基于藍牙4.0技術的農業溫室大棚溫濕度采集節點的設計

任凱+金大維+馬超+李碩

摘要 介紹了采用無線藍牙BLE4.0模塊、AT89S52單片機和DHT11溫濕度傳感器模塊構成的農業大棚環境溫濕度采集節點，實現了對農業溫室大棚內溫度和濕度信號的采集，并通過藍牙BLE4.0模塊進行實時通信。本系統與現有的設備相比，實現了溫濕度采集節點的無線化布置，方便對大棚內不同區域的環境進行監控。

關鍵詞 藍牙BLE4.0；AT89S52單片機；DHT11模塊；HT7333芯片

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）10-0167-01

在我國北方地區，冬季寒冷不適宜農作物生長，農民通過建造溫室大棚，解決冬季作物生產問題。在農業溫室大棚內，對作物生長影響最大的一個因素就是棚內溫度、濕度。以往是通過懸掛溫度計來解決棚內溫度監測的，然而，隨著農業生產產業化和生產規模日益增大，采用傳統懸掛溫度計的方式已經不能滿足生產的需求。本文提出一種基于藍牙 BLE4.0技術的農業溫室大棚溫濕度采集節點，完成對溫室大棚內溫度和濕度信號的采集和監測，為農民提供更加詳細、準確、及時的環境參數，使農業生產更加高效、智能。

1 系統構成

以藍牙BLE4.0為通信接口的溫室大棚溫濕度采集節點，選用AT89S52單片機作為主控制器，利用DHT11模塊采集大棚內的溫度和濕度信號，并將溫度和濕度信號保存到SD卡上，采用LED實時顯示當前溫度和濕度，并將采集到的數據通過藍牙BLE4.0模塊發送到手機或電腦上。該系統的結構框如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 主控制器AT89S52

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器。AT89S52具有8 k字節片上Flash程序存儲器，可實現在系統編程；256字節RAM，用于程序運行；32 位I/O 口線，用于實現DHT11溫度濕度模塊的信號采集，以及LED數碼管的顯示和按鍵輸入功能；通用異步收發串行接口（UART），用于和藍牙模塊實現通信；AT89S52單片機提供2種節電模式，便于實現產品的低功耗設計。因此，在本設計中采用AT89S52單片機實現控制功能。

2.2 DHT11溫度、濕度采集模塊

DHT11數字溫濕度傳感器[1]是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。DHT11模塊一共有4根引腳，分別是VDD（Pin1）、DATA（Pin2）、NC（Pin3）、GND（Pin4），其中，DATA引腳用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步，其采用單總線數據格式，一次通訊時間為4 ms 左右。

因此，在本設計中，采用單總線方式，實現DATA引腳和單片機I/O口之間的通信，完成對環境溫度和濕度信號的采集和讀取。

2.3 藍牙BLE4.0通信模塊

藍牙通信采用JDY-08透傳模塊[2]，該模塊基于藍牙4.0標準協議，工作頻段為2.4GHZ，調制方式為GFSK，最大發射距離80 m。模塊采用CC2541芯片設計，支持用戶通過AT命令修改設備名、服務UUID、發射功率、配對密碼等指令，使用方便快捷靈活。該模塊的P03和P02引腳是串口輸入輸出引腳，電平為TTL電平；P00是模塊睡眠喚醒引腳，內部自帶上拉電阻，低電平喚醒模塊，平時為高電平。在本設計中，模塊的P03、P02引腳分別和單片機的P3.0、P3.1引腳連接，模塊P00引腳和單片機的P1.0引腳連接，完成藍牙的通信收發工作。

2.4 電源電路

電源采用鋰離子電池供電，鋰離子電池輸出電壓為3～5 V，在本設計中采用HT7333[3]穩壓芯片，將電源電壓輸出穩定在3.3 V。

3 軟件設計

本系統采用C語言進行程序設計，整個程序包括初始化、LED顯示、藍牙發送、DHT11模塊數據采集、SD存儲5 個部分。首先，采集節點上電復位，AT89S52單片機完成對各個端口的初始化工作。在初始化完成后，微處理器等待1 s，越過DHT11不穩定狀態，與此同時初始化JDY-08藍牙透傳模塊。1 s后，節點開始讀取溫度和濕度信號，并保存到SD卡上，與此同時，通過LED顯示，進入正常的工作模式[4]。當有主機連接該藍牙節點時，系統進入通信模式。這時，系統通過藍牙接口，把采集到的數據上傳到主機，完成數據上傳工作。

4 結論

本溫濕度采集節點經過硬件設計、軟件設計和現場測試等過程，節點均工作正常。本采集節點設計簡潔、可靠性強、低功耗且方便農民使用。但是，本系統還是存在許多需要改進的地方，例如藍牙傳輸通信距離有限，不能做到溫室大棚的全覆蓋；通信網絡沒有實現組網通信，所以該節點還需要進一步研發。

5 參考文獻

[1] DHT11數字溫濕度傳感器[EB/OL].[2017-02-02].http：//wenku.baidu..com/view//d6b4e21482fb4daa58d4b31.html.

[2] 深圳市筋斗云電子有限公司.JDY-08藍牙透傳模塊說明書[EB/OL].[2017-02-02].www.kingxus.com.

[3] 臺灣盛群半導體股份有限公司HT73xx-1datasheet[EB/OL].[2017-02-02].http：//www.holtek.com.tw/documents/10179/fafea7fe-0c1e-4e6f-be98-64cdc6472624.

[4] 魯進軍.基于無線傳感器的蔬菜大棚監測系統設計與實現[D].武漢：武漢理工大學，2009.