涂巧玲，周传兴，牟小燕

(重庆理工大学，重庆　400054)



基于GSM网络的智能植物浇水系统

涂巧玲，周传兴，牟小燕

(重庆理工大学，重庆400054)

设计并实现了一种基于GSM网络的智能植物浇水系统。该系统以GSM网络为平台，采用GSM网络TC35i模块实现用户对植物的远程监控。系统以STC90C51单片机为控制芯片，利用湿度传感器来检测土壤的相对湿度，通过单片机进行信息处理。当检测的湿度小于单片机预存的湿度范围最小值时，单片机会自动向预存的手机号码发送湿度信息，用户可根据湿度信息选择是否浇水及浇水时间的长短。在定时定量的浇水基础上，加入了GSM网络远程监控，用户可随时随地掌握植物的需水状态，增强了对自动浇水系统的柔性控制。

智能浇水；湿度传感器；GSM网络；STC90C51单片机；TC35i通信模块

随着人们生活质量的不断提高，会在自家的阳台或庭院种植一些植物。植物的成长离不开水分，一旦人们出差或有事长时间不在家，植物的需水量就无法保证，就会面临干枯或死亡的威胁。传统的浇灌方式大多都采用人工浇水，即人为的主观意识判断植物是否浇水。目前国内外也有自动浇水的装置，大部分采用的是定时定量的方式[1]。定时的方式即在固定的时间段浇水，比如每天的清晨或者夜晚浇一次水。定量的浇水方式即每次的浇水量都是固定的。人工或定时定量的灌浇方式能保证植物不死，但不同的植物需水量不同，尤其是一些名贵的植物，对于水分的需求更高。一旦遇到连续晴天，或长时间的雨天，就更无法保证需水量。水分不足，植物无法正常生长；水分过多，植物根茎容易腐烂。因此，迫切需要一种能根据植物需水状况及时浇水的装置。本系统采用GSM网络来实现植物的远程监控，即使用户长时间都不在家，只需要给家中的GSM网络中的TC35i模块SIM卡发送一个查询短信，湿度传感器会将检测到的植物湿度信息立刻反馈给用户，用户根据湿度信息选择是否需要浇水或浇水时间的长短，从而实现植物的远程智能浇水。

1　总体设计

系统将GSM网络中的TC35i通信模块和STC90C51单片机相结合实现远程智能植物浇水。利用湿度传感器SLHT5-1检测土壤的湿度，将湿度信息反馈给单片机，单片机会自动进行处理[2]。与预先存入的湿度范围进行对比，当检测的湿度低于存入植物湿度的最小值时，单片机会自动向预存的手机号发送浇水的请求，用户根据当时的气温综合判断是否发送浇水指令给单片机。单片机收到浇水指令后会自动输出一个高电平信号，驱动继电器，打开电磁阀，电磁阀控制水泵开关进行浇水。当湿度传感器检测的湿度信息大于或等于设定的湿度信息值之后，单片机会自动发送此时的湿度信息给用户，用户接收到湿度信息，给单片机一个停止浇水指令，单片机的端口高电平会立即转换成低电平，继电器线圈失电，整个回路断开，水阀闭合，停止浇水[3]。用户在异地也能随时掌握植物的状态。只需要给TC35i模块中的SIM卡发送一个短信，单片机会立刻将湿度传感器检测到的植物湿度信息以短信的形式发送给用户，用户确定浇水及浇水时间的长短，达到植物智能浇水的目的。

2　系统的硬件设计

2.1系统的整体设计方案

本设计主要由STC90C51单片机、GSM网络TC35i模块、土壤湿度传感器SLHT5-1、继电器、电磁阀、水泵、植物盆、手机等组成。湿度传感器检测到的湿度信息反馈给单片机，单片机处理对比后，以短信形式通知用户，用户一旦确定浇水指令，单片机驱动继电器控制电磁阀打开水泵，当湿度足够时停止浇水。智能植物浇水系统组成结构如图1所示。

图1　智能植物浇水系统组成结构

2.2STC90C51单片机

本设计采用的是STC90C51单片机。与其他的单片机相比，STC90C51有着超强的抗干扰能力、超大的容量、超低的功耗。整个系统采用单片机与TC35i模块相结合的方式。两者成本都不高，很适合用户使用。采用了TC35i模块，只要在有手机信号的地方，这个系统就能适用，相比其他需要蓝牙、wifi等限制条件的装置更加方便。

