基于短信技術(shù)的智能沼氣池控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

摘 要：文章研究了沼氣池的溫度監(jiān)測控制問題，提出了一種基于短信技術(shù)的智能沼氣池控制方案，利用STC89C52單片機和多種傳感器進行數(shù)據(jù)采集，設(shè)計了智能沼氣池溫度控制系統(tǒng)。同時，利用GSM模塊，結(jié)合手機APP，達到對沼氣池溫度的實時遠程管理。該系統(tǒng)實時性好，操作方便，工作穩(wěn)定，具有較大的市場應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：單片機；GSM短信模塊；沼氣池

引言

以農(nóng)業(yè)廢棄物和生活垃圾為原料，可產(chǎn)出沼氣來提供生活和生產(chǎn)用能，沼渣和沼液可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)種植、養(yǎng)殖和加工的良性循環(huán)，減少環(huán)境污染。沼氣是通過微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的，在影響沼氣厭氧發(fā)酵的條件中溫度直接關(guān)系到沼氣的產(chǎn)出率和綜合效益。溫度適宜則細菌繁殖旺盛，活力強，厭氧分解和生成甲烷的速度快，產(chǎn)氣多。沼氣池靠自然溫度發(fā)酵，屬于常溫發(fā)酵（10～26℃），溫度越高，產(chǎn)氣越好，在低于10℃時的產(chǎn)氣量微乎其微。因此，開發(fā)一套功能完善的智能沼氣池溫度控制系統(tǒng)，將具有良好的經(jīng)濟效益和社會意義。

文章研究的基于單片機的智能沼氣池溫度控制系統(tǒng)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度參數(shù)的實時顯示，同時充分利用現(xiàn)有的短信網(wǎng)絡(luò)，完成感知節(jié)點與移動終端的數(shù)據(jù)傳輸，通過手機軟件實現(xiàn)遠程控制，更具人性化，可靠性、靈活度更高，利于管理。

1 工作原理

該系統(tǒng)以STC80C52單片機為核心，通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集，然后通過單片機處理數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)顯示在LCD1602液晶顯示模塊上，同時利用GSM網(wǎng)絡(luò)，以短信形式發(fā)送給移動終端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，由單片機、傳感器、控制裝置、GSM模塊等組成智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。該監(jiān)控系統(tǒng)充分利用GSM手機通信模塊、溫度檢測模塊和液晶顯示模塊，實時測量沼氣池中的環(huán)境參數(shù)，測量結(jié)果可以通過短信通知工作人員。在參數(shù)異常時，可利用短信控制相關(guān)設(shè)備，直至沼氣池中的相關(guān)參數(shù)恢復(fù)正常值。在Android平臺上開發(fā)的、用于監(jiān)測數(shù)據(jù)的APP，實現(xiàn)了智能終端硬件和軟件的分離，從而極大地擴展整個系統(tǒng)的功能。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

以單片機為控制核心，采用溫度測量技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)等技術(shù)，以溫度傳感器DS18B20作為測量元件，構(gòu)成智能沼氣池監(jiān)測控制系統(tǒng)。

2.2 模塊設(shè)計

2.2.1 GSM模塊

GSM模塊采用西門子GONGSI公司的TC35系列模塊，其性價比很高，并且已經(jīng)具有國內(nèi)的無線電設(shè)備入網(wǎng)證。由西門子公司的GSM模塊TC35i及其外圍電路構(gòu)成的移動終端，可以很好的完成短消息收發(fā)、數(shù)據(jù)和語音通信。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。由于短消息具有實現(xiàn)簡單、通信成本低、保密性好、直接面向用戶手機、且不受地域限制等特點，是目前利用最為廣泛的通訊方式。在該系統(tǒng)中，將工作人員手機作為接收終端，當(dāng)沼氣池內(nèi)溫度超過或低于預(yù)設(shè)值時，手機會自動收到一條來自智能系統(tǒng)的報警短信，并對此進行數(shù)據(jù)反饋，以便實時、可靠、快捷的實現(xiàn)遠程控制。

2.2.2 溫度檢測模塊

溫度傳感器采用了DS18B20，它能夠?qū)囟戎苯愚D(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可以通過一根數(shù)據(jù)與單片機進行通訊，不需要外加模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，測量溫度范圍為-55～-125°C，在-10～85°C范圍內(nèi)，精度為±0.5°C，完全可以滿足沼氣池的溫度要求。

2.2.3 液晶顯示模塊

人機交互部分由LCD組成，采用的是LCD1602，該點陣的屏顯成本相對較低，適用于各類儀器、小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域，通過編程實現(xiàn)三組參數(shù)的滾動顯示。同時利用單片機的串口連接GSM模塊，實現(xiàn)大棚終端與手機的數(shù)據(jù)交換，并開發(fā)手機APP，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程獲取數(shù)據(jù)和對環(huán)境的遠程管理。

3 軟件設(shè)計

在工作人員開機后，系統(tǒng)可以根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的溫度對沼氣池中的溫度進行自動調(diào)節(jié)。首先系統(tǒng)實時監(jiān)測環(huán)境中的溫度值，在LCD液晶屏上實時滾動顯示，同時也可以進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。如當(dāng)沼氣池溫度低于設(shè)定閾值時，系統(tǒng)開啟加熱器提高沼氣池中的溫度，反之則關(guān)閉。為了安全起見，當(dāng)沼氣池環(huán)境發(fā)生劇烈變化時，系統(tǒng)會開啟聲光報警系統(tǒng)，同時會通過GSM模塊向已設(shè)定的工作人員發(fā)送環(huán)境參數(shù)及報警信號，以便工作人員能及時采取措施。

4 結(jié)束語

文章所設(shè)計的智能沼氣池控制系統(tǒng)是一個針對北方地區(qū)冬季沼氣池環(huán)境的在線實時監(jiān)控系統(tǒng)，用來實現(xiàn)對沼氣池參數(shù)的監(jiān)測、報警與控制，具有遠程控制、測量準確、安全性好、適用性強、交互性好等優(yōu)點。

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作者簡介：葉倩（1985-），女，博士，講師，主要研究方向：智能控制系統(tǒng)研究。