基于GSM的太陽能農(nóng)業(yè)大棚多功能智能監(jiān)控系統(tǒng)模塊設(shè)計

一、項目概述

1.1 引言

當(dāng)今溫室大棚產(chǎn)業(yè)不斷擴大，人們對于健康的要求也越來越高，溫室大棚提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，就必須要有適宜的生長環(huán)境。 本文介紹的基于GSM的太陽能農(nóng)業(yè)大棚多功能智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過太陽能給單片機供電，設(shè)置不同的大棚植物所需的最適宜生長環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)實時檢測環(huán)境值，并在液晶模塊上顯示，如果與設(shè)置參數(shù)不同，則會啟動報警裝置，并通過GSM模塊給大棚管理者發(fā)送信息，同時自動采取相應(yīng)操作。我們相信在未來的生活中，尤其是在溫室大棚中會起到很重要的作用。

1.2 項目背景/選題動機

近二十年來，我國十分重視農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)設(shè)施做了很多投資，溫室大棚就是其中最重要的一個項目。它作為一種新型的農(nóng)業(yè)作物種植技術(shù)，已經(jīng)突破了傳統(tǒng)作物種植受地域、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。產(chǎn)量提高了，但是隨著人們生活水平的提高，健康也更加的被人們所關(guān)注，溫室大棚農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量也是人們關(guān)心的焦點，。然而大棚綠色農(nóng)產(chǎn)品怎么樣才能最好的生長呢？目前我國溫室大棚多依靠人工經(jīng)驗進行管理，或單片機控制的單參數(shù)，單回路的較多，人們無法，通過自己的經(jīng)驗?zāi)芫珳?zhǔn)的控制給予蔬菜水果等植物，最佳適宜生長參數(shù)。溫室大棚自動化程度不高，效率低。就農(nóng)作物的生長環(huán)境而言，光照，溫度，濕度是最基本的要素，而溫室大棚的智能監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)其生產(chǎn)自動化，高效率化的最關(guān)鍵，最重要的環(huán)節(jié)。作為智能監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)對以上要素的數(shù)據(jù)進行采集，分析，處理，并且進行相應(yīng)的報警和智能控制，從而使得溫室大棚的農(nóng)作物能生長在一個最佳適宜的生長環(huán)境中。

二、需求分析

2.1 功能要求

單片機所需電能有太陽能提供，可以設(shè)置各種植物生長所需的光照度，溫濕度值，系統(tǒng)實時采集環(huán)境值，并在液晶上顯示。如果超標(biāo)或不足，系統(tǒng)會自動報警，并自動采取開關(guān)燈，開關(guān)門，灌溉，卷簾等操作。系統(tǒng)會通過GSM模塊給大棚管理者發(fā)送報警信息。本系統(tǒng)既可用于大面積的溫室大棚種植，也可用于特殊植物的小面積培育。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2.1所示：

圖2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 性能要求

由太陽能供電，濕度測量范圍：20％～90%RH，溫度測量范圍：0～+50℃，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，采集的數(shù)據(jù)信息在液晶上顯示。單片機控制GSM模塊，將參數(shù)信息發(fā)送給管理者。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

如下圖所示：該系統(tǒng)主要由以下幾大模塊組成：太陽能供電模塊，傳感器模塊（光照度傳感器，溫濕度傳感器），GSM模塊，智能控制模塊（開關(guān)門，開關(guān)燈，灌溉，卷簾），鍵盤模塊，液晶顯示模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示：

圖3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.1.1 太陽能供電模塊

太陽能是一種干凈的可再生的新能源，越來越受到人們的青睞，在人們生活、工作中有廣泛的作用， 其中之一就是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，太陽能電池就是利用太陽能工作的。

太陽能供電模塊采用深圳市萬家好太陽能公司生產(chǎn)的5 W多晶硅太陽能電池，最大電壓18V，多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。

3.1.2 傳感器模塊

光照度傳感器：光照度是農(nóng)作物生長的重要參數(shù)之一，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中光照度的檢測越來越得到科技工作者的重視。目前設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境控制用的光照度檢測電路中，所使用的敏感元件大多為硅光電池。實際上光敏二極管較硅光電池有許多優(yōu)點，有很高的帶寬，價格便宜，特別是光電流與光照度之間呈較好的線性關(guān)系，因此他在光耦合隔離器、光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸裝置和測試技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。因此本系統(tǒng)是根據(jù)光敏二極管的感光特性，設(shè)計一種簡單實用的光照度檢測電路。

溫濕度傳感器： 溫濕度對農(nóng)作物的生長也相當(dāng)重要。本系統(tǒng)采用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。

3.1.3 GSM模塊