農(nóng)用水泵遠程控制開關(guān)的分析與設(shè)計

苗永梅 楊 蘭 王核心

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 寶雞721304）

隨著人們生活水平的提高，蔬菜、水果的市場需求量增大，農(nóng)戶收益高，使得種植面積逐年上升。這些經(jīng)濟作物的生長和成熟均離不開水源，以獼猴桃為例，每年6、7、8 月份正是水果膨大期，對水分需求量大，而這一時期西北地區(qū)大都氣溫高、干旱，汲水灌溉就成了主要的勞務(wù)，每隔2-4 天，要灌溉一次。陜西地處中國內(nèi)陸腹地，周圍沒有海域，灌溉水源大多來源于地表水，要通過水泵抽取。農(nóng)戶灌溉用的水井大都深度在10 米以內(nèi)，蓄水量小，干旱時要及時抽取并再蓄，這樣就得反復(fù)開關(guān)水泵，澆水時就需兩人配合完成，一人坐在水井旁邊進行水泵的開關(guān)控制，一人在田中進行灌溉，農(nóng)忙時節(jié)這樣會耽誤農(nóng)活，影響收成。

農(nóng)用水泵結(jié)構(gòu)簡單，功能受限，給農(nóng)戶灌溉帶來諸多不便。自動化程度高的智能水泵應(yīng)用于油田、機井等大型作業(yè)；對農(nóng)村水井較淺、灌溉規(guī)模小的現(xiàn)狀也無能為力，但這種灌溉方式成本低、使用面廣，被農(nóng)戶多年使用，不易改變。本文提出基于GSM 的遠程控制開關(guān)的分析與設(shè)計，對這種水泵的開關(guān)進行改進，借用移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程控制，其控制距離遠、實現(xiàn)成本小，將其安裝在農(nóng)用水泵上，解決了獼猴桃淺井灌溉多次開啟水泵問題，節(jié)約勞動力40%。

圖1 電動機控制示意圖

圖2 遠程開關(guān)電路圖

1 設(shè)計思路

功能需求：設(shè)計一個開關(guān)，具有本地和遠程兩種控制模式，用面板上的控制按鍵選擇本地/遠程控制模式。本地控制模式使用手動開關(guān)控制，遠程控制通過GSM 模塊中的SIM 卡接收遠端手機發(fā)送短信命令來實現(xiàn)控制功能。

無線通信方式選擇：利用藍牙技術(shù)通信，優(yōu)點是低功率無線電，距離受限。紅外通信是一種基于紅外線的傳輸技術(shù)，最大優(yōu)點是不受無線電干擾，但由于紅外線的波長較短，對障礙物的衍射能力差，所以更適合應(yīng)用在需要短距離無線通信場合點對點的直接線數(shù)據(jù)傳輸。電磁波通信，用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換，受手機移動通信的啟發(fā)，無線通信方式選擇電磁波，且移動通信在多處設(shè)置基站，信號質(zhì)量有保證。借助GSM 網(wǎng)絡(luò)，在本地電路上增加一個GSM 模塊，用SIM卡以收發(fā)短信的形式發(fā)出指令，從而實現(xiàn)遠程控制[4]。

2 硬件電路設(shè)計

實物連接圖如圖1：在空氣開關(guān)部分并連一個GSM 模塊，實現(xiàn)對電路的遠程、本地兩種控制。本地控制使用手動按鈕，遠程控制通過SIM 發(fā)送短信。

本地控制開關(guān)[1]部分應(yīng)用普及，不作介紹，重點介紹GSM 模塊與本地開關(guān)的電路設(shè)計、GSM 模塊的通信指令設(shè)置。遠程控制選擇基于GSM 網(wǎng)絡(luò)的無線短信收發(fā)模塊。

開發(fā)板選用西門子工業(yè)級GSM 模塊，它支持中文短信, 型號是TC35i[2],工作在EGSM900 和GSM1800 雙頻段,電源范圍為直流3.3～4.8V。通過上位控制撥打電話、接聽電活、發(fā)送接收短信息。

設(shè)計電路圖如圖2 所示，打開空氣開關(guān)QF，電源指示燈亮，電路安裝一個停止按鍵，在突發(fā)性況下斷開；轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇本地／遠程控制模式，按下開關(guān)，KM 得電，導(dǎo)通，段開則相反；GSM 模塊連接兩路，GSM1 路用于控制GSM 啟動按鈕，GSM2 路用于控制GSM 停止按鈕。

