基于GSM的太阳能农业大棚多功能智能监控系统模块设计

一、项目概述

1.1 引言

当今温室大棚产业不断扩大，人们对于健康的要求也越来越高，温室大棚提高农产品的质量，就必须要有适宜的生长环境。 本文介绍的基于GSM的太阳能农业大棚多功能智能监控系统，通过太阳能给单片机供电，设置不同的大棚植物所需的最适宜生长环境参数，系统实时检测环境值，并在液晶模块上显示，如果与设置参数不同，则会启动报警装置，并通过GSM模块给大棚管理者发送信息，同时自动采取相应操作。我们相信在未来的生活中，尤其是在温室大棚中会起到很重要的作用。

1.2 项目背景/选题动机

近二十年来，我国十分重视农业的发展，对农业设施做了很多投资，温室大棚就是其中最重要的一个项目。它作为一种新型的农业作物种植技术，已经突破了传统作物种植受地域、自然环境、气候等诸多因素的限制，对农业生产有重大意义。产量提高了，但是随着人们生活水平的提高，健康也更加的被人们所关注，温室大棚农产品的质量也是人们关心的焦点，。然而大棚绿色农产品怎么样才能最好的生长呢？目前我国温室大棚多依靠人工经验进行管理，或单片机控制的单参数，单回路的较多，人们无法，通过自己的经验能精准的控制给予蔬菜水果等植物，最佳适宜生长参数。温室大棚自动化程度不高，效率低。就农作物的生长环境而言，光照，温度，湿度是最基本的要素，而温室大棚的智能监控系统是实现其生产自动化，高效率化的最关键，最重要的环节。作为智能监控系统必须能够实现对以上要素的数据进行采集，分析，处理，并且进行相应的报警和智能控制，从而使得温室大棚的农作物能生长在一个最佳适宜的生长环境中。

二、需求分析

2.1 功能要求

单片机所需电能有太阳能提供，可以设置各种植物生长所需的光照度，温湿度值，系统实时采集环境值，并在液晶上显示。如果超标或不足，系统会自动报警，并自动采取开关灯，开关门，灌溉，卷帘等操作。系统会通过GSM模块给大棚管理者发送报警信息。本系统既可用于大面积的温室大棚种植，也可用于特殊植物的小面积培育。系统架构如图2.1所示：

图2.1 系统架构

2.2 性能要求

由太阳能供电，湿度测量范围：20％～90%RH，温度测量范围：0～+50℃，信号传输距离可达20米以上，采集的数据信息在液晶上显示。单片机控制GSM模块，将参数信息发送给管理者。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

如下图所示：该系统主要由以下几大模块组成：太阳能供电模块，传感器模块（光照度传感器，温湿度传感器），GSM模块，智能控制模块（开关门，开关灯，灌溉，卷帘），键盘模块，液晶显示模块。系统硬件结构框图如图3.1所示：

图3.1 系统硬件结构框图

3.1.1 太阳能供电模块

太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的青睐，在人们生活、工作中有广泛的作用， 其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳能电池就是利用太阳能工作的。

太阳能供电模块采用深圳市万家好太阳能公司生产的5 W多晶硅太阳能电池，最大电压18V，多晶硅太阳能电池的光电转换效率约12％左右。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。

3.1.2 传感器模块

光照度传感器：光照度是农作物生长的重要参数之一，在设施农业中光照度的检测越来越得到科技工作者的重视。目前设施农业温室大棚环境控制用的光照度检测电路中，所使用的敏感元件大多为硅光电池。实际上光敏二极管较硅光电池有许多优点，有很高的带宽，价格便宜，特别是光电流与光照度之间呈较好的线性关系，因此他在光耦合隔离器、光学数据传输装置和测试技术中得到广泛的应用。因此本系统是根据光敏二极管的感光特性，设计一种简单实用的光照度检测电路。

温湿度传感器： 温湿度对农作物的生长也相当重要。本系统采用的是DHT11数字温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

3.1.3 GSM模块