基于GSM和STC15的小型禽舍溫度遠程實時監(jiān)測裝置

趙方　蘇詠梅

摘要：設計了基于GSM網(wǎng)絡和STC15單片機的小型禽舍溫度遠程實時監(jiān)測裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)禽舍內(nèi)的多點測溫并實時顯示溫度，并能根據(jù)家禽不同生長階段、不同季節(jié)使禽舍溫度自動調(diào)節(jié)保持在一個理想的范圍內(nèi)，使家禽達到最大的生產(chǎn)力。控制裝置經(jīng)過一段時間的自動調(diào)節(jié)，禽舍內(nèi)溫度仍然異常時，裝置會自動啟動TC35I模塊通過GSM網(wǎng)絡將異常報警信息發(fā)送至養(yǎng)殖戶手機，以提醒用戶做出及時處理，避免不必要的經(jīng)濟損失。

關鍵詞：STC15單片機；GSM網(wǎng)絡；禽舍溫度；遠程實時監(jiān)測

中圖分類號：S24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）08-2108-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.049

Abstract： The device of small fowlery temperature remote real-time moitoring is designed based on GSM network and STC15 microcontroller. The devise is capable of multi-point checking temperature within the fowlery and display the real-time temperature value， and according to the different growth stages of poultry and different seasons the device can set different desired temperature to achieve poultrys maximum productivity. Control device automatically adjust after a period of time， when the temperature of fowlery is still abnormal， the device will automatically start TC35I module and send abnormal alarm information to farmers phone by GSM network to alert the user to make a timely manner and avoid unnecessary economic losses.

Key words： STC15 microcontroller； GSM network； fowlery temperature； remote real-time monitoring

家禽的生產(chǎn)力只有在一定的外界溫度條件下才能得到充分發(fā)揮，溫度過高或過低都會使家禽生產(chǎn)力下降、成本升高，甚至使家禽的健康和生命受到影響[1，2]。家禽在不同生長階段、不同季節(jié)、不同生理階段需要的環(huán)境溫度是不同的。因此，對禽舍環(huán)境溫度的控制是養(yǎng)殖戶獲得經(jīng)濟效益的重要保障。在中國農(nóng)村，利用自家庭院或責任田進行養(yǎng)殖的農(nóng)戶很多，大多數(shù)家庭式養(yǎng)殖戶的禽舍都沒有實現(xiàn)現(xiàn)代化的技術手段對其環(huán)境溫度進行自動控制，基本都是靠人工定時檢查，根據(jù)經(jīng)驗進行控制。因此，農(nóng)村小規(guī)模、家庭式的養(yǎng)殖戶常因管理不當或不及時造成大量家禽的死亡或者生產(chǎn)力下降。另外，僅靠人工不斷巡檢來控制禽舍內(nèi)的溫度，既費力費時，效率又低，也很難擴大養(yǎng)殖規(guī)模，經(jīng)濟效益低下。據(jù)此，本研究設計開發(fā)了一種適用于小規(guī)模、家庭式養(yǎng)殖戶的禽舍溫度自動檢測、自動控制、實時遠程監(jiān)測裝置。該裝置可以實現(xiàn)禽舍溫度的自動控制，當溫度異常時及時將報警信息通過GSM網(wǎng)絡發(fā)送至養(yǎng)殖戶手機以提醒其做出應對措施，實現(xiàn)了小型、家庭式養(yǎng)殖的自動化管理，降低了現(xiàn)場管理人員的勞動強度，提高了家禽的生產(chǎn)力。

1 裝置組成及功能

針對家庭式小型養(yǎng)殖規(guī)模，一個禽舍一套溫度測控系統(tǒng)即可，裝置組成如圖1所示，該裝置主要由禽舍現(xiàn)場的智能溫度控制器和養(yǎng)殖戶手機組成。智能溫度控制器以STC15F2K60S2單片機為核心處理器，采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器實時監(jiān)測禽舍內(nèi)的溫度并送處理器進行處理，處理器根據(jù)處理結果做出通風或者升溫決策。當溫度自動調(diào)節(jié)不成功時，控制器發(fā)出報警同時啟動GSM通訊模塊將異常信息發(fā)送至養(yǎng)殖戶手機，以提示養(yǎng)殖戶做出應對措施。由于禽畜在不同生長階段、不同季節(jié)需要的溫度不同，控制器設計了鍵盤，用戶可以根據(jù)需要調(diào)整禽舍內(nèi)的設定溫度。為方便用戶觀察禽舍的實時溫度，控制器還設置了LCD液晶顯示來實時顯示禽舍內(nèi)的溫度。為記錄故障的時間，控制器設計了時鐘系統(tǒng)。本設計由于采用了GSM無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斝畔ⅲ詿o需復雜的布線，禽舍現(xiàn)場僅需一塊控制板，外圍連接溫度傳感器，由于采用的是數(shù)字輸出的溫度傳感器，數(shù)字信號抗干擾能力強，布線簡單。整個控制器安裝方便、簡單。

2 硬件設計

2.1 微處理器選擇

選用STC15F2K60S2單片機作為微處理器，與普通的51系列單片機相比，該單片機的速度比傳統(tǒng)的8051單片機快7～12倍，比早期的STC系列快20%[3]。有寬泛的工作電壓，3.8～5.5 V，不需要外接振蕩電路，工作頻率5～35 MHz。內(nèi)部有2 048字節(jié)的RAM，60 Kb的Flash ROM，可以在系統(tǒng)內(nèi)編程。內(nèi)部自帶有8路10位A/D，6個16位的定時器，兩路獨立串口，具有超強抗靜電、超強抗干擾、超級加密技術、超低功耗和超低價格。該單片機能夠以低廉的價格，超強的功能滿足設計的要求。

