專利名稱：基于gsm通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種灌溉監(jiān)測(cè)與控制器，明確的說(shuō)是一種利用GSM通訊平臺(tái)實(shí)現(xiàn)灌溉數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程控制。
背景技術(shù)：
我國(guó)北方地區(qū)水資源短缺，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在行業(yè)中，灌溉是用水大戶，約占區(qū)域總供水量的60％~80％，目前，我國(guó)灌溉中存在的主要問題是灌溉管理手段粗放、灌溉方式落后，嚴(yán)重影響灌溉水利用率，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)灌溉水利用率僅為0.4，大量水資源被浪費(fèi)掉。因此，利用先進(jìn)技術(shù)提高灌溉管理水平是當(dāng)務(wù)之急。
目前的灌溉控制器，國(guó)外產(chǎn)品據(jù)多，而且功能較為單一，操作復(fù)雜，只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)、有線近距離控制，同時(shí)，工程投資比較昂貴。降低投資成本，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多點(diǎn)監(jiān)測(cè)與控制，是設(shè)計(jì)新一代灌溉監(jiān)測(cè)控制器的主要工作。我國(guó)近年來(lái)，通訊事業(yè)發(fā)展迅速，GMS通訊網(wǎng)覆蓋率不斷提高，這為建立新一代灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器提供了良好的通訊平臺(tái)，使得通過(guò)手機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與灌溉控制以及遠(yuǎn)程故障報(bào)警成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的有三點(diǎn)，1)實(shí)現(xiàn)灌溉數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與灌溉系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制；2)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道系統(tǒng)的故障報(bào)警；3)填補(bǔ)同類產(chǎn)品的空白，豐富灌溉控制器的類型。
本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出了一種新型的灌溉控制和報(bào)警裝置一種基于GMS通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器它由一種基于GMS通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器它由單片機(jī)1、手機(jī)模塊2、手機(jī)天線3、SIM卡4、擴(kuò)展電路5、存儲(chǔ)模塊6、A/D轉(zhuǎn)換電路7、模擬信號(hào)輸入電路8、數(shù)字信號(hào)輸入電路9、光藕隔離10、功率放大11、輸出控制電路12、LCD顯示13、復(fù)位電路14、電源電路15組成。其特征在于手機(jī)天線3與手機(jī)模塊2相連，手機(jī)模塊2與單片機(jī)1和SIM卡4相連實(shí)現(xiàn)了與GSM網(wǎng)絡(luò)的通信；單片機(jī)1又通過(guò)擴(kuò)展電路5與光藕隔離10、功率放大11和輸出控制電路12相連組成了控制部分；單片機(jī)1通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路7與模擬信號(hào)輸入電路8相連，單片機(jī)1通過(guò)擴(kuò)展電路5與數(shù)字電路9相連共同組成了檢測(cè)電路；單片機(jī)1與存儲(chǔ)模塊6組成了系統(tǒng)存儲(chǔ)電路；LCD顯示13與單片機(jī)1相連負(fù)責(zé)信息的顯示；復(fù)位電路14與單片機(jī)1相連組成了復(fù)位電路，電源電路15負(fù)責(zé)給單片機(jī)1和功率放大11供電。
本設(shè)備實(shí)現(xiàn)了通過(guò)GSM短信可以控制各種輸出設(shè)備，如電磁閥、水泵等。
信號(hào)輸入部分可以采集檢測(cè)各種信號(hào)如溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤水份、靜輻射、光照等數(shù)字或者模擬信號(hào)。
用戶可以通過(guò)短信對(duì)要檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行上下限設(shè)置，以產(chǎn)生報(bào)警條件。
存儲(chǔ)部分可以將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，用戶可以通過(guò)短信進(jìn)行查閱，以便隨時(shí)了解環(huán)境情況。單片機(jī)上連有手機(jī)模塊，LCD顯示，擴(kuò)展電路，存儲(chǔ)器，A/D轉(zhuǎn)換器。
發(fā)明的效果本發(fā)明的特點(diǎn)在于安裝方便，各個(gè)控制器之間是獨(dú)立的，不需要各種線進(jìn)行連接，降低了安裝成本和安裝的復(fù)雜度，控制器的識(shí)別通過(guò)每個(gè)控制器內(nèi)部的手機(jī)SIM卡識(shí)別，適合分散各個(gè)點(diǎn)、間隔距離大的環(huán)境情況；控制器集成了公眾網(wǎng)GSM短信的優(yōu)勢(shì)，隨時(shí)隨地都可以進(jìn)行控制、 接受報(bào)警信息，十分方便快捷；控制器檢測(cè)到情況異常時(shí)候，立刻關(guān)閉各種控制設(shè)備，并發(fā)出報(bào)警信息，讓用戶及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。


