GSM技術在灌溉機組遠程控制中的應用

周正杰

(廣西機電職業技術學院,南寧 530007)

0 引言

隨著智能農業技術的不斷發展,針對種植環境復雜區域,灌溉設施的使用和日常維護存在較大困難,難以在灌溉過程中實施近距離操作。因此,采用一種能進行遠程智能化控制的灌溉系統,成為促進偏遠地區甚至灌溉困難地區農業生產種植發展的重要措施[1-2]。

筆者以灌溉機組為基礎,利用GSM通信技術設計了一種能夠進行擴展的通用型遠程控制系統,并采用個人計算機搭建遠程控制系統上位機,從而達到利用移動終端進行系統操作的目的,實現灌溉機組的遠程控制。

1 灌溉機組遠程控制系統總體設計

當需要進行灌溉機組控制時,可使用移動終端或監控平臺發送控制指令;系統中GSM通信模塊將控制指令傳送至MCU系統管理控制模塊,模塊根據接收到的控制指令控制灌溉系統控制模塊,帶動灌溉機組進行作業[3-4]。當灌溉過程實施完成后,MCU系統管理控制模塊將采集到的環境參數及灌溉信息傳輸至GSM通信模塊,并將相關數據發送至系統監控平臺,進行數據的分析和處理[5-7]。

根據以上系統需求及功能分析,所設計的灌溉機組遠程控制系統結構框架如圖1所示。系統主要包含GSM通信模塊、MCU系統控制模塊、驅動模塊、觸發模塊、電源模塊及指示和預警模塊[8]。

圖1 灌溉機組遠程控制系統框架圖Fig.1 Frame diagram of remote control system for irrigation unit

2 遠程控制系統硬件

GSM通信模塊主要包含GSM模擬基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、存儲器、通訓接口及SIM接口電路等[9],如圖2所示。在運行過程中,通信模塊采用AT命令集合,實現通訊接口和外部設施的信息交互,主要完成數據的接收發送和信息數據基帶處理。

灌溉機組遠程控制系統MCU系統管理控制模塊采用MSP430型單片機作為主控制器,主要包含電源電路、晶振電路、復位電路及其他接口電路等。MSP430型單片機能將所有引腳引出,具有較高的集成度和實用性[10]。

圖2 灌溉機組遠程控制系統通信模塊Fig.2 Communication module of irrigation unit remote control system

農業灌溉機組一般常用灌溉水泵動力源為三相交流異步電機。灌溉水泵是一種感性負載,在運轉過程中會產生較大的反向電動勢,接通瞬間會產生較大的尖峰電壓和浪涌電流。因此,進行驅動模塊設計時選用一種過零觸發型AC-SSR,其內部含有浪涌吸收網絡,主要包含光電隔離電路、電壓過零檢測觸發電路及雙向晶閘管控制電路[11-12],如圖3所示。

圖3 遠程控制系統驅動觸發器內部電路圖Fig.3 Internal circuit diagram of remote control system drive trigger

灌溉機組遠程控制系統中指示和預警模塊包含兩路LED電路和兩路語音集成電路。其中,LED電路利用4.7kΩ電阻和LED串聯而成,利用單片機直徑進行驅動,一路為單片機開機指示燈,另一路為通信模塊工作狀態指示燈,如圖4所示。語音集成電路主要包含語音集成芯片和揚聲器兩部分,且語音集成芯片分為語音芯片和音樂芯片。

灌溉機組遠程控制系統采用蓄電池和太陽能電池板相結合的方式進行供電,不同模塊所需供電電壓不同,需要設計不同的穩壓電路模塊將系統輸入電壓轉換為各模塊所需的供電電壓。圖5所示為灌溉機組遠程控制系統電源模塊原理圖。

圖5 遠程控制系統電源模塊原理圖Fig.5 Schematic diagram of power module of remote control system

3 遠程控制系統軟件

灌溉機組遠程控制系統工作過程中,首先進行系統上電,MSP430單片機進行初始化,GSM通信模塊進行初始化;初始化完成后,接收相關控制指令,并對控制指令進行必要的分析判斷,遠程控制系統根據指令執行結果進行系統運行警示,并驅動灌溉水泵電機旋轉,完成相關灌溉控制流程。灌溉完成后,系統要求能夠在此進行警示,并采用GSM通信模塊向MCU管理控制模塊反饋灌溉過程相關信息[13-14]。圖6所示為灌溉機組遠程控制系統主程序運行流程圖。

灌溉機組遠程控制系統上位機采用PC機,利用MatLab GUI進行軟件監控平臺搭建,實現系統運行過程中的數據接收、發送及分析處理,并可借助MatLab中現有的數據分析包進行系統數據分析。

圖6 灌溉機組遠程控制系統主程序運行流程圖Fig.6 Main program flow chart of remote control system of irrigation unit

4 系統試驗分析

灌溉機組遠程控制系統試驗過程中,對系統功能模塊運行過程中的信息延遲和遺漏指標進行驗證。系統要具有較高的可靠性,且運行過程中要求能夠對信息延遲和遺漏指標進行控制,保證灌溉機組遠程控制系統具有較高的可靠性。圖7所示為灌溉機組遠程控制系統接線圖。

圖7 灌溉機組遠程控制系統接線圖Fig.7 Wiring diagram of remote control system of irrigation unit

測試過程中,分別采用6個移動終端對控制系統發送遠程控制指令和其他干擾指令,監測灌溉機組能否按照指令進行相關動作,每個移動終端發送80條有效控制指令和20條干擾信息指令,試驗統計結果如表1所示。

表1 灌溉機組遠程控制系統試驗統計數據Table 1 Statistical data of irrigation unit remote control system test

續表1

5 結論

灌溉機組遠程控制系統采用模塊化設計思想,通過GSM通信技術對現有的灌溉機組進行智能化遠程控制,可保證系統運行過程中具有較高的可靠性。試驗結果表明:灌溉機組遠程控制系統能夠利用遠程終端或監控系統平臺,進行指令的發送和系統相關信息數據的查看。