1系统结构及工作原理
1．1硬件设计
1．1．1电源模块
电源模块由开关电源和LM317芯片组成。开关电源可以分别输出+5V和+24V的直流电压。+5V直流电压可以驱动继电器并且为LM317提供工作电压。LM317芯片是三端可调稳压器集成电路芯片，电压输出范围1．2～37V，能承载最大负载电流为1．5A。LM317内置多种保护电路，其中有过载保护、过热保护和安全区保护等电路。经LM317芯片输出的+3．3V直流电压为单片机最小系统提供正常工作电压;+24V直流电压用来驱动电压、电流传感器和报警器工作。
1．1．2主控芯片
主控芯片选用飞利浦公司的32位单片机LPC2132。LPC2132是一个32/16位AＲM微控制器，一个可以实现嵌入式跟踪和实时仿真的微控制器，且在其内部带有3种(32kB、64kB、512kB)嵌入式Flash存储器;基于单片机内部与众不同的加速结构和128位宽度的存储器接口，能够让32位代码在时钟速率最大的情况下正常运行。对单片机代码规模的严格控制，有着不同的作用和效果，为了代码规模降低幅度提高到30%，而其对应的性能损失仍然很小，可以通过单片机的Thumb模式来实现。该芯片还具有工作可靠、功耗低，数据处理能力强，以及内部资源丰富等优点。芯片内部资源丰富主要体现在其内部集成的FLASH存储器足以满足终端控制程序对于单片机存储容量的需要，并且还包括了AD转换模块、UAＲT串口、实时时钟、I2C数据接口等，可以为终端控制设备省下大量的外围元件，不仅使控制终端的结构更加紧凑，而且降低了成本［2］。
1．1．3传感检测模块
传感检测模块包括电压电流传感器、振动传感器及温度传感器等。通过电压、电流传感器可以测定出农业灌溉系统的三相工作电压和电流。由于电压传感器和电流传感器输出的是4～20mA的电流量，LPC2132的AD接口可处理的电压范围为0～3．3V，因此需要在传感器信号线输出端上串接一个电阻，测量出的三相工作电压和电流可以作为判断农业灌溉系统是否正常工作的主要依据。振动传感器安装在门窗上，当门窗发生一定强度的振动时会触发振动传感器，传感器信号线输出的电压值会发生变化。该电压值通过转换电路转化为单片机可以处理的电平;在没有振动发生时，单片机连接到中断的引脚为高电平;当振动发生时，该引脚变成低电平，单片机检测到该电平的变化立即驱动报警电路并报警。温度传感器用于检测农业灌溉系统工作时的温度，本系统选用的是sht11温度传感器，通过检测到的电机工作时的温度，结合三相工作电压和电流来确定电机的工作状态。具体传感器电路如图2所示。
1．1．4人机对话模块
人机对话模式属于计算机工作方式的一种，即操作员通过控制台或终端显示屏幕操作控制计算机，以对话方式进行通信和工作，实现远程控制的效果。人机对话接口包括按键和LCD显示两部分，按键用来设置多级(省、市、县三级)SIM控制号码，在设置过程中按照LCD显示的提示内容分步进行，通过传感器检测到的数据也可以通过LCD显示出来。
1．1．5数据存储模块
Ｒ53通过按键设置的控制号码需要能够长期存储。本系统选用CAT1025芯片，该芯片即使在系统掉电的情况下也能保存数据，利用CAT1025可以存储多级控制号码。由于CAT1025具有非易失性，系统重新上电时，之前所存储的SIM控制号码依然存在，并且可以从CAT1025中读出，以便使用。其电路图如图3所示。
1．1．6执行机构
执行机构主要包括农业灌溉系统的自动启停开关和报警器驱动电路。农业灌溉系统的自动启停开关分别由两个继电器控制，用以远程控制农业灌溉系统的开启和停止，当终端控制器接收到上位机的启停命令时，发出指令控制启停继电器，完成相应动作［3］。报警器在单片机检测到有偷盗行为发生时报警。其驱动电路如图4所示。
