基于GSM和STC15的小型禽舍温度远程实时监测装置

赵方　苏咏梅

摘要：设计了基于GSM网络和STC15单片机的小型禽舍温度远程实时监测装置。该装置能够对实现禽舍内的多点测温并实时显示温度，并能根据家禽不同生长阶段、不同季节使禽舍温度自动调节保持在一个理想的范围内，使家禽达到最大的生产力。控制装置经过一段时间的自动调节，禽舍内温度仍然异常时，装置会自动启动TC35I模块通过GSM网络将异常报警信息发送至养殖户手机，以提醒用户做出及时处理，避免不必要的经济损失。

关键词：STC15单片机；GSM网络；禽舍温度；远程实时监测

中图分类号：S24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）08-2108-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.049

Abstract： The device of small fowlery temperature remote real-time moitoring is designed based on GSM network and STC15 microcontroller. The devise is capable of multi-point checking temperature within the fowlery and display the real-time temperature value， and according to the different growth stages of poultry and different seasons the device can set different desired temperature to achieve poultrys maximum productivity. Control device automatically adjust after a period of time， when the temperature of fowlery is still abnormal， the device will automatically start TC35I module and send abnormal alarm information to farmers phone by GSM network to alert the user to make a timely manner and avoid unnecessary economic losses.

Key words： STC15 microcontroller； GSM network； fowlery temperature； remote real-time monitoring

家禽的生產力只有在一定的外界温度条件下才能得到充分发挥，温度过高或过低都会使家禽生产力下降、成本升高，甚至使家禽的健康和生命受到影响[1，2]。家禽在不同生长阶段、不同季节、不同生理阶段需要的环境温度是不同的。因此，对禽舍环境温度的控制是养殖户获得经济效益的重要保障。在中国农村，利用自家庭院或责任田进行养殖的农户很多，大多数家庭式养殖户的禽舍都没有实现现代化的技术手段对其环境温度进行自动控制，基本都是靠人工定时检查，根据经验进行控制。因此，农村小规模、家庭式的养殖户常因管理不当或不及时造成大量家禽的死亡或者生产力下降。另外，仅靠人工不断巡检来控制禽舍内的温度，既费力费时，效率又低，也很难扩大养殖规模，经济效益低下。据此，本研究设计开发了一种适用于小规模、家庭式养殖户的禽舍温度自动检测、自动控制、实时远程监测装置。该装置可以实现禽舍温度的自动控制，当温度异常时及时将报警信息通过GSM网络发送至养殖户手机以提醒其做出应对措施，实现了小型、家庭式养殖的自动化管理，降低了现场管理人员的劳动强度，提高了家禽的生产力。

1 装置组成及功能

针对家庭式小型养殖规模，一个禽舍一套温度测控系统即可，装置组成如图1所示，该装置主要由禽舍现场的智能温度控制器和养殖户手机组成。智能温度控制器以STC15F2K60S2单片机为核心处理器，采用DS18B20数字温度传感器实时监测禽舍内的温度并送处理器进行处理，处理器根据处理结果做出通风或者升温决策。当温度自动调节不成功时，控制器发出报警同时启动GSM通讯模块将异常信息发送至养殖户手机，以提示养殖户做出应对措施。由于禽畜在不同生长阶段、不同季节需要的温度不同，控制器设计了键盘，用户可以根据需要调整禽舍内的设定温度。为方便用户观察禽舍的实时温度，控制器还设置了LCD液晶显示来实时显示禽舍内的温度。为记录故障的时间，控制器设计了时钟系统。本设计由于采用了GSM无线传输的方式传输信息，所以无需复杂的布线，禽舍现场仅需一块控制板，外围连接温度传感器，由于采用的是数字输出的温度传感器，数字信号抗干扰能力强，布线简单。整个控制器安装方便、简单。

2 硬件设计

2.1 微处理器选择

选用STC15F2K60S2单片机作为微处理器，与普通的51系列单片机相比，该单片机的速度比传统的8051单片机快7～12倍，比早期的STC系列快20%[3]。有宽泛的工作电压，3.8～5.5 V，不需要外接振荡电路，工作频率5～35 MHz。内部有2 048字节的RAM，60 Kb的Flash ROM，可以在系统内编程。内部自带有8路10位A/D，6个16位的定时器，两路独立串口，具有超强抗静电、超强抗干扰、超级加密技术、超低功耗和超低价格。该单片机能够以低廉的价格，超强的功能满足设计的要求。