圖1為基于GMS通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器的總體結(jié)構(gòu)示意圖圖2為基于GMS通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器主視圖圖3為基于GMS通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器俯視圖圖4為基于GMS通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器A-A剖視圖圖5為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(一)——液晶顯示與復(fù)位部分圖6為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(二)——單片機(jī)核心部分圖7為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(三)——存儲(chǔ)器與時(shí)鐘部分圖8為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(四)——手機(jī)模塊電路圖9為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(五)——數(shù)字輸入部分圖10為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(六)——采集電路的電源部分圖11為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(七)——模擬信號(hào)輸入部分圖12為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(八)——擴(kuò)展電路部分圖13為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(九)——光藕隔離部分圖14為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(十)——系統(tǒng)供電電路部分圖15為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(十一)——功率放大部分圖16為基于GSM短消息的灌溉控制和報(bào)警器的原理圖(十二)——輸出控制部分具體實(shí)施方式
從圖2和圖3可以看出，上下兩個(gè)板子通過(guò)接線插頭16連接，電源15通過(guò)接線插頭16分別給上下兩塊板子供電。上層板子主要有單片機(jī)1、手機(jī)模塊2、手機(jī)天線3、SIM卡4、擴(kuò)展電路5、存儲(chǔ)器6、A/D轉(zhuǎn)換7、模擬信號(hào)輸入電路8、數(shù)字信號(hào)輸入電路9、LCD顯示13、復(fù)位電路14組成。下層板子主要由電源電路15、光藕隔離10、功率放大11、控制電路12組成，具體的連接關(guān)系參考圖5-圖16。
如圖14所示，AC IN2為系統(tǒng)電源輸入部分，經(jīng)過(guò)U4，U5整流穩(wěn)壓后可以提供正負(fù)5伏，12伏兩種電源。AC IN1為控制電路提供電源，經(jīng)過(guò)U3整流穩(wěn)壓后產(chǎn)生正5伏電壓，給繼電器供電，這里之所以沒有采用AC_IN2的5伏電壓，主要是為了減少干擾，AC_IN1為圖13中光藕A2，A3后部分電路提供電源，AC_IN2為圖13中光藕A2，A3的前部分電路提供電源。
如圖6所示，U6為單片機(jī)(WINBOND 77E58系列)，圖7中U14為存儲(chǔ)器1225，圖7中U16為時(shí)鐘芯片12887，圖12中U12為擴(kuò)展電路8255，圖11中U13為12位A/D轉(zhuǎn)換，圖8中TC35CON為手機(jī)模塊，CON8為SIM卡座，圖5中U1為芯片復(fù)位，U2為485端口，圖10中U5為溫度傳感器DS18B20驅(qū)動(dòng)電路，圖9中U4為脈沖信號(hào)輸入選擇4051，圖11中DV0，DV1，DV2為電壓輸入電路，DA1/2，DA3/4，DA5/6，DA7/8為電流輸入電路。
具體連接原理如原理結(jié)構(gòu)圖5-圖16所示。其中圖6中U6單片機(jī)與圖8中TC35CON直接相連，TC35CON與CON8相連實(shí)現(xiàn)了GSM短信的接收與發(fā)送；圖6中U6與圖7中U14相連實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；圖6中U6與圖10中U5組成了溫度信號(hào)輸入電路；圖6中U6與圖12中U12相連實(shí)現(xiàn)了I/O口的擴(kuò)展；圖12中U12與圖9中U4組成了脈沖信號(hào)輸入電路；圖6中U6與圖11中U13相連組成了模擬信號(hào)輸入電路。圖12中U12通過(guò)接口與A1，A2，A3相連組成了控制輸出電路。
系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)采用了KEIL C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，包括了信號(hào)的采集子程序，信號(hào)的控制子程序，GSM短信接受與處理子程序，報(bào)警判斷子程序等。
2003年10月在京開高速公路京開立交橋處，對(duì)2000米中間隔離綠化帶進(jìn)行灌溉試驗(yàn)，北京市水利口各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)多次參觀考察，給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為本系統(tǒng)成本低廉，可靠性高。2003年11月在海淀區(qū)蘇家坨200畝綠化示范區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，取得很好的效果。
