基于藍(lán)牙通信技術(shù)的無(wú)線溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

雷 禹，劉忠富，馬雅盼，李美儀，邱亞楠

(大連民族大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，遼寧 大連 116600)

0 引言

目前，農(nóng)作物很大程度利用溫室技術(shù)生產(chǎn)，傳統(tǒng)溫室采用手工測(cè)量溫度，測(cè)量精度較低。已有的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用有線連接，實(shí)際使用布線較復(fù)雜，適應(yīng)性較差。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于無(wú)線信息傳輸?shù)臏厥掖笈锃h(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代溫室的需要，可以更加科學(xué)合理的方式管理溫室大棚[1,2]。

本文基于STC89C58RD +單片機(jī)和藍(lán)牙模塊，采用溫濕度傳感器，光傳感器，土壤溫濕度傳感器以及相關(guān)的外圍電路構(gòu)成無(wú)線大棚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)溫室環(huán)境溫度，濕度和光照強(qiáng)度，通過(guò)LCD顯示數(shù)據(jù)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超限后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的聲光報(bào)警。系統(tǒng)電路可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)大棚，使農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)更加智能化。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、空氣溫濕度傳感器電路、土壤溫濕度傳感器電路、光照傳感器電路、按鍵電路、LCD顯示電路以及藍(lán)牙接口電路組成。系統(tǒng)采集空氣以及土壤溫濕度、光照強(qiáng)度等現(xiàn)場(chǎng)信息，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。數(shù)據(jù)處理中心以STC89C58RD+為處理器，接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析處理，通過(guò)藍(lán)牙傳輸模塊發(fā)送到手機(jī)上。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)以STC89C58RD+單片機(jī)為核心，包括電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路[3]。時(shí)鐘電路中晶振為12 MHz，電容為22 pF瓷片電容。復(fù)位電路為高電平復(fù)位，復(fù)位電容為10 μF電解電容，電阻為10 k電阻。

2.2 DHT11溫濕度傳感器電路

溫濕度傳感器電路采用DHT11來(lái)采集農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境溫度和濕度值[4]。電路如圖2所示，設(shè)計(jì)使用單總線數(shù)據(jù)模式，DHT11的電源電壓為3～5 V，DATA端口為串行數(shù)據(jù)端口，連接到最小系統(tǒng)的P1.2端口，用于微處理器和DHT11之間的通信和同步。

圖2 溫濕度傳感器原理圖

2.3 BH1750FVI光照傳感器電路

系統(tǒng)光照傳感器采用數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI，電路圖如圖3所示。BH1750FVI可以探測(cè)較大范圍光強(qiáng)度變化，供電電壓為3～5 V[5]，將IIC總線時(shí)鐘線SCL和IIC總線數(shù)據(jù)線SDA分別接單片機(jī)的P1.0和P1.1口。

2.4 土壤溫濕度傳感器電路

土壤溫濕度傳感器可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制相應(yīng)閾值從而控制土壤溫濕度的范圍。傳感器中藍(lán)色的電位器即為閾值調(diào)節(jié)器，順時(shí)針調(diào)節(jié)，控制的濕度會(huì)越大，逆時(shí)針越小。該傳感器的工作電壓在3.3 V～5 V之間，數(shù)字輸出量與單片機(jī)的P2.7口相連接，通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)高低電平，由此來(lái)檢測(cè)土壤溫濕度。土壤溫濕度傳感器電路如圖4所示。

圖3 光照傳感器原理圖

圖4 土壤溫濕度傳感器原理圖

2.5 藍(lán)牙電路

藍(lán)牙電路采用HC05藍(lán)牙模塊[6]，電路如圖5所示，它是主從一體的藍(lán)牙串口模塊，當(dāng)建立連接，兩設(shè)備共同使用同一個(gè)串口，一個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到通道中，另外一個(gè)設(shè)備便可以接收通道中的數(shù)據(jù)。將藍(lán)牙的TXD和RXD分別與單片機(jī)的P3.1和P3.2口相連。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序開(kāi)始，先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。然后對(duì)按鍵進(jìn)行設(shè)置，由于設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)溫濕度和光照強(qiáng)度進(jìn)行上下限數(shù)值的設(shè)置，在程序中對(duì)按鍵分別設(shè)置增大鍵和減小鍵，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用函數(shù)對(duì)傳感器進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取，然后對(duì)數(shù)據(jù)的讀取進(jìn)行判斷，若讀取數(shù)據(jù)失敗，則重新進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，直至數(shù)據(jù)成功讀??；若讀取數(shù)據(jù)成功，則將內(nèi)部數(shù)據(jù)讀取至總線，使單片機(jī)可以成功的讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集以后將其與上下限進(jìn)行對(duì)比，看是否超過(guò)限值。如果超過(guò)限值，則保存數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行報(bào)警，蜂鳴器鳴叫小燈亮，在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)；如果沒(méi)有超過(guò)限值，則直接在液晶屏上顯示數(shù)據(jù)。程序流程圖如圖6所示。

圖5 藍(lán)牙傳感器原理圖

圖6 系統(tǒng)程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

在100 m2的溫室大棚內(nèi)安裝本系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體測(cè)試。采用高精度儀表以及本系統(tǒng)分別對(duì)溫度、濕度、光照度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，同時(shí)進(jìn)行記錄，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，溫度、濕度、光照度精度均達(dá)到要求。

5 結(jié)論

本文基于藍(lán)牙無(wú)線傳輸，設(shè)計(jì)了無(wú)線溫室大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)性能的要求，組成硬件電路設(shè)計(jì)，包括空氣溫濕度傳感器電路，土壤溫濕度傳感器電路，光傳感器電路，LCD液晶顯示電路，按鍵控制電路，報(bào)警電路，藍(lán)牙電路。

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，采集數(shù)據(jù)精度達(dá)到要求，系統(tǒng)可用在溫室大棚、智能家居等場(chǎng)合，具有一定的推廣價(jià)值。

[1] 王建平,房振宏等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能蔬菜大棚構(gòu)建[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(5):200-201.

[2] 李偉,段翠芳等.國(guó)內(nèi)外溫室監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展及趨勢(shì)[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2010(10):51-52.

[3] 劉瀟.基于STC89C58的PID控制電動(dòng)車蹺蹺板[J].山西電子技術(shù),2013(5):32-33.

[4] 韓丹翱,王菲.DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器的應(yīng)用性研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2013(13):83-85.

[5] 云中華,白天蕊.基于BH1750FVI的室內(nèi)光照強(qiáng)度測(cè)量?jī)x[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2012(6):27-29.

[6] 羅瑞雪.基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測(cè)與控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2017(7):130-132.