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探索察．．J
基于物联网的智能大棚灌溉系统的设计
淮安生物_T-程高等职业学校张兆朋
【摘要】本文对智能大棚的灌溉系统进行7研究，提出了基于物联网的智能大棚灌溉系统的自动控制，利用各种传感器采集信息传送到c8O51F34O从机，从机通过
can控制器和can收发器，传到总线，总线再通过can控制器和c收发器传到到主机，将数据信息通过以太网输送到上位机，采集的信息与数据库里的参数进行比
较，实现上位机控制下位机，根据温度，湿度等配置控制配置营养液进行自动灌溉。
【关键词】C8051F340；Call；物联网；cp2200
物联网就是“物物相连的互联网”，
通过射频识别(RFID)、红外感应器、全
球定位系统、激光扫描器等信息传感设
备，按约定的协议，把任何物体与互联网
相连接，进行信息交换和通信，以实现对
物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和
管理的一种网络。我国是农业大国，人口
众多，对粮食蔬菜等农作物需求巨大，随
着农村大量劳动力流向城市，农村劳动力
长远看会出现短缺，而我国农业灌溉中大
多还是采用传统的灌溉方式，不仅耗人力
而且水资源也是浪费，传统的灌溉还有不
及时，效率低，灌溉量不精确等问题。本
文提出了智能大棚灌溉系统的设计，研究
了通过传感器检测来判定是否灌溉，灌溉
是否完成，充分考虑关照，温湿度等对需
求量的影响，并考虑到不同季节不同作物
需水量的不同，通过水位监测判定是否灌
溉完成，通过VC界面选择不同季节，不同
作物，通过传感器检测到的环境参数与上
位机数据库中的标准参数比较，判定是否
要进行灌溉，灌溉量是多少，由上位机传
达命令到下位机控制执行机构工作，进行
浇水灌溉，达到最佳的灌溉效果。
1．总体设计
l_1总体框图
如图1所示，由C8051F340构成网络节
点，传感器采集的信息输入到这些从机，
从机通过can总线传递给主机C8051F340，
主控机汇总消息，传输到网络然后传到上
位机电脑，采集的数据信息与上位机中数
据库内的标准参数比较，分析，优化，最
后上位机发出控制命令控制下位机工作。
1．2下位机框图
下位机(如图2)由C8051F340单片
机和采集装置、执行机构组成。其中
C8051F340单片机是核心，起控制作用；
采集装置由一些传感器构成。灌溉时要考
虑光照，空气温湿度故检测装置有光照传
感器和温湿度传感器，灌溉是否完成需要
水位监测；执行机构有通风装置，灌溉装
置和加温装置，在灌溉时需要通风，而冬
天东风温室大棚内温度会低，故要进行加
热升温，当需要灌溉时，单片机从机接收
指令，控制执行机构动作，实现灌溉。
2．硬件设计
C8051F340是美国Silabs公司生产的
与标准8051兼容的高速单片机，它具有速
度高，功耗低，有丰富的外围设备，片内
还集成了数据采集和控制所常用的模拟部
件、其他数字外设和功能部件，是完全集
成的混合信号系统及芯片。
2．1传感器与单片机的连接
如图3，温湿度传感器选用8HTll，
能力和创新意识。
另一方面发展开放性实验室，扩展
实验教学空间。开放性实验教学的开展为
学生提供了广阔的思维空间和灵活的实验
时间。在教学过程中，学生在实验教师
的指导下，自行选择和组合实验仪器，设
计实验方案；也可以根据自身兴趣结合专
业知识，进行科技制作以及开展科研活动
等，给学生提供了更多的锻炼机会，提高
学生分析问题、解决问题的能力以及自主
创新能力。
(3)加强师资队伍建设，提高教师整
体素质
随着电子信息产业技术的不断发展，
教学内容和仪器设备的不断更新，对实验
师资队伍的整体素质要求提高。因此，教
师队伍的建设也要与时俱进，积极组织实
验教师开展进修和培训I，为教师学习新
知识，掌握新技术创造条件；同时组织实
验教师参加实验教学会议，相互交流，分
享实验教学成果与心得，促进实验教学队
伍的整体素质提高，才能适应现代电子实
验教学发展要求。
(4)结合学生科技活动，开展电子设
计大赛
通过开展电子设计大赛，可以进一步
培养学生查阅资料能力、独立分析问题和
解决问题的能力，自主创新能力以及综合
应用能力，培养学生的团队合作精神，为
学生提供一个良好的学习和科研环境，为
学生以后的读研深造或者就业提供有利的
竞争筹码，培养的学生更加能够适应当今
电子信息产业的发展需求。
4．开展创新性电子实验教学的成果
通过开展创新性电子教学，一方面
