基于ＧＳＭ远程温室环境监控系统的设计和实现

摘 要：基于GSM远程温室环境监控系统充分利用GSM网络，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，在数据采集点与集中监测中心建立快捷的数据通信通道，把各数据采集终端的农业监测数据发送到监控中心，并进行相应的数据处理，决策结果可以利用短消息方式发送到用户手机上。该系统实现了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。重点介绍远程温室环境监控系统的实现方法和软件设计，并且系统仿真运行稳定，达到了预期的设计目标。

关键词：GSM；数据采集；监控；温室环境；短消息

中图分类号：TP39文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)22-151-04

Design & Realization of Remote Monitoring System of Greenhouse Environment by Using GSM

WANG Yi,ZHOU Jie

(College of Electronic & Information Engineering,Nanjing University of Information Science & Technology,Nanjing,210044,China)

Abstract： The remote monitoring system of greenhouse environment based on GSM fully uses of GSM network with the relevant sensors,and uses single chip microcomputers to acquire data parameters and instruction responses.It establishes efficient data communication channel between data collection points and centralized monitoring center,senting agricultural monitoring data to the center by the data acquisition terminal and processing,the results can be used to send on the mobile phone by short messages.The system achieves automatic collection and wireless transmission of parameters,reduces the measurement workload,saves the cost and improves the efficiency.It focuses on implementation and software design of the remote monitoringsystem of greenhouse environment,and system simulation operates stably.The design is expected to achieve the goal.

Keywords：GSM;data acquisition;monitor;greenhouse environment;short messages

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。目前国内的温室环境的农业数据采集，主要有：第一，使用数据采集仪，人工进行田间测量和分析。它能立即得到实验数据或分析结果，或将大量数据带回到实验室，传输到计算机进行详细分析。但对于需要长时间定时采集的数据，如温湿度、光照强度、作物生长特征等参数的变化规律等，则需要反复多次到田间测量、费时费力、测量成本高。第二，采用接入Internet或Intranet的方式实现远程监控。这些方式已经应用在数据采集、视频会议、远程加工或远程诊断等领域。但是接入Internet一般要按时间计费或租用专线，Intranet需要铺设专用线缆，成本高。在数据量不大、需要长时间连接或所要监控的现场节点经常变化的情况下这两种方法都不合适。

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 系统的结构组成及工作原理

1.1 系统组成

远程温室环境监控系统是利用单片机组成的数据监控系统。通过GSM网络以短消息的形式完成远程数据传输，即在传统的单片机数据采集系统中增加支持语音、短消息、数据通信、传真等业务的GSM引擎模块，并为其分配一个独立的SIM卡，通过串行通信接口RS 232，实现数据的远程无线传输。监控终端可以是PC机，也可以是移动电话或移动终端。

系统的组成结构如图1所示。

1.2 工作原理

1.2.1 集中监控中心

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，而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）。主站监控软件可以管理整个系统的所有远端设备。

1.2.2 数据采集终端

数据采集终端在每一监控点完成对模拟量的采集与开关量的检测，并实现必要的控制功能。在被控对象的运行状态改变时及时将此事件的性质及必要的数据以短消息的形式发送给监控中心，远端数据采集设备还可以接收由监控中心发送的命令，根据命令修改参数或将当前状态信息回送中心。

2 关键技术

2.1 MSComm控件

Visual Basic的串行通信对象MSComm是将RS 232的初级操作予以封装，用户以高级的Basic语法即可利用RS 232与外界通信。MSComm控件可以用来提供简单的串行端口通信功能，也可以用来创建功能完备、事件驱动的高级通信工具。MSComm控件提供了一系列标准通信命令的使用界面。使用它可以建立与串行端口的连接，通过串行端口连接到其他通信设备（例如调制解调器），发出命令，交换数据，以及监视和响应串行连接中发生的事件和错误。

