基于短信技術的智能沼氣池控制系統研究與實現

摘 要：文章研究了沼氣池的溫度監測控制問題，提出了一種基于短信技術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據采集，設計了智能沼氣池溫度控制系統。同時，利用GSM模塊，結合手機APP，達到對沼氣池溫度的實時遠程管理。該系統實時性好，操作方便，工作穩定，具有較大的市場應用前景。

關鍵詞：單片機；GSM短信模塊；沼氣池

引言

以農業廢棄物和生活垃圾為原料，可產出沼氣來提供生活和生產用能，沼渣和沼液可用于農業生產，實現種植、養殖和加工的良性循環，減少環境污染。沼氣是通過微生物厭氧發酵產生的，在影響沼氣厭氧發酵的條件中溫度直接關系到沼氣的產出率和綜合效益。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，產氣多。沼氣池靠自然溫度發酵，屬于常溫發酵（10～26℃），溫度越高，產氣越好，在低于10℃時的產氣量微乎其微。因此，開發一套功能完善的智能沼氣池溫度控制系統，將具有良好的經濟效益和社會意義。

文章研究的基于單片機的智能沼氣池溫度控制系統方案，能夠實現溫度參數的實時顯示，同時充分利用現有的短信網絡，完成感知節點與移動終端的數據傳輸，通過手機軟件實現遠程控制，更具人性化，可靠性、靈活度更高，利于管理。

1 工作原理

該系統以STC80C52單片機為核心，通過傳感器進行數據采集，然后通過單片機處理數據，將采集的數據顯示在LCD1602液晶顯示模塊上，同時利用GSM網絡，以短信形式發送給移動終端，實現遠程監控。

2 系統總體結構

系統采用模塊化設計，由單片機、傳感器、控制裝置、GSM模塊等組成智能監控系統。系統總體方案如圖1所示。該監控系統充分利用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境參數，測量結果可以通過短信通知工作人員。在參數異常時，可利用短信控制相關設備，直至沼氣池中的相關參數恢復正常值。在Android平臺上開發的、用于監測數據的APP，實現了智能終端硬件和軟件的分離，從而極大地擴展整個系統的功能。

2.1 系統硬件設計

以單片機為控制核心，采用溫度測量技術，通信技術，控制技術等技術，以溫度傳感器DS18B20作為測量元件，構成智能沼氣池監測控制系統。

2.2 模塊設計

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，并且已經具有國內的無線電設備入網證。由西門子公司的GSM模塊TC35i及其外圍電路構成的移動終端，可以很好的完成短消息收發、數據和語音通信。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發及設計。由于短消息具有實現簡單、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。在該系統中，將工作人員手機作為接收終端，當沼氣池內溫度超過或低于預設值時，手機會自動收到一條來自智能系統的報警短信，并對此進行數據反饋，以便實時、可靠、快捷的實現遠程控制。

2.2.2 溫度檢測模塊

溫度傳感器采用了DS18B20，它能夠將溫度直接轉換成數字信號，可以通過一根數據與單片機進行通訊，不需要外加模數轉換電路，測量溫度范圍為-55～-125°C，在-10～85°C范圍內，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、小型設備的顯示領域，通過編程實現三組參數的滾動顯示。同時利用單片機的串口連接GSM模塊，實現大棚終端與手機的數據交換，并開發手機APP，能夠實現遠程獲取數據和對環境的遠程管理。

3 軟件設計

在工作人員開機后，系統可以根據已經設定好的溫度對沼氣池中的溫度進行自動調節。首先系統實時監測環境中的溫度值，在LCD液晶屏上實時滾動顯示，同時也可以進行相應的調節。如當沼氣池溫度低于設定閾值時，系統開啟加熱器提高沼氣池中的溫度，反之則關閉。為了安全起見，當沼氣池環境發生劇烈變化時，系統會開啟聲光報警系統，同時會通過GSM模塊向已設定的工作人員發送環境參數及報警信號，以便工作人員能及時采取措施。

4 結束語

文章所設計的智能沼氣池控制系統是一個針對北方地區冬季沼氣池環境的在線實時監控系統，用來實現對沼氣池參數的監測、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：智能控制系統研究。