我们建立了完整的面对当今电子信息产业
发展要求的教学实验体系，促进教师教学
水平和能力的提高。另一方面，培养的电
子专业毕业生具备较好的创新能力和综合
能力，专业毕业生就业率高，工作专业对
口，充分发挥学校所学电子知识和技能，
能够较好地适应快速发展的电子信息产业
技术的需求。
5．结语
当今社会电子信息产业的飞速发展迫
切要求高校培养的电子专业毕业生具备创
新能力和综合能力才能较好的适应产业的
发展需求。针对现实社会的需求以及现有
教学内容和模式的不足，我们积极开展创
新性电子实验教学，通过改编实验教材，
设计实验内容，创新教学形式，加强师资
队伍建设以及结合创新性科技活动等措
施，培养学生自学能力、独立分析问题与
解决问题的能力、自主创新能力以及综合
应用能力，使得培养的电子专业毕业生能
够较好的适应快速发展的电子信息产业技
术的需求。
参考文献
[1]潘海军，等．电子技术基础双主实验教学模式
的研究UJ．实验技术与管理，2010：154—155．
【2】王项非电工电子实验的教学改革U]．佳木斯教育
学院学报，2010[6]：274．
13l3张刚，孙岩，石磊现代电子实验教学平台研究与应
用O】．电气电子教学学报,2009(31)：182—185．
[4】侯树文，段爱霞，黄永志．高校电子实验教学探讨与
改进卟教学研究，2010(12)：145—146．
本文属广东省优秀青年创新人才培养项目(LYM10036)
资助课题；华南农业大学理学院院级教改项目资助课
题。
作者简介：徐初东(1979一)，男，福建龙岩人，
博士研究生，华南农业大学理学院讲师，研究方
向：光学，电子学。
／201211，屯子世再一13—
I丝．探攫察……………………
…．
图1总体框图
图3单片机与SHT11连接图
图4CAN通信
塞塞…
图5CP2200与C8051F340的链接
这是瑞士Sensirion公司生产的具有二线
串行接口的单片全校准数字式新型相对
湿度和温度传感器，可用来测量相对湿
度、温度等，分辨率高。光传感器选用
TSC256l，它是TAOS公司推出的一种高
速、低功耗、宽量程、可编程的光强度数
字转换芯片，可直接通过I2C总线协议，
由MCU访问。
SHT11的供电电压范围为2．4—5．5V，
建议供电电压为3．3V。在电源引脚(VDD，
GND)之间须加一个lOOnF的电容，用以去
耦滤波。
2．2Can总线
CAN属于现场总线，能有效的支持
分布式实时控制，主机向从机1发布命令
时，其他从机可接受命令，但不需要作出
反应，只有从机1接受命令并作出反应，
在CAN总线通信中，控制器采用PHILIPS公
司的SJAIO00和收发器选用82C250芯片。
为了增强抗干扰能力，选用了高速光电耦
合器6N137。单片机对SJA1000进行初始
化，通过控$~lSJAlO00实现数据的接收和
发送等通信任务。采用双绞线进行连接。
SJAl000的ADO-AD7连接到单片机的8个
i／o接口，对应的引脚相连，单片机可对
一14一屯子世界／201211，
SJAIO00执行读写操作
访问SJAIO00，如图4。
E
图2下位机框图
可通过中断方式较。
2．3以太网控制器与单片机连接
如图5，CP2200是集成了IEEE802．3
以太网媒体访问控制器(MAC)、lOBase-T
物理层(PHY)和8KB非易失性FLASH存储器
的单芯片以太网控制器；可以为具有l1个
以上端口I／O引脚的任何微控制器或主处
理器增加以太网通信功能；8位并行总线
接口支持Inte1和Motorola总线方式，可
以使用复用或非复用方式寻址；是目前体
积最小的单芯片以太网控制器。
将地址总线端口AO～A7接F340的
管脚P2．0～P2．7，数据总线端口DO--D7
接P4．O～P4．7，F340通过这两条总线对
CP2200进行寻址和数据收发。INT和cs和
分别接F340的管脚P3．6和P3．7；单片机通
过管脚P3．6控~I]CP2200，CP2200通过P3．7
向单片机发出中断申请。
2．4执行机构
电动机作为执行机构，负责通风，
灌溉，加热，执行机构均由继电器间接控
制。所用电机为步进电机，方便控制器控
制速度，电磁阀采用220V交流的，型号：
2W-160—15，型式：常闭式(即：通电打
开，断电关闭；)。
2．5注意事项
(1)电磁阀远离控制器，需通过继电
器间接控制，另外要加入电阻电容缓冲，
防止影响控制其正常工作。
(2)电源采用开关电源，接通220交流
电，输出12V6A直流电，电流电压都要注