2.2 溫度檢測電路設計

對于禽舍內(nèi)的溫度檢測，選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫傳感器。其測溫范圍是-55～+125 ℃，可以進行A/D轉(zhuǎn)換，通過軟件編程可設置分辨率為9～12位，工作電壓時3.0～5.5 V。支持單總線接口，與單片機之間僅需一條口線連接，并支持多點組網(wǎng)功能，由于每片DS18B20內(nèi)部都有一個獨特的64位序列號，因而可以將多個DS18B20同時連接在一根口線上[4]，即可以實現(xiàn)用單片機的一個I/O接口檢測多個測溫點（大片區(qū)域）的溫度，用一個處理器方便實現(xiàn)多點測溫。另外，DS18B20能直接從單總線通訊線上汲取能量，不需要外部電源，從而簡化了測溫電路的設計。該裝置測溫精度不需要太高，編程時將DS18B20設置成了9位分辨率，溫度精度為0.5 ℃。根據(jù)養(yǎng)殖戶禽舍的規(guī)?？梢栽O置多個測溫點，以5個測溫點為例，其溫度檢測電路如圖2所示。對于5個監(jiān)測點，單片機I/O接口的驅(qū)動能力是足夠的，若再增加測溫點即增加DS18B20的個數(shù)，I/O接口驅(qū)動能力不足時，可增加74LS245雙向驅(qū)動器來增加單片機的驅(qū)動能力。

2.3 控制裝置主要外圍電路設計

控制器外圍電路主要由鍵盤、LCD顯示、報警電路組成。鍵盤設計成由4個按鍵組成的獨立式鍵盤。由于裝置工作現(xiàn)場需要顯示的信息量較少，主要是實時顯示禽舍內(nèi)的溫度，LCD顯示選用價格低廉的字符型LCD1602?，F(xiàn)場報警電路采用蜂鳴器聲音報警方式。主要外圍電路如圖3所示。

2.4 GSM無線通訊電路設計

該裝置的無線通訊模塊選用了西門子工業(yè)GSM模塊，該模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，可以工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，工作電源為3.3～4.8 V，推薦值是4.2 V，功耗低[5]，可選通訊波特率0.3～115 Kb/s，支持Text和PDU格式的SMS（Short Message Service，短信息），可通過AT命令或關斷信號實現(xiàn)重啟或故障恢復。TC35I模塊由供電模塊、閃存、ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）連接器、天線接口等6部分組成。共有40個引腳通過ZIF連接器引出，共分為5類引腳：電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制[6]。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入和輸出通過其串行異步通訊接口—RS232和單片機連接，由單片機控制其啟動、停止和數(shù)據(jù)的傳輸。TC35I和單片機的電路連接如圖4所示。電路設計時使TC35I啟動后由單片機的P4.0控制IGT引腳保持高電平，SYNC引腳連接了一個指示燈以指示GSM模塊的工作狀態(tài)。單片機檢測到的禽舍溫度信息，通過驅(qū)動TC35I所連接的SIM卡1發(fā)送至用戶手機，本設計利用通用的移動通訊網(wǎng)絡可以方便地使用戶實時掌握自家禽舍內(nèi)的環(huán)境，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，大大降低了因禽舍內(nèi)溫度的異常而使家禽生產(chǎn)力下降、發(fā)病、死亡等導致的經(jīng)濟損失。

3 軟件設計

本設計軟件的功能主要是實時采集禽舍內(nèi)的溫度信息并和養(yǎng)殖戶設定的要求值比較，當禽舍內(nèi)溫度超過設定值時就自動啟動通風；若禽舍內(nèi)溫度低于設定值就自動啟動升溫設備；經(jīng)過調(diào)節(jié)后禽舍內(nèi)的溫度在設定的范圍內(nèi)則在LCD顯示實時溫度；若裝置經(jīng)過一段時間的自動調(diào)節(jié)（因溫度量是大慣性、大滯后量，調(diào)節(jié)后需等待一段時間在進行再次判斷），禽舍內(nèi)溫度仍達不到設定值就發(fā)出蜂鳴報警，同時啟動GSM模塊將報警信息以短信息的形式發(fā)送至養(yǎng)殖戶手機以及時提示養(yǎng)殖戶禽舍內(nèi)溫度異常信息，方便養(yǎng)殖戶及時做出應對措施，恢復禽舍內(nèi)正常的溫度，減少不必要的經(jīng)濟損失。該裝置實際上就是一個帶有LCD顯示的數(shù)字溫度計，禽舍溫度異常時又是一個自動遠程實時報警器。其主程序流程如圖5所示。

4 結語

該裝置進行了模擬試驗，當實際溫度不在設定值的范圍內(nèi)時，裝置都能進行自動調(diào)節(jié)。當自動調(diào)節(jié)不成功時，裝置會自動啟動GSM模塊通過GSM網(wǎng)絡將報警短信發(fā)送至用戶手機（SIM卡2）。該裝置在家庭式的小規(guī)模禽舍養(yǎng)殖中具有重要的實際意義，該裝置的使用會使養(yǎng)殖戶實時地通過自己的手機遠程監(jiān)測自家禽舍內(nèi)的溫度信息，從而極大減少了禽舍溫度異常時因主人不能及時發(fā)現(xiàn)和處理造成的經(jīng)濟損失，也有利于養(yǎng)殖戶在勞動力有限的情況下擴大養(yǎng)殖規(guī)模，提高經(jīng)濟效益。另外對于大規(guī)模的養(yǎng)殖，還可設計管理員在監(jiān)控中心遠程集中監(jiān)控所有禽舍的溫度信息，在軟件上需添加計算機監(jiān)控軟件，硬件上需添加計算機和GSM模塊的連接電路即可。

參考文獻：

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