基于GPRS远程土壤PH值监测系统设计

周正贵 王松林

（安徽商贸职业技术学院电子信息工程系 安徽芜湖 241002）

基于GPRS远程土壤PH值监测系统设计

周正贵 王松林

（安徽商贸职业技术学院电子信息工程系 安徽芜湖 241002）

为科学合理的种植农作物，实现实时监测土壤PH值，论文设计了一种基于GPRS远程土壤PH值监测系统。系统由数据采集层、传输层、应用层组成。采集层使用PH值传感器获取土壤酸碱度数值，经STC89C52单片机处理后送至华为GTM900无线模块发送至远程服务器，监测人员利用上位机软件实时监测PH值，实现科学种植。设计系统软硬件结构清晰、简单，具有较好的推广价值。

GPRS；TLC549；PH 值；监测

土壤酸碱度对土壤肥力及植物生长影响很大，不同区域土壤的PH值不同，在种植农作物期间应通过外部因素改变土壤PH值。传统的土壤PH值检测仪器基本上都是采用现场采集，具有实时性差、误差大、采集不便等缺点。本文通过远程实时监测土壤酸碱度值，并根据农作物种类科学调整土壤PH值，让农作物有更适宜的生长环境，提高农产品产量。

土壤PH值，是指土壤溶液酸碱反应，大小由土壤溶液中氢离子的浓度决定，一般利用PH值传感器获取土壤氢离子浓度，转换成对应的数字量进行计算。根据测量数值大小土壤酸碱度分为极强酸性、强酸性、酸性、中性、碱性、强碱性、极强碱性。目前广泛使用PH值传感器进行土壤酸碱度检测，PH值传感器检查原理是：玻璃膜与被测土壤或水分中氢离子进行离子交换中，采用测量电极间的电位差计算出检测溶液中的氢离子含量大小，从而测得被测对象的PH值。

二、系统方案设计

图1 系统整体设计框图

系统整体设计框图如图1所示，由数据采集层、传输层、应用层组成。数据采集层采用STC89C52处理器采集PH值数据，PH值不同会输出不同的电压值，经单片机处理后传输至GPRS模块，单片机根据PH值的大小可执行远程命令来控制灌溉电机工作；传输层采用华为GTM900无线模块,设置为GPRS通信方式；应用层使用网页或手机实时查看终端PH值，并可发送指令控制灌溉电机工作。系统中可放置多个PH值检测节点，用于监测多处土壤酸碱度值，减小检测误差，为管理人员提供科学数据。

三、系统硬件设计

（一）采集端硬件设计。采集端硬件电路如图2所示。采集端使用PH传感器获取PH值，土壤PH值不同会输出不同的电压值，电压值送至模数转换器IN端口，经TLC549处理后，把电压值转换成数字量输出给单片机。TLC549是美国德州仪器公司生产的8位AD转换器，可与通用微处理器、控制器进行串口通信，其内部采用差分参考电压高阻输入，抗干扰可调，内部具有时钟电路，其控制线CLK、OUT、/CS分别连接单片机P13、P15、P16端口，转换过程为：/CS位置低电平，转换D7位；前四个CLK转换D6-D3位；接着3个CLK转换D2-D0。

图2 采集端硬件电路

（二）传输端硬件设计。微处理器和GTM900硬件电路如图3所示。通信采用GPRS通信，系统使用华为公司推出的GPRS模块 GTM900，工作频段是 EGSM900/GSM1800。GTM900内部可使用AT命令或增强AT命令，提供较为全面的通信业务等功能。GTM900串口发送端连接单片机接收端、接收端连接单片机发送端，即可实现通信，经单片机处理的PH值发送至GTM900串口，然后通过GPRS通信方式发送至远程服务器端。

图3 微处理器和GTM900电路

四、系统软件设计

（一）采集端软件设计。PH值传感器把所测土壤溶液酸碱度对应的电压值发送至TLC549模数转换器，转换后的数字信息送至单片机处理。TLC549转换程序流程如图4所示，/CS为片选信号、CLK作为脉冲时钟端口，转换后数字信号送STC单片机进行处理。

图4 TLC549转换程序流程图

（二）传输端软件设计。单片机STC89C52与华为GTM900模块之间通过串口通信传输数据，GTM900接收来自单片机串口发送端PH值数据。系统使用GTM900的GPRS模式，通过AT指令来配置GTM900，部分使用指令如表1所示,按照参数要求完成配置。

表1 系统涉及GTM900模块的部分指令

单片机控制GTM900模块的关键在于指令的发送和接收。在发送数据时，可发送字符串、十进制数等。因此，在串口的驱动里添加了仿制C语言中的打印函数printf。可以在向串口发送带可改变数字的字符串或者可改变字符串的字符串。在接收数据时,定义了一个缓冲区，用来保存串口接收到的字符，需创建超时机制。当通过串口向GTM900发送指令时，会有一个超时判断。如果过一段时间没有接收到返回的结果，会告诉发送指令的函数没有接收。如果接收到字符后，同样是过一段时间会告诉发送指令的函数接收完成。这样，发送指令函数就可以根据超时机制进行相应的处理。超时可以规定重复次数，避免数据丢失。接收完成使用strstr搜索接收缓冲区里是否有指令想要的结果。同样也是使用该函数定位读取出返回结果里的数据。PH值传输时，程序处理流程:首先，初始化串口，然后通过相关指令配置GTM900的GPRS模式。其次，如果GTM900初始化成功链接上服务器，便按一定频率读取PH值，然后把读取的PH值按一定的格式上传到服务器。最后，如果上传失败则查询链接是否断开，若断开则重新链接服务器。

上位机显示界面如图5所示。采用Android程序编写界面，通过串口实时读取服务器中存储的土壤PH值并显示。管理人员可根据PH值的大小，发布指令控制灌溉电机的运行与停止，科学进行灌溉处理。

图5 上位机显示界面

本系统采用STC89C52单片机采集并处理土壤PH值，通过GPRS远程通信完成数据收发。经测试，系统具有运行稳定、通信便捷、数据实时性高、数据查看方便等优点，系统切实提高了农业种植信息化水平，具有一定的推广使用价值。

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[责任编辑 郑丽娟]

Design of the Remote Soil pH Value Monitoring System Based on GPRS

Zhou Zhenggui Wang Songlin
(Anhui Business College of Vocational Technology,Wuhu,Anhui 241002)

In order to scientificly and rationally plant crops and realize the real-time monitoring of soil pH value,a remote soil pH value monitoring system based on GPRS is designed in this paper.This system consists of data acquisition layer,transmission layer and application layer.The acquisition layer obtains the soil pH value with PH value sensor,and after being processed by STC89C52 single chip microcomputer,the data is sent to the Huawei GTM900 wireless module and then sent to the remote server.The monitoring personnel employ the host computer software to have real-time monitoring on the PH value,so as to realize scientific planting.The design system owns hardware and software with clear and concise structure,which has good promotion value.

GPRS;TLC549;PH value;monitoring

TN99

A

2095-0438（2017）08-0158-03

2017-02-02

周正贵（1984-），男，安徽淮南人，安徽商贸职业技术学院电子信息工程系讲师，硕士，研究方向：物联网应用技术、电子信息技术。

安徽省教育厅自然科学研究重点项目（KJ2016A254）；安徽省教育厅质量工程项目（2015zy118）；安徽商贸职业技术学院自然科学研究项目（2014KYZ04）。