意，电流过小会造成开关冒火花但电动机
不工作。
(3)C805lF340与继电器之间加反相
器，控制电动机，防止启动时烧坏电源。
3．系统软件设计
3．1上位机设计
界面采用VC编程，参数放置采用数据
库，不同季节灌溉量不同，不同季节具体
灌溉量在数据库中设置好，比如夏季要增
加灌溉量，冬季要减少灌溉量，在界面中
可用鼠标点击按钮选择季节。同样不同的
作物也是。光照不同，空气温湿度不同，
灌溉量也不同，具体的标准参数设置在数
据库中，检测到的信息与标准参数进行比
主机通过无线传输接受从机发来的
信息，然后通过无线传输装置发送到上位
机Pc，上位机专家系统中有不同作物(西
红柿、茄子、辣椒、西瓜等)的标准参数
(不同的作物在不同的季节所需要的光
照，温度，水分不同，白天晚上温差大时
所需要的光照也不同)，标准参数与采集
的信息比较后发出命令，主机接收上位机
的指令，传给从机节点。
上位机控制下位机关键是协议，协
议要一致，比如在上位机中设置ComPort．
Settings=4800，n，8，1那么下位机程序
中要对应，可以这样写程序：
EA=I；ES=I：TMOD=0x20；SCON=
0x50：
THI=OxF3；／／定时器初值高8位设置
／／12I~tZ晶振，波特率为4800
TLI=0xF3；PCON=Ox80；TRI=I；
3．2CAN通信软件设计
(1)SJAIOOO的初始化子程序：初始化
包括工作方式的设置、接受滤波方式的设
置、接收屏蔽寄存器和接收代码寄存器的
设置、波特率参数设置等。
(2)发送子程序：发送时将等待发
送的数据按特定格式组合帧报文，送入
SJAIO00发送缓存区，启动SJAIO00发送即
可。
(3)接收子程序：处理接收报文的过
程中，同时要对诸如总线关闭、错误报
警、接收溢出等情况进行处理。
4．结束语
本文提出了基于物联网的专家系统，
利用C8051F340单片机与can总线以及以太
网控制器进行设计，利用传感器检测环境
参数，通过与标准参数比较做出判断，温
湿度不同，光照不同时，电脑自动设置不
同的灌溉量，有利于精确灌溉，节约用
水，有利于植物的生长，节约了人力资
源。
参考文献
[1】戴春霞，赵德安．基于ARMg~核的智能灌溉控制系统
的设计叩．安徽农业科~,2010,38(15)：8208-8210．
周张丽红，孙磊，伦翠芬，王庆祝基于CAN总线的连栋温
室节水灌溉控制系统叩．农机化~,2011，6(6]：168-170．
………………………．探索察．盟_
基于GSM的多路远程数据收集系统
华中科技大学武昌分校信息科学与技术系陈青
【摘要】本文介绍了通过GsM短消息模块和单片机系统结合，进行多路远程数据收集的系统应用。它适合在野外大型移动工程机械对实时采样传输信息收集的需
要，无论该设备在全国何处何地只要有手机信号的地方就能将数据上传到异地的主监控管理系统，大大的方便了施工方的管理效率，降低了人工成本，提高了数
据实时性和准确度。该系统由51单片机作为前置采集，并设计自带有大容量数据缓冲器，为防止恶劣环境干扰正常运行配备有看门狗电路。该系统采用了著名的
西门子公司TC35一GSM通信模块。使得系统工作稳定。
【关键词】GSM短消息；单片机；数据采集；远程监控
1．引言
目前手机GSM网络已经覆盖全国，且
手机收发短消息的费用低廉，因此，为利
用GSM手机的短消息收发功能实现多路远
程数据收集带来了便利。本系统就是利用
基于GSM系统的移动平台之间点对点的短
信息业务，将移动通信与数据收集和数字
传送功能能结合起来。
通过野外多个工程机械的单片机控制
系统进行数据采样，再利用移动通信GMS
网络的短信息功能完成对主控机的数据传
送。这样使得施工单位，能够及时掌握前
方的实时信息，对于配送原料的预测，工
程进度监控，数据收集表格形成带来便
利。
表1AT+I~I令
lAT指令功能描述
波特率设置；ATIPR=2400。ODH：lAT+IPR=
2400波特率
选择短信格式为TEXT~式；：0，PDUATGF=1
格式
发送短信息；AT+cMGs一
ATnS15102778052+回车(ODH)>输出的字
符串+ctrlz(1
AT+OFF关机并重新启动
在TF)，T模式下在返回值中不显示详细AT+cSDHO
的头信息
A1E0关闭回显
新消息批示方式；AT+CMGL=2，1，
0，0，0Gs州奠块收到新的短消息时，AT+0聊I
都会通过串口向Pc机或单片机发送数
据信息
读取短信息；AT+C~R=1(ODH)读出第AT+DGR
一条内容