2.3GSM网络TC35i模块

TC35i是西门子公司的一款高度集成的GSM模块。可以快速、可靠地实现系统方案中的短消息服务[4]。模块的工作电压在3.3～3.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz两个频段，所在频段功耗分别为2 W和1 W。模块有AT命令集接口，支持TEXT和PDU格式的短消息[5]。

当TC35i与单片机连接时，只需要将TC35i模块的T-T接到单片机的RXD引脚，T-R接到单片机的TXD引脚，然后共地即可。单片机对TC35i模块的所有控制都是通过AT指令进行的。TC35i的每一个动作都对应着一个AT指令，并且每一个指令之后都有一个回车符来告诉TC35i模块该条命令已经发完[6]。

单片机本身的内存有限，所以在整个系统执行的过程中，每当接收一个浇水指令短信，执行完毕这条指令后系统会使用AT+CMGD这条指令自动删除此条短信来释放单片机的内存，并且系统会自动识别垃圾短信。一般用户在接收到单片机反馈回来的湿度信息时会给单片机一个浇水指令。这个浇水指令一般都是固定的，当单片机接收到浇水指令时才执行相应的操作。当接收到的是其他的短信指令，系统会默认为是垃圾短信，不做处理。表1是系统设计过程中常用的AT指令。

表1　常用的AT指令

例如，现在给手机用户发送一条名为LOVE的英文短信AT(GSM网络TC35i与STC90C51单片机握手通信)：

AT+CMGF=1(设置短信为PDU格式)

AT+CSCS=”GSM”(设置字符集为GSM)

AT+CMGS=”15870429524”(设置接收的手机号码)

LOVE(发送英文为LOVE的短信)

图2是单片机与TC35i模块的通信测试情况。单片机通过AT指令控制TC35i模块，给用户发送一条名为LOVE的短信。硬件连接好单片机和TC35i模块，利用串口助手调试，在串口上按照以上指令依次输入得到的显示结果。

图2　STC90C51与TC35i的通信测试

2.4温湿度传感器

本设计选用的温湿度传感器为SLHT5-1。此传感器为工业型温湿度传感器，全量程标定，两线数字输出，湿度的量程范围为0～100% RH,温度的测量范围为-40～+123.8 ℃，湿度的测量精度为±3% RH，温度测量精度为±0.4 ℃，响应时间为8 s，低功耗为80 μW[7]。可以将此传感器探头直接深入泥土中，很适合在草坪、花盆、大棚等需要检测湿度的环境中使用，并且可以直接与单片机相连接，具有很高的一致性。图3为SLHT5-1湿度传感器检测电路。

图3　SLHT5-1湿度传感器检测电路

2.5继电器

本设计采用是松乐公司出厂的SRD继电器，与单片机的端口P3.0连接，当端口P3.0输出为高电平时继电器得电，控制电磁阀打开水泵开关开始浇水。当单片机得到停止浇水指令时，端口P3.0由高电平变为低电平，继电器线圈失电，关闭水泵开关，完成浇水。

2.6电磁阀

电磁阀用来控制水泵的打开与关闭。需要注意的是：电磁阀吸合瞬间电流较大，会引起单片机电源跌落致使其复位。一般解决的办法有2种：一是在硬件连接时，电磁阀的位置尽可能地远离单片机；本系统采用的是第2种方法，即在硬件连接时加入了电阻电容的方式，方便集中布线[8-10]。

3　系统的软件设计

3.1系统的软件核心代码

整个软件的核心部分就是TC35i模块与单片机的通信。初始化单片机、TC35i模块、电磁阀的各项参数。核心代码如下：

while(1)

{ if(new _sms==open)

{Read Message();//读取短信内容 new_sms=0;

if(sms _content == open)//接收短信内容是open

{ P3.2 =0;// 单片机的P3.2输出高电平，驱动继电器，打开电磁阀，浇水 sms_content=0;

}

if(sms_content ==close )//如果接收的短信内容是close

{ P3.2 =1;// P3.2输出低电平，电磁阀关闭，停止浇水

Sms _content=0;