2.2 数据通信协议

由于在监控中心和数据采集终端之间进行的数据通信采取的主要方式为短消息（SMS），因此短消息中每个数据信息代表的具体意义，以及短消息中数据的排列规则都需要通信的双方达成一致。因此通信双方必须具有数据协议。由于受到单片机中存储芯片的容量限制，因此短消息传送的数据量要有一个具体的限定，同时为了便于定位有用的数据信息，短消息中数据信息以“％％”开头，以单个“％”结尾。

（1） 由数据采集终端向监控中心发送状态信息

格式：%%* ** ** ** ** ** **%

语义：从左到右依次是状态码、温度、湿度、光照强度、CO₂浓度、水份、肥料、I/O状态码、校验和，其中，*代表单字节，**代表双字节。

状态码以及I/O状态，即由远端数据采集设备向监控中心发送的状态信息中的第1个字节和第14个字节的意义，1个字节的二进制数据最多可以表示128个状态，状态码的定义如图2所示。其中每个参数值也有各自的含义：状态码代表远端设备所处的状态，监控中心完全根据状态码代表的意义来进行报警等一些操作。温度、湿度、光照强度、CO₂浓度、水份、肥料这6个值包含在状态信息中，参数值都设定为2个字节，第1个字节表示参数值的千位和百位的数据，第2个字节代表参数值的十位和个位的数据。I/O代表负责数据采集的端口所处状态，即开关量，如图3所示。1个字节的8位分别代表8个数据采集端口的状态，如果某一位为“1”，则该端口处于打开状态，反之则处于关闭状态。检验和用来判断传送数据过程中是否出现错误，这里采取CheckSum方式。

（2） 由监控中心向数据采集终端发送命令

格式：%%* ** *%

语义：从左到右依次是命令字、参数、校验和。

其中，命令字代表控制中心发往远端数据采集设备的数据意义，定义如下：00 请求发送当前状态数据；01 设定温度标定值；02 设定湿度标定值；03 设定光照强度标定值；04 设定CO₂浓度标定值。参数就是主控中心给远端设备设定的各个参数的值。

2.3 GSM AT指令

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。该系统中使用的控制短信收发的AT指令如表1所示。

2.4 短信息业务及其数据格式

短信息业务SMS是GSM系统提供给用户的一种数字业务。它与话音传输及传真一样，同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。SMS的收发占用的是GSM网络的信令信道，不会占用普通话音信道，而且它是双向通信，具有一定的交互能力；SMS具有较高的可靠性，短信息发送端的用户可知道短信息是否已经到达接收端；由于通信领域领先技术的支撑，传输短数据信息的效率极高、速度快、运行成本低；SMS充分利用GSM网络覆盖广的特点和全程全网的优势，具有极佳的移动性，使得任何一个申请了短信息服务的GSM无线终端用户在全网内获得服务。

发送和接收短信息共有3种方法：Block Mode，PDU和Text Mode。Block Mode目前已很少使用。PDU Mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，是手机默认的编码方式。但其发送和接收短信息的实现方法比较复杂。Text Mode是纯文本方式，即短信息是基于ASCII字符的。由于在这种方式下收发短信相对简单，实现技术难度也相对小一些，且满足本系统的设计要求，故采用这种方式实现短信的收发。

3 系统软件的设计与实现

程序的主界面主要实现的功能是调用本系统的所有其他功能，包括参数设置、自动接收数据、请求数据以及数据的查询与分析等。同时，在主界面打开时，要对与PC机相连的GSM模块进行新消息指示方式的设置，即AT＋CNMI＝1，1，0，0，1，这样做主要是为了避免在其他的功能上过多地与PC机相连的GSM模块进行数据传输。

主界面如图4所示。

程序要使用的菜单的层次结构、标题以及各个部分的功能。

系统参数设置 完成对系统中的参数进行设置的功能。其中包括状态码设定、I/O设定、温度最大值设定、湿度最大值设定、光照强度最大值设定、CO₂浓度最大值设定6个子菜单，分别对应6个参数的设置。