權(quán)利要求1.一種基于GSM通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器它由單片機(jī)(1)、手機(jī)模塊(2)、手機(jī)天線(3)、SIM卡(4)、擴(kuò)展電路(5)、存儲(chǔ)模塊(6)、A/D轉(zhuǎn)換電路(7)、模擬信號(hào)輸入電路(8)、數(shù)字信號(hào)輸入電路(9)、光藕隔離(10)、功率放大(11)、輸出控制電路(12)、LCD顯示(13)、復(fù)位電路(14)、電源電路(15)組成，其特征在于手機(jī)天線(3)與手機(jī)模塊(2)相連，手機(jī)模塊(2)與單片機(jī)(1)和SIM卡(4)相連實(shí)現(xiàn)了與GSM網(wǎng)絡(luò)的通信；單片機(jī)(1)又通過(guò)擴(kuò)展電路(5)與光藕隔離(10)、功率放大(11)和輸出控制電路(12)相連組成了控制部分；單片機(jī)(1)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路(7)與模擬信號(hào)輸入電路(8)相連，單片機(jī)(1)通過(guò)擴(kuò)展電路(5)與數(shù)字電路(9)相連共同組成了檢測(cè)電路；單片機(jī)(1)與存儲(chǔ)模塊(6)組成了系統(tǒng)存儲(chǔ)電路；LCD顯示(13)與單片機(jī)(1)相連負(fù)責(zé)信息的顯示；復(fù)位電路(14)與單片機(jī)(1)相連組成了復(fù)位電路，電源電路(15)負(fù)責(zé)給單片機(jī)(1)和功率放大(11)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述得基于GSM通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器，其特征在于通過(guò)GSM短信控制各種輸出設(shè)備，如電磁閥、水泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述得基于GSM通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器，其特征在于信號(hào)輸入部分采集檢測(cè)各種信號(hào)如溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤水份、靜輻射、光照數(shù)字或者模擬信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述得基于GSM通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器，其特征在于用戶通過(guò)短信對(duì)要檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行上下限設(shè)置，以產(chǎn)生報(bào)警條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述得基于GSM通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器，其特征在于存儲(chǔ)部分將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，用戶通過(guò)短信進(jìn)行查閱，以便隨時(shí)了解環(huán)境情況。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述得基于GSM通訊模塊的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器，其特征在于單片機(jī)上連有手機(jī)模塊，LCD顯示，擴(kuò)展電路，存儲(chǔ)器，A/D轉(zhuǎn)換器，復(fù)位電路。
專利摘要一種新型的灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制器，可通過(guò)GSM短信或手機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與灌溉控制，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉管路系統(tǒng)故障的實(shí)時(shí)診斷與及時(shí)故障報(bào)警功能，該技術(shù)屬于節(jié)水灌溉領(lǐng)域。它由單片機(jī)核心、存儲(chǔ)電路、光藕隔離電路、放大電路、輸出控制電路、GSM模塊、SIM卡、手機(jī)天線、擴(kuò)展電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、采集電路(模擬輸入接口和數(shù)字輸入接口)、電源電路、復(fù)位電路、LCD顯示電路組成。其特征在于單片機(jī)的串口連接有GSM模塊，單片機(jī)通過(guò)采集電路進(jìn)行信號(hào)的采集，將檢測(cè)到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或故障信息經(jīng)GSM模塊以短信或手機(jī)通訊的形式發(fā)送出去，同時(shí)可以用短信或手機(jī)通訊來(lái)控制灌溉。該設(shè)備適用于灌溉控制點(diǎn)較多、灌溉面積較大、管網(wǎng)系統(tǒng)較為復(fù)雜、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)較為分散的灌溉系統(tǒng)，具有節(jié)省灌溉系統(tǒng)投資、提高灌溉效率、節(jié)約用水、降低運(yùn)行成本等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用推廣前景。
文檔編號(hào)A01G25/16GK2666143SQ20042000072
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者鄭文剛, 趙春江, 劉洪祿, 吳文勇, 王紀(jì)華, 郝仲勇 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心, 北京市水利科學(xué)研究所