1．1．7GSM模块
GSM是全球移动通信系统的简称，为本系统提供了远程无线数据传输的媒介。GSM模块具有通话和短信两大功能，本系统主要用到了其短信功能，以短信的方式进行数据传输。发射和接收的双方都必须各自使用一张SIM卡，以SIM卡的号码作为各自数据收发的地址，短信的内容必须严格按照短信协议的要求，不能随意乱发。系统的GSM模块选择的是TC35I，属于工业级的GSM模块，能够支持中文短信息交流，通过ＲS232串口连接LPC2132和上位机，必须通过AT指令才能实现模块与单片机或上位机之间的双向通信［4］。GSM是当前应用最广泛的移动通信标准，系统使用其进行远程数据传输具有通讯成本低、保密性好、可靠性高、抗干扰力强和使用方便等特点，保证了远程控制中数据传输的快速性和可靠性［5］。
1．2上位机的设计
上位机一般都放在相关单位的办公室内，系统利用PC机作为上位机，运用LABVIEW软件编写好上位机监控界面程序［6］。管理人员登陆界面后点击相关的控制命令就可以完成对农业灌溉系统的远程管理和监护。通过上位机界面可以远程启动和停止农业灌溉系统，随机查询农业灌溉系统的工作状态、累计抽水时间及电机工作参数等信息。当盗窃发生时，控制终端在报警的同时也会将信息发送回上位机，管理人员通过上位机可以了解相关情况［7］。
2系统程序设计
系统程序由上位机监控程序和控制终端程序两大部分组成:上位机软件利用LABVIEW语言编写，而控制终端软件的编写对于整个系统运行的效果至关重要［8］;控制终端程序主要包括系统初始化程序、GSM模块通信程序［9］、LCD显示程序、按键程序，温度检测程序、AD转换程序和电压电流测试程序等。控制终端程序在ADS1．2环境下完成编译调试后烧写至LPC2132的Flash存储器［10］。初始化程序完成对单片机的一系列初始化工作;GSM模块通信程序用以实现单片机与GSM模块之间的数据通信，以及短信的发送和接收;LCD显示程序和按键程序实现人机对话［11］。系统程序图如图5所示。
3系统测试
由于西南地区部分农田在夏季的干旱现象，故需要对干旱的农田进行实时、精确、安全的灌溉。系统于2013年7月22日在四川省南充市嘉陵区八庙河农田进行试验测试，在当天10:25打开上位机监控界面，上位机监控界面图如图6所示;点击“查询”灌溉系统的工作状态，控制终端自动反馈此时电机的工作状态以及数据信息，“查询”实时时间为10:28，状态查询完毕后运行系统;系统“开始”运行，“开始”实时时间为10:31，正在抽水的数据实时信息如表1所示。累计抽水时间00:50，也即50min(根据季节不同，农田容量不同，具体灌溉时间不同)，农田已灌满水。在整个测试过程中，系统的整体运行状态稳定、控制和管理的操作步骤简单、系统自动化程度较高。该系统相比以往的农业灌溉系统，首先可以根据季节天气不同，实现对农田进行规定时间的准确灌溉，免去了以往的人力频繁奔波;其次能够实时的监测灌溉系统的当前运行状态;最后在安全性能方面，不会存在盗窃不晓的现象，能够节约大量的人力、物力及财力。系统通过了实际运用环境的检验，已运用于四川多个区县的农业灌溉系统。
4结语
本文研究设计的基于的GSM农业灌溉远程监控系统集成了上位机和现场控制终端，通过GSM模块实现远程数据实时通信。该系统不仅能够实现农业灌溉系统无人值守和远程操控查询而且具有防盗的功能;系统在设计上具有很大的灵活性，便于后续功能的扩展。该系统在低成本和高可靠性的前提下实现了农业灌溉系统的远程控制、工作状态实时查询和防盗报警等功能，实现了农业灌溉系统的远程管理和维护。
作者：彭炜峰 单位：重庆水利电力职业技术学院