}

Delete Message();//清空短信存储空间

3.2系统的软件设计流程

整个流程由初始化子程序、湿度传感器SLHT5-1检测土壤湿度子程序、单片机数据对比分析子程序、电磁阀子程序等组成。软件流程如图4所示。

图4　软件流程

4　结束语

本设计主要介绍了GSM网络的智能植物浇水系统，并进行了硬件设计与软件分析。整个设计在传统的人工或者定时定量浇水方式的基础上，添加了GSM网络来远程实时监控植物的需水状况，不同植物可以得到更适宜生长的需水量。依据温湿度传感器反馈植物的湿度信息，单片机和TC35i及时通信，用户可以随时随地地掌握植物的需水状况。对于那些工作繁忙，但又爱养植物的用户而言，只需要在手机上操作，就能远程掌握自己种植的植物情况。此智能植物浇水系统不仅仅适用于自家阳台庭院，而且可以运用在温室大棚、苗圃、草坪等场合。将湿度传感器换成光敏传感器、温度传感器、人体红外传感器等还可以适用于智能家居的灯光控制和空调控制等[11-12]。整个系统组网容易，操作灵活简单，成本较低，具有较好的应用前景。

就设计本身而言，仍然存在着一些不足的地方，如温湿度传感器的寿命有限。在设计中，需要将温湿度传感器置于花盆的土壤中，时间一久，温湿度传感器易被氧化、腐蚀，它的测量精度就会降低，必须每隔一段时间重新更换温湿度传感器。因此，在选择温湿度传感器的时候，要尽可能地选择测量精度高而且寿命较长的器件。在以后的研究中，对于温湿度传感器这方面还需要进行深入研究。

[1]张兆朋.基于AT89S52的家庭智能浇花器的设计[J].电子设计工程，2011(19):39-41.

[2]赵丽，张春林.基于单片机的智能浇花系统的设计与实现[J].长春大学学报，2012(22);651-664.

[3]高强，唐宏伟.基于BIS0001的智能冲水器控制系统设计[J].仪表技术，2012(2):40-42.

[4]李晨，王巍.基于TC35i GSM模块的功能调试系统设计[J].科技广场，2010(6):94-95.

[5]常书惠.基于单片机控制的智能家居控制系统[J].电子商务，2012(9):68-69.

[6]刘凯，万在红.基于GSM的智能晾衣架系统的软件设计[J].科技广场，2014(3);239-241.

[7]程捷，何辰.基于单片机的温度检测系统的设计与实现[J].电子测试,2011(6):56-58.

[9]刘明真，陈鸿.基于单片机智能节水灌浇系统设计[J].学术问题研究，2010(1):75-80.

[10]徐文斌，曾全盛.单片机技术应用与实践[M].北京:清华大学出版社，2012.

[11]童筱钧,王心语.新型声表面波湿度传感器的研究[J].压电与声光,2014(5):727-729.

[12]中国科学院半导体研究所.半导体所研制成功无源/半无源双模无线温湿度传感器[J].电子元件与材料,2015(8):77-77.

(责任编辑刘舸)

Intelligent Water Plants System Based on GSM Network

TU Qiao-ling, ZHOU Chuan-xing, MOU Xiao-yan

(Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)

We designed and implemented an intelligent water plants system based on GSM network. With GSM network as platform, this system used the GSM network TC35i module to implement the users’ remote monitoring of plants. The system took microcontroller as control chip, and used the humidity sensors to detect the relative humidity of the soil, and had SCM information processing through STC90C51. When that testing the humidity is less than the minimum microcontroller pre-existing humidity range, single-chip computer automatically sent information to the cell phone number, and humidity deposited user information according to the humidity and choose whether water plants or not or the length of watering time. On the basis of traditional water, the GSM network remote monitoring is joined, and the user can master plant water status at any time and any place, which enhances the flexible control of automatic watering system.

intelligent watering; humidity sensor; GSM network; STC90C51 microcontroller; TC35i communication module

2016-02-24

重庆市智能家居新产品研发团队支持计划项目(CCSTC2013KJRC-TDJS40012)

涂巧玲(1963—),女,重庆人,教授,主要从事控制技术和无线传感器网络的研究，E-mail:tql@cqut.edu.cn。

format：TU Qiao-ling, ZHOU Chuan-xing, MOU Xiao-yan.Intelligent Water Plants System Based on GSM Network[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(8):87-91.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.08.014

TP368

A

1674-8425(2016)08-0087-05

引用格式：涂巧玲,周传兴,牟小燕.基于GSM网络的智能植物浇水系统[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2016(8):87-91.