列出短信息；AT+CMGL=“ALL”(0DH)AT+伽L
列出全部
删除全部短信息；AT+CMGD=1(ODH)删AT+0犯D=0
除短信I
田10s“短j一息远程散握采集监控系统宴l体结构
图1GSM短消息远程
短信息的方式发送是移动通信系统增
值服务的一种开发利用。其系统设计的关
键是在单片机控制系统上添加，基于GSM
系统的AT指令的开发来完成和移动通信模
块之间的通信编程的。
2．系统结构
工程GSM短消息远程数据采集监控系
统整体结构如图1所示，由西门子的GSM通
信模块TC35，单片机控制系统电路，由传
感器将采集到的信号通过A／D转换送至自
带的大容量RAM中存放，然后可以由人工
操作完成设置、显示、打印、上传数据传
输等相应功能。在数传过程中，单片机通
过判断按下的功能键，将存储在RAM中的
数据块，按照运行时间、设备编号、数据
组块、通过预设程序转换成ASCII码，再
经过单片机TXD，RXD串口转换成RS232总线
方式发送~IJTC35一GMS移动通信模块在施工
主管方办公室接收主机又利用GSM—TC35模
块将数据接收下来，将短信中的ASCII码
还原成数值码，且调用预先设计好的报表
格式保存起来。主管人员可以随时调阅查
看或打印输出前方施工设施的所有信息，
从而实现远程数据收集管理等功能。
GSM通信模块TC35短消息的收发，有
两种方式，一种PDU格式，另一种TXT文本
格式，由于数据采样不涉及到中文，因此
本系统采样了TXT格式，其优点是传送数
据信息量大(140字符／条)，收发格式简
单，命令操作灵活。
模块TC35与设备接口有三种方式：
GSM—PC2、MCU—PC3、GSM-MCU。
我的系统中，前级采样端由于有
232／485接口，采用了GSM-PC方式主机接
收端：由设计的电路板为单片机串口收发
TXD—RXD，所以采用了GSM-MCU方式。由于
现场干扰强，因此采用了2400的波特率保
证数据传输的可靠性。GSM通信模块收发
均安装的是中国移动SIM卡，手机号码即
是本系统的号码。
GSM—TC35常用AT命令介绍：本系统所
用的功能AT命令如下表1所示。
3．系统硬件设计
硬件系统主控模块采用51系列的
SST89E516RD为CPU，西门子GSM通信模
块TC35i、串行AD654、和128KEEPROM
DS1245，DSi2887时钟提供系统时钟，
MAX813作看门狗。MAX485与2级通信设备
互联，同时也与GSM通信模块TC35i完成数
据传输。MAX232与串口打印机相连。另外
扩展专用12位液晶数显屏，和6位按键。
这就是用户数据采集的远程控制的全
部硬件构成。
4．软件设计
软件结构比较简单，单片机电路与模
块的通信采用传统的主从式通信。软件的
关键是做好GSM通信模块与单片机的接口
以及可靠的数据采集。同时也可根据需要
做出Pc机的多路监控接收程序，数据的采
集状况。以下是部分数传汇编程序：
MOVDPTR，#BPS：发送波特率2400
MOVR2，#12
LCALLSGMS：串口发送程序
MOVDPTR，#Text：置文本格式
MOVR2，#10
LCALLSGMS
L
—B：MOVDPTR，#PHONG：发电话号码
MOVR2，#22
LCALLSGMS
JNBRI，$
CLRRI
MOVA，SBUF
CJNEA，#>，L_B
MOVDPTR，#0IOOH：发短信内容地址
翻冯显英，葛荣雨．基于数字温湿度传感器S／-FFII的温湿
度测控系统Ⅱ】．自动化仪表仪表,2006,27(1)：59-61．
陈姣姣．基于C8051F340嵌入式以太网控制器的设计
Ⅱ】．科技资讯,2011,25：21．
翻祝晓东．基于CAN总线的温室控制系统智能节点的设
计Ⅱ]．农机化~；oo7，5@：118-120．
昀程月华，毛罕平，李萍萍．设施农业灌溉量控制模型和
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[7]任文涛，杨懿，张本华，崔红光，黄毅，张玉龙．温室节
点式渗灌自动控制系统设计与实现U]．农业工程学
报，2【x)9''8⑩．
[8】潘明，钟锋．物联网在现代农业上的应用研究o】．现代
农业装2011,7：55-57．
作者简介：张兆朋(198O一)，男，淮安生物工程
高等职业学校讲师，研究方向：智能控制研究。
12012．11／屯子tI|再一15—
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