基于蓝牙4.0技术的农业温室大棚温湿度采集节点的设计

任凯+金大维+马超+李硕

摘要 介绍了采用无线蓝牙BLE4.0模块、AT89S52单片机和DHT11温湿度传感器模块构成的农业大棚环境温湿度采集节点，实现了对农业温室大棚内温度和湿度信号的采集，并通过蓝牙BLE4.0模块进行实时通信。本系统与现有的设备相比，实现了温湿度采集节点的无线化布置，方便对大棚内不同区域的环境进行监控。

关键词 蓝牙BLE4.0；AT89S52单片机；DHT11模块；HT7333芯片

中图分类号 S126 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）10-0167-01

在我国北方地区，冬季寒冷不适宜农作物生长，农民通过建造温室大棚，解决冬季作物生产问题。在农业温室大棚内，对作物生长影响最大的一个因素就是棚内温度、湿度。以往是通过悬挂温度计来解决棚内温度监测的，然而，随着农业生产产业化和生产规模日益增大，采用传统悬挂温度计的方式已经不能满足生产的需求。本文提出一种基于蓝牙 BLE4.0技术的农业温室大棚温湿度采集节点，完成对温室大棚内温度和湿度信号的采集和监测，为农民提供更加详细、准确、及时的环境参数，使农业生产更加高效、智能。

1 系統构成

以蓝牙BLE4.0为通信接口的温室大棚温湿度采集节点，选用AT89S52单片机作为主控制器，利用DHT11模块采集大棚内的温度和湿度信号，并将温度和湿度信号保存到SD卡上，采用LED实时显示当前温度和湿度，并将采集到的数据通过蓝牙BLE4.0模块发送到手机或电脑上。该系统的结构框如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 主控制器AT89S52

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。AT89S52具有8 k字节片上Flash程序存储器，可实现在系统编程；256字节RAM，用于程序运行；32 位I/O 口线，用于实现DHT11温度湿度模块的信号采集，以及LED数码管的显示和按键输入功能；通用异步收发串行接口（UART），用于和蓝牙模块实现通信；AT89S52单片机提供2种节电模式，便于实现产品的低功耗设计。因此，在本设计中采用AT89S52单片机实现控制功能。

2.2 DHT11温度、湿度采集模块

DHT11数字温湿度传感器[1]是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。DHT11模块一共有4根引脚，分别是VDD（Pin1）、DATA（Pin2）、NC（Pin3）、GND（Pin4），其中，DATA引脚用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步，其采用单总线数据格式，一次通讯时间为4 ms 左右。

因此，在本设计中，采用单总线方式，实现DATA引脚和单片机I/O口之间的通信，完成对环境温度和湿度信号的采集和读取。

2.3 蓝牙BLE4.0通信模块

蓝牙通信采用JDY-08透传模块[2]，该模块基于蓝牙4.0标准协议，工作频段为2.4GHZ，调制方式为GFSK，最大发射距离80 m。模块采用CC2541芯片设计，支持用户通过AT命令修改设备名、服务UUID、发射功率、配对密码等指令，使用方便快捷灵活。该模块的P03和P02引脚是串口输入输出引脚，电平为TTL电平；P00是模块睡眠唤醒引脚，内部自带上拉电阻，低电平唤醒模块，平时为高电平。在本设计中，模块的P03、P02引脚分别和单片机的P3.0、P3.1引脚连接，模块P00引脚和单片机的P1.0引脚连接，完成蓝牙的通信收发工作。

2.4 电源电路

电源采用锂离子电池供电，锂离子电池输出电压为3～5 V，在本设计中采用HT7333[3]稳压芯片，将电源电压输出稳定在3.3 V。

3 软件设计

本系统采用C语言进行程序设计，整个程序包括初始化、LED显示、蓝牙发送、DHT11模块数据采集、SD存储5 个部分。首先，采集节点上电复位，AT89S52单片机完成对各个端口的初始化工作。在初始化完成后，微处理器等待1 s，越过DHT11不稳定状态，与此同时初始化JDY-08蓝牙透传模块。1 s后，节点开始读取温度和湿度信号，并保存到SD卡上，与此同时，通过LED显示，进入正常的工作模式[4]。当有主机连接该蓝牙节点时，系统进入通信模式。这时，系统通过蓝牙接口，把采集到的数据上传到主机，完成数据上传工作。

4 结论

本温湿度采集节点经过硬件设计、软件设计和现场测试等过程，节点均工作正常。本采集节点设计简洁、可靠性强、低功耗且方便农民使用。但是，本系统还是存在许多需要改进的地方，例如蓝牙传输通信距离有限，不能做到温室大棚的全覆盖；通信网络没有实现组网通信，所以该节点还需要进一步研发。

5 参考文献

[1] DHT11数字温湿度传感器[EB/OL].[2017-02-02].http：//wenku.baidu..com/view//d6b4e21482fb4daa58d4b31.html.

[2] 深圳市筋斗云电子有限公司.JDY-08蓝牙透传模块说明书[EB/OL].[2017-02-02].www.kingxus.com.

[3] 台湾盛群半导体股份有限公司HT73xx-1datasheet[EB/OL].[2017-02-02].http：//www.holtek.com.tw/documents/10179/fafea7fe-0c1e-4e6f-be98-64cdc6472624.

[4] 鲁进军.基于无线传感器的蔬菜大棚监测系统设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2009.