等优点，具有较好的应用推广前景。

1.  一种基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器：它由单片机(1)、手机模块(2)、手机天线(3)、SIM卡(4)、扩展电路(5)、存储模块(6)、A/D转换电路(7)、模拟信号输入电路(8)、数字信号输入电路(9)、光藕隔离(10)、功率放大(11)、输出控制电路(12)、LCD显示(13)、复位电路(14)、电源电路(15)组成，其特征在于：手机天线(3)与手机模块(2)相连，手机模块(2)与单片机(1)和SIM卡(4)相连实现了与GSM网络的通信；单片机(1)又通过扩展电路(5)与光藕隔离(10)、功率放大(11)和输出控制电路(12)相连组成了控制部分；单片机(1)通过A/D转换电路(7)与模拟信号输入电路(8)相连，单片机(1)通过扩展电路(5)与数字电路(9)相连共同组成了检测电路；单片机(1)与存储模块(6)组成了系统存储电路；LCD显示(13)与单片机(1)相连负责信息的显示；复位电路(14)与单片机(1)相连组成了复位电路，电源电路(15)负责给单片机(1)和功率放大(11)供电。

2.  根据权利要求1所述得基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器，其特征在于通过GSM短信控制各种输出设备，如电磁阀、水泵。

3.  根据权利要求1所述得基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器，其特征在于信号输入部分采集检测各种信号如温度、湿度、风速、风向、土壤水份、静辐射、光照数字或者模拟信号。

4.  根据权利要求1所述得基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器，其特征在于用户通过短信对要检测的信号进行上下限设置，以产生报警条件。

5.  根据权利要求1所述得基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器，其特征在于存储部分将采集的数据存储，用户通过短信进行查阅，以便随时了解环境情况。

6.  根据权利要求1所述得基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器，其特征在于单片机上连有手机模块，LCD显示，扩展电路，存储器，A/D转换器，复位电路。