3 軟件指令設(shè)計

軟件設(shè)計主要通過單片機采集、處理信號，向TC35I 發(fā)指令來控制模塊GSM 模塊完成收發(fā)短信的工作。在GSM 模塊上加了AT89C51 單片機[3]，用單片機控制模塊撥打電話、接聽電活、發(fā)送短信息信息、接收短信息等，利用單片機對接收的內(nèi)容進行解析，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。

單片機通過RS232 串口與GSM 模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令[4]來控制GSM 模塊實現(xiàn)各種無線通信功能，GSM 模塊與計算機之間的通信協(xié)議是一些AT 指令集。AT 指令以AT 為首，實現(xiàn):發(fā)送短信、撥打電話功能。所用的AT 指令格式如表1：

表1 TC35i 模塊利用AT 指令收發(fā)短信格格式

4 遠程控制開關(guān)裝配與調(diào)試

4.1 硬件參數(shù)及型號選擇

主要部件：交流接觸器、GSM 模塊、開關(guān)控制按鈕、SIM 卡。需要附件：電線、插頭、熔斷器、接線端子、開關(guān)箱。

空氣斷路器在電路中作接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流，并在線路和負載發(fā)生過載、短路、欠壓等情況下，迅速分?jǐn)嚯娐罚M行可靠的保護。空氣斷路器選擇正泰的DZ47-3P c 型32A規(guī)格。

交流接觸器是開關(guān)的主要部件，利用電磁吸力與彈簧彈力配合動作，使觸頭閉合或分?jǐn)啵钥刂齐娐返耐〝唷τ诖笕萘康碾妱訖C或負載，需頻繁操作電路，手動操作不能滿足要求，需要遠距離或自動控制時，空氣開關(guān)就不能滿足要求，要用交流接觸器來代替。交流接觸器選用德力西交流接觸器CJX2-1810380V 線圈。

借用GSM 模塊收發(fā)短信，要先辦理一張SIM 卡。SIM 卡又稱為用戶身份識別卡，在卡片上存儲了電話客戶的信息，加密的密鑰以及用戶的電話簿等內(nèi)容，可供GSM 網(wǎng)絡(luò)客戶身份進行鑒別，并對客戶通話時的語音信息進行加密，從而可靠的保障了客戶的正常通信。

4.2 硬件裝配實物圖及使用過程

產(chǎn)品是一個獨立的實物，把農(nóng)用水泵的電線一端接入產(chǎn)品的進口，另一端接入出口，家用水泵接380V 動力電，GSM 模塊也要選用380V 型號的。圖3 是把產(chǎn)品實物用于農(nóng)用水泵上的安裝、調(diào)試、使用過程圖。

圖3

4.2.1 首先將插入GSM 模塊的SIM 卡號碼13259216178 與主控機號碼1809716589 進行綁定：主控機給開關(guān)號碼發(fā)送1234BD 綁定指令，開關(guān)號碼回復(fù)綁定成功：1809716589。一個SIM 卡最多綁定8 個卡號，先收到那個卡指令的指令，先執(zhí)行。

4.2.2 主控機測試遠程開關(guān)狀態(tài)，判斷是關(guān)還是開：主控機發(fā)指令0000 給遠程開關(guān)SIM 卡，開關(guān)號碼回復(fù)：1 關(guān)2 關(guān)：查詢成功，表示開關(guān)處于斷開狀態(tài)，隨后主控機選擇相應(yīng)的控制模式操作。

4.2.3 主控機發(fā)送：1k2k 指令打開遠程開關(guān)，水泵工作，發(fā)1g2g 指令關(guān)閉開關(guān)，水泵停止工作。

為防止其他手機干擾，可以設(shè)置主控機與遠程開關(guān)SIM 卡兩個號碼通信的密碼，初始密碼設(shè)為1234，可以對其進行修改，如果忘了密碼，可發(fā)honest 將密碼初始化。

5 結(jié)論

在互聯(lián)網(wǎng)時代物物跨距離相連，所以首先要解決物物通信問題，受手機通信啟發(fā)，借用GSM 模塊設(shè)計一個遠程控制開關(guān)，實現(xiàn)物物的跨距離控制。將開關(guān)安裝在農(nóng)用水泵上，實現(xiàn)水泵的遠程控制，安裝在家用設(shè)備上，實現(xiàn)智能家居。設(shè)計的遠程控制開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，是對基礎(chǔ)知識的創(chuàng)新性應(yīng)用，也是“互聯(lián)網(wǎng)+”一次新的嘗試。