2.2 温度检测电路设计

对于禽舍内的温度检测，选用数字温度传感器DS18B20作为测温传感器。其测温范围是-55～+125 ℃，可以进行A/D转换，通过软件编程可设置分辨率为9～12位，工作电压时3.0～5.5 V。支持单总线接口，与单片机之间仅需一条口线连接，并支持多点组网功能，由于每片DS18B20内部都有一个独特的64位序列号，因而可以将多个DS18B20同时连接在一根口线上[4]，即可以实现用单片机的一个I/O接口检测多个测温点（大片区域）的温度，用一个处理器方便实现多点测温。另外，DS18B20能直接从单总线通讯线上汲取能量，不需要外部电源，从而简化了测温电路的设计。该装置测温精度不需要太高，编程时将DS18B20设置成了9位分辨率，温度精度为0.5 ℃。根据养殖户禽舍的规模可以设置多个测温点，以5个测温点为例，其温度检测电路如图2所示。对于5个监测点，单片机I/O接口的驱动能力是足够的，若再增加测温点即增加DS18B20的个数，I/O接口驱动能力不足时，可增加74LS245双向驱动器来增加单片机的驱动能力。

2.3 控制装置主要外围电路设计

控制器外围电路主要由键盘、LCD显示、报警电路组成。键盘设计成由4个按键组成的独立式键盘。由于装置工作现场需要显示的信息量较少，主要是实时显示禽舍内的温度，LCD显示选用价格低廉的字符型LCD1602。现场报警电路采用蜂鸣器声音报警方式。主要外围电路如图3所示。

2.4 GSM无线通讯电路设计

该装置的无线通讯模块选用了西门子工业GSM模块，该模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，可以工作在EGSM900和GSM1800双频段，工作电源为3.3～4.8 V，推荐值是4.2 V，功耗低[5]，可选通讯波特率0.3～115 Kb/s，支持Text和PDU格式的SMS（Short Message Service，短信息），可通過AT命令或关断信号实现重启或故障恢复。TC35I模块由供电模块、闪存、ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）连接器、天线接口等6部分组成。共有40个引脚通过ZIF连接器引出，共分为5类引脚：电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制[6]。TC35I模块的数据输入和输出通过其串行异步通讯接口—RS232和单片机连接，由单片机控制其启动、停止和数据的传输。TC35I和单片机的电路连接如图4所示。电路设计时使TC35I启动后由单片机的P4.0控制IGT引脚保持高电平，SYNC引脚连接了一个指示灯以指示GSM模块的工作状态。单片机检测到的禽舍温度信息，通过驱动TC35I所连接的SIM卡1发送至用户手机，本设计利用通用的移动通讯网络可以方便地使用户实时掌握自家禽舍内的环境，实现了远程监控，大大降低了因禽舍内温度的异常而使家禽生产力下降、发病、死亡等导致的经济损失。

3 软件设计

本设计软件的功能主要是实时采集禽舍内的温度信息并和养殖户设定的要求值比较，当禽舍内温度超过设定值时就自动启动通风；若禽舍内温度低于设定值就自动启动升温设备；经过调节后禽舍内的温度在设定的范围内则在LCD显示实时温度；若装置经过一段时间的自动调节（因温度量是大惯性、大滞后量，调节后需等待一段时间在进行再次判断），禽舍内温度仍达不到设定值就发出蜂鸣报警，同时启动GSM模块将报警信息以短信息的形式发送至养殖户手机以及时提示养殖户禽舍内温度异常信息，方便养殖户及时做出应对措施，恢复禽舍内正常的温度，减少不必要的经济损失。该装置实际上就是一个带有LCD显示的数字温度计，禽舍温度异常时又是一个自动远程实时报警器。其主程序流程如图5所示。

4 结语

该装置进行了模拟试验，当实际温度不在设定值的范围内时，装置都能进行自动调节。当自动调节不成功时，装置会自动启动GSM模块通过GSM网络将报警短信发送至用户手机（SIM卡2）。该装置在家庭式的小规模禽舍养殖中具有重要的实际意义，该装置的使用会使养殖户实时地通过自己的手机远程监测自家禽舍内的温度信息，从而极大减少了禽舍温度异常时因主人不能及时发现和处理造成的经济损失，也有利于养殖户在劳动力有限的情况下扩大养殖规模，提高经济效益。另外对于大规模的养殖，还可设计管理员在监控中心远程集中监控所有禽舍的温度信息，在软件上需添加计算机监控软件，硬件上需添加计算机和GSM模块的连接电路即可。

参考文献：

[1] 师树恒，和东周.基于ATmega128的禽舍环境控制器的设计[J].华北水利水电学院学报，2011，32（4）：14-18.

[2] 赵建华，韩玉杰.无线传感器网络在禽舍中的应用[J].中国家禽，2010，32（3）：48-49.

[3] 熊中刚，蒋 蘋，胡文斌，等.基于STC单片机的智能远程水塔集群监控系统设计[J].湖北农业科学，2013，52（14）：3416-3417.

[4] 韩志军，刘新民.数字温度传感器DS18B20及其应用[J].中国家禽，2013（1）：10-11.

[5] 毕宁强，朱瑞祥.基于TC35i的GSM土壤信息远程检测系统[J].农机化研究，2012，34（3）：187-190.

[6] 赵 方，吴必瑞，卢青波.基于MSP430的温室大棚温度远程监控系统[J].农机化研究，2012，34（5）：182-187.