基于通讯模块的灌溉远程监测与控制器
技术领域
本实用新型涉及一种灌溉监测与控制器，明确的说是一种利用GSM通讯平台实现灌溉数据监测与远程控制。
背景技术
我国北方地区水资源短缺，严重影响国民经济的发展，在行业中，灌溉是用水大户，约占区域总供水量的60％~80％，目前，我国灌溉中存在的主要问题是灌溉管理手段粗放、灌溉方式落后，严重影响灌溉水利用率，据统计，我国灌溉水利用率仅为0.4，大量水资源被浪费掉。因此，利用先进技术提高灌溉管理水平是当务之急。
目前的灌溉控制器，国外产品据多，而且功能较为单一，操作复杂，只能实现单点、有线近距离控制，同时，工程投资比较昂贵。降低投资成本，实现远程多点监测与控制，是设计新一代灌溉监测控制器的主要工作。我国近年来，通讯事业发展迅速，GSM通讯网覆盖率不断提高，这为建立新一代灌溉远程监测与控制器提供了良好的通讯平台，使得通过手机通讯实现数据监测与灌溉控制以及远程故障报警成为可能。
发明内容
本发明的目的有三点，1)实现灌溉数据的远程监测与灌溉系统的远程控制；2)实现对管道系统的故障报警；3)填补同类产品的空白，丰富灌溉控制器的类型。
本发明针对上述问题，提出了一种新型的灌溉控制和报警装置：一种基于GSM通讯模块的灌溉远程监测与控制器：它由一种基于GSM通讯模块的灌溉远程监测与控制器：它由单片机1、手机模块2、手机天线3、SIM卡4、扩展电路5、存储模块6、A/D转换电路7、模拟信号输入电路8、数字信号输入电路9、光藕隔离10、功率放大11、输出控制电路12、LCD显示13、复位电路14、电源电路15组成。其特征在于：手机天线3与手机模块2相连，手机模块2与单片机1和SIM卡4相连实现了与GSM网络的通信；单片机1又通过扩展电路5与光藕隔离10、功率放大11和输出控制电路12相连组成了控制部分；单片机1通过A/D转换电路7与模拟信号输入电路8相连，单片机1通过扩展电路5与数字电路9相连共同组成了检测电路；单片机1与存储模块6组成了系统存储电路；LCD显示13与单片机1相连负责信息的显示；复位电路14与单片机1相连组成了复位电路，电源电路15负责给单片机1和功率放大11供电。
本设备实现了通过GSM短信可以控制各种输出设备，如电磁阀、水泵等。
信号输入部分可以采集检测各种信号如温度、湿度、风速、风向、土壤水份、静辐射、光照等数字或者模拟信号。
用户可以通过短信对要检测的信号进行上下限设置，以产生报警条件。
存储部分可以将采集的数据存储，用户可以通过短信进行查阅，以便随时了解环境情况。单片机上连有手机模块，LCD显示，扩展电路，存储器，A/D转换器。
发明的效果
本发明地特点在于：
安装方便，各个控制器之间是独立的，不需要各种线进行连接，降低了安装成本和安装的复杂度，控制器的识别通过每个控制器内部的手机SIM卡识别，适合分散各个点、间隔距离大的环境情况；控制器集成了公众网GSM短信的优势，随时随地都可以进行控制、接受报警信息，十分方便快捷；控制器检测到情况异常时候，立刻关闭各种控制设备，并发出报警信息，让用户及时掌握现场情况。
附图说明
图1为基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器的总体结构示意图
图2为基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器主视图
图3为基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器俯视图
图4为基于GMS通讯模块的灌溉远程监测与控制器A-A剖视图
图5为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(一)——液晶显示与复位部分
图6为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(二)——单片机核心部分
图7为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(三)——存储器与时钟部分
图8为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(四)——手机模块电路
图9为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(五)——数字输入部分
图10为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(六)——采集电路的电源部分
图11为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(七)——模拟信号输入部分
图12为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(八)——扩展电路部分
图13为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(九)——光藕隔离部分
图14为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(十)——系统供电电路部分
图15为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(十一)——功率放大部分
图16为基于GSM短消息的灌溉控制和报警器的原理图(十二)——输出控制部分
具体实施方式
从图2和图3可以看出，上下两个板子通过接线插头16连接，电源15通过接线插头16分别给上下两块板子供电。上层板子主要有单片机1、手机模块2、手机天线3、SIM卡4、扩展电路5、存储器6、A/D转换7、模拟信号输入电路8、数字信号输入电路9、LCD显示13、复位电路14组成。下层板子主要由电源电路15、光藕隔离10、功率放大11、控制电路12组成，具体的连接关系参考图5-图16。
如图14所示，AC_IN2为系统电源输入部分，经过U4，U5整流稳压后可以提供正负5伏，12伏两种电源。AC_IN1为控制电路提供电源，经过U3整流稳压后产生正5伏电压，给继电器供电，这里之所以没有采用AC_IN2的5伏电压，主要是为了减少干扰，AC_IN1为图13中光藕A2，A3后部分电路提供电源，AC_IN2为图13中光藕A2，A3的前部分电路提供电源。
如图6所示，U6为单片机(WINBOND 77E58系列)，图7中U14为存储器1225，图7中U16为时钟芯片12887，图12中U12为扩展电路8255，图11中U13为12位A/D转换，图8中TC35CON为手机模块，CON8为SIM卡座，图5中U1为芯片复位，U2为485端口，图10中U5为温度传感器DS18B20驱动电路，图9中U4为脉冲信号输入选择4051，图11中DV0，DV1，DV2为电压输入电路，DA1/2，DA3/4，DA5/6，DA7/8为电流输入电路。
具体连接原理如原理结构图5-图16所示。其中图6中U6单片机与图8中TC35CON直接相连，TC35CON与CON8相连实现了GSM短信的接收与发送；图6中U6与图7中U14相连实现了数据的存储；图6中U6与图10中U5组成了温度信号输入电路；图6中U6与图12中U12相连实现了I/O口的扩展；图12中U12与图9中U4组成了脉冲信号输入电路；图6中U6与图11中U13相连组成了模拟信号输入电路。图12中U12通过接口与A1，A2，A3相连组成了控制输出电路。
系统的软件实现采用了KEIL C语言实现，包括了信号的采集子程序，信号的控制子程序，
GSM短信接受与处理子程序，报警判断子程序等。
2003年10月在京开高速公路京开立交桥处，对2000米中间隔离绿化带进行灌溉试验，北京市水利口各级领导多次参观考察，给予高度评价，认为本系统成本低廉，可靠性高。2003年11月在海淀区苏家坨200亩绿化示范区进行试验，取得很好的效果。