基于藍牙4.0技術(shù)的農(nóng)業(yè)溫室大棚溫濕度采集節(jié)點的設(shè)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(gòu)成的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境溫濕度采集節(jié)點，實現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)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(tǒng)與現(xiàn)有的設(shè)備相比，實現(xiàn)了溫濕度采集節(jié)點的無線化布置，方便對大棚內(nèi)不同區(qū)域的環(huán)境進行監(jiān)控。

關(guān)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(qū)，冬季寒冷不適宜農(nóng)作物生長，農(nóng)民通過建造溫室大棚，解決冬季作物生產(chǎn)問題。在農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)，對作物生長影響最大的一個因素就是棚內(nèi)溫度、濕度。以往是通過懸掛溫度計來解決棚內(nèi)溫度監(jiān)測的，然而，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化和生產(chǎn)規(guī)模日益增大，采用傳統(tǒng)懸掛溫度計的方式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需求。本文提出一種基于藍牙 BLE4.0技術(shù)的農(nóng)業(yè)溫室大棚溫濕度采集節(jié)點，完成對溫室大棚內(nèi)溫度和濕度信號的采集和監(jiān)測，為農(nóng)民提供更加詳細、準確、及時的環(huán)境參數(shù)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加高效、智能。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

以藍牙BLE4.0為通信接口的溫室大棚溫濕度采集節(jié)點，選用AT89S52單片機作為主控制器，利用DHT11模塊采集大棚內(nèi)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(shù)據(jù)通過藍牙BLE4.0模塊發(fā)送到手機或電腦上。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)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(jié)片上Flash程序存儲器，可實現(xiàn)在系統(tǒng)編程；256字節(jié)RAM，用于程序運行；32 位I/O 口線，用于實現(xiàn)DHT11溫度濕度模塊的信號采集，以及LED數(shù)碼管的顯示和按鍵輸入功能；通用異步收發(fā)串行接口（UART），用于和藍牙模塊實現(xiàn)通信；AT89S52單片機提供2種節(jié)電模式，便于實現(xiàn)產(chǎn)品的低功耗設(shè)計。因此，在本設(shè)計中采用AT89S52單片機實現(xiàn)控制功能。

2.2 DHT11溫度、濕度采集模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器[1]是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)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(shù)據(jù)格式，一次通訊時間為4 ms 左右。

因此，在本設(shè)計中，采用單總線方式，實現(xiàn)DATA引腳和單片機I/O口之間的通信，完成對環(huán)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(xié)議，工作頻段為2.4GHZ，調(diào)制方式為GFSK，最大發(fā)射距離80 m。模塊采用CC2541芯片設(shè)計，支持用戶通過AT命令修改設(shè)備名、服務(wù)UUID、發(fā)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(nèi)部自帶上拉電阻，低電平喚醒模塊，平時為高電平。在本設(shè)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(fā)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(shè)計中采用HT7333[3]穩(wěn)壓芯片，將電源電壓輸出穩(wěn)定在3.3 V。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用C語言進行程序設(shè)計，整個程序包括初始化、LED顯示、藍牙發(fā)送、DHT11模塊數(shù)據(jù)采集、SD存儲5 個部分。首先，采集節(jié)點上電復(fù)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(wěn)定狀態(tài)，與此同時初始化JDY-08藍牙透傳模塊。1 s后，節(jié)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(jié)點時，系統(tǒng)進入通信模式。這時，系統(tǒng)通過藍牙接口，把采集到的數(shù)據(jù)上傳到主機，完成數(shù)據(jù)上傳工作。

4 結(jié)論

本溫濕度采集節(jié)點經(jīng)過硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和現(xiàn)場測試等過程，節(jié)點均工作正常。本采集節(jié)點設(shè)計簡潔、可靠性強、低功耗且方便農(nóng)民使用。但是，本系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)沒有實現(xiàn)組網(wǎng)通信，所以該節(jié)點還需要進一步研發(fā)。

5 參考文獻

[1] DHT11數(shù)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(dǎo)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(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學，2009.