基于蓝牙通信技术的无线温室大棚环境监测系统设计*

雷 禹，刘忠富，马雅盼，李美仪，邱亚楠

(大连民族大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116600)

0 引言

目前，农作物很大程度利用温室技术生产，传统温室采用手工测量温度，测量精度较低。已有的温室环境监测系统采用有线连接，实际使用布线较复杂，适应性较差。随着物联网技术的发展，基于无线信息传输的温室大棚环境监测系统可以满足现代温室的需要，可以更加科学合理的方式管理温室大棚[1,2]。

本文基于STC89C58RD +单片机和蓝牙模块，采用温湿度传感器，光传感器，土壤温湿度传感器以及相关的外围电路构成无线大棚监测系统。系统可以监测温室环境温度，湿度和光照强度，通过LCD显示数据，当环境参数超限后，系统会自动产生相应的声光报警。系统电路可靠性高，结构简单，可应用于农业大棚，使农业监测更加智能化。

1 系统方案设计

系统主要由单片机最小系统电路、空气温湿度传感器电路、土壤温湿度传感器电路、光照传感器电路、按键电路、LCD显示电路以及蓝牙接口电路组成。系统采集空气以及土壤温湿度、光照强度等现场信息，通过显示器显示出来。数据处理中心以STC89C58RD+为处理器，接收数据后进行分析处理，通过蓝牙传输模块发送到手机上。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体方案图

2 系统硬件电路设计

2.1 单片机最小系统

单片机最小系统以STC89C58RD+单片机为核心，包括电源电路，时钟电路，复位电路[3]。时钟电路中晶振为12 MHz，电容为22 pF瓷片电容。复位电路为高电平复位，复位电容为10 μF电解电容，电阻为10 k电阻。

2.2 DHT11温湿度传感器电路

温湿度传感器电路采用DHT11来采集农业大棚的环境温度和湿度值[4]。电路如图2所示，设计使用单总线数据模式，DHT11的电源电压为3～5 V，DATA端口为串行数据端口，连接到最小系统的P1.2端口，用于微处理器和DHT11之间的通信和同步。

图2 温湿度传感器原理图

2.3 BH1750FVI光照传感器电路

系统光照传感器采用数字型光强度传感器BH1750FVI，电路图如图3所示。BH1750FVI可以探测较大范围光强度变化，供电电压为3～5 V[5]，将IIC总线时钟线SCL和IIC总线数据线SDA分别接单片机的P1.0和P1.1口。

2.4 土壤温湿度传感器电路

土壤温湿度传感器可以通过调节控制相应阈值从而控制土壤温湿度的范围。传感器中蓝色的电位器即为阈值调节器，顺时针调节，控制的湿度会越大，逆时针越小。该传感器的工作电压在3.3 V～5 V之间，数字输出量与单片机的P2.7口相连接，通过单片机来检测高低电平，由此来检测土壤温湿度。土壤温湿度传感器电路如图4所示。

图3 光照传感器原理图

图4 土壤温湿度传感器原理图

2.5 蓝牙电路

蓝牙电路采用HC05蓝牙模块[6]，电路如图5所示，它是主从一体的蓝牙串口模块，当建立连接，两设备共同使用同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。将蓝牙的TXD和RXD分别与单片机的P3.1和P3.2口相连。

3 系统软件设计

程序开始，先对系统进行初始化。然后对按键进行设置，由于设计要求，需要对温湿度和光照强度进行上下限数值的设置，在程序中对按键分别设置增大键和减小键，然后对数据进行保存。再进行数据采集，利用函数对传感器进行内部数据的读取，然后对数据的读取进行判断，若读取数据失败，则重新进行数据读取，直至数据成功读取；若读取数据成功，则将内部数据读取至总线，使单片机可以成功的读取数据。数据采集以后将其与上下限进行对比，看是否超过限值。如果超过限值，则保存数据，并且进行报警，蜂鸣器鸣叫小灯亮，在液晶屏上显示数据；如果没有超过限值，则直接在液晶屏上显示数据。程序流程图如图6所示。

图5 蓝牙传感器原理图

图6 系统程序流程图

4 系统调试

在100 m2的温室大棚内安装本系统，对系统进行整体测试。采用高精度仪表以及本系统分别对温度、湿度、光照度进行现场测试，同时进行记录，系统测试结果如表1所示。

表1 系统测试结果

从表1可以看出，温度、湿度、光照度精度均达到要求。

5 结论

本文基于蓝牙无线传输，设计了无线温室大棚环境监测系统。根据系统性能的要求，组成硬件电路设计，包括空气温湿度传感器电路，土壤温湿度传感器电路，光传感器电路，LCD液晶显示电路，按键控制电路，报警电路，蓝牙电路。

经过系统测试，采集数据精度达到要求，系统可用在温室大棚、智能家居等场合，具有一定的推广价值。

[1] 王建平,房振宏等.基于物联网技术的智能蔬菜大棚构建[J].广东农业科学,2011(5):200-201.

[2] 李伟,段翠芳等.国内外温室监控系统的发展及趋势[J].农业科技与装备,2010(10):51-52.

[3] 刘潇.基于STC89C58的PID控制电动车跷跷板[J].山西电子技术,2013(5):32-33.

[4] 韩丹翱,王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].电子设计工程,2013(13):83-85.

[5] 云中华,白天蕊.基于BH1750FVI的室内光照强度测量仪[J].单片机与嵌入式系统应用,2012(6):27-29.

[6] 罗瑞雪.基于蓝牙的温室环境检测与控制系统[J].自动化与仪器仪表,2017(7):130-132.