数据检测 用来执行数据的检测和请求，包括自动接收和数据请求2个子菜单。

数据库管理与查询 执行数据库的相关操作，包括数据库的备份、恢复、数据的查询以及数据信息的曲线视图显示。

帮助 关于本系统的一些说明。

其中，系统参数设置，对整个系统功能的实现十分重要。而这个参数，就是监控设备通过短消息的方式发送给远端设备的。具有数据采集功能的设备，在处理采集到的数据时，会根据一些参数值做判断。例如当采集到的CO₂浓度为400 ppm时，如果此时的标定值的参数为350 ppm，则远端设备根据比较，得到现在的CO₂浓度超出正常范围，于是自动将采集的数据以及判断结果发送给监控设备，监控中心及时采取一些操作，例如通知负责人等来管理该远端设备，使其恢复正常。设定窗口如图5所示。

对于自动接收和数据请求这两个功能，关键实现开关量的报警。它们的区别在于请求数据是选择发送对象，主动地请求数据，而自动接收数据则是循环地检测端口来被动地接收。部分程序如下。

…

If MDIForm1.Comm1.InBufferCount > 0 Then

intall = intall + 1

If intall = 1 Then

Call readno

End If

If intall = 2 Then

Call getdata

Call rectemp

End If

If intall = 4 Then

Call zhuanfa

End If

If intall = 5 Then

Call sendtxt

End If

If intall = 8 Then

If MDIForm1.Comm1.InBufferCount > 0 Then

Call rectemp

intall = 7

End If

End If

If intall = 9 Then

If ifalarm Then

MMControl1.filename = App.Path +"\\alarm1.wav"

MMControl1.Command = "Open"

MMControl1.Command = "Play"

Intall = 8

End If

End If

End If

…

4 结 语

GSM远程温室环境监控系统利用GSM无线通信技术全面实时动态地采集数据，并在数据采集点与集中监测中心建立快捷的数据通信通道，把各数据采集终端的农业监测数据发送到集中监测中心，并进行相应的数据处理，决策结果可以利用GSM短消息方式发送到用户手机上。该系统仿真运行稳定，达到了预期的设计目标。

短消息业务具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等优势，特别适用于传送小数据量、地区偏远、架设通信线路困难的地方。对于数据采集终端来说，一般放在无人值守地区，应用短消息业务来传送数据最为合适,在农业温室环境实时监测与无线传输中具有广阔的应用前景。

参考文献

［1］郑阿奇,曹弋.Visual Basic实用教程.2版.北京:电子工业出版社,2004.

［2］范逸之.Visual Basic与RS 232串行通信控制（最新版）［M］.北京:中国青年出版社,2002.

［3］李延文.Visual Basic 6.0控件高级编程(中文版).北京:人民邮电出版社,2002.

［4］张树兵,戴红,陈哲.Visual Basic 6.0中文版入门与提高.北京:清华大学出版社,2000.

［5］Siemens Inc.AT Command Set Siemens Cellular Engines ［OL］.http://.

［6］胡顺安,王书茂.智能化农业信息远程数据采集系统［J］.设计与研究,2005,32(6):25-26.

［7］郭丙君,俞金寿.基于GSM的远程监控系统［J］.自动化仪表,2004,28(5):5-7,66.

［8］刘恩博，马富裕，郑重.GSM棉田水分监测系统的设计与实现［J］.农业化研究,2005,(2):115-117.

［9］林粤伟,魏权利.基于GSM短信息的无线网络环保监测系统的研制［J］.微计算机信息,2005,21(1):71-72.

［10］庞树杰,杨青,李莉.基于GPS和GSM 短消息的农田信息采集系统［J］.农机化研究,2004(1):230-231,233.

［11］Charvat K,Krezja J,Krijvanek Z,et al.The Design and Utilization of Databases，Utilization of Internet and Communication Technologies in Precision Agriculture［A］.In Proceeding of Conference Utilization of Precision Agriculture in Czech Republic［C］.2000.

作者简介 王 簃 男，1984年出生,硕士。研究方向为OFDM通信技术、WCDMA网络等。

周 杰 男，1964年出生，博士,教授，博士生导师。研究方向为超宽带无线通信技术、智能天线技术等。

推荐访问:温室 监控系统 环境 设计 GSM