摘要：從環(huán)境溫濕度檢測、手機App 控制裝置以及遠程服務(wù)器端三個方面進行設(shè)計，裝置采用嵌入式單片機 stm32芯片作為系統(tǒng)的核心組成環(huán)境溫濕度測量系統(tǒng)，通過藍牙或GSM模塊把溫度傳感器的溫度信息顯示在以及手機App 界面上，手機App 客戶端可實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和控制，利用藍牙技術(shù)與遠程服務(wù)器端無線通信，遠程服務(wù)器端實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)存儲及操作。被測量環(huán)境溫濕度變化劇烈時，信息能夠及時傳送到用戶App，超過設(shè)定閾值時報警，并按設(shè)定開啟通風、空調(diào)或水簾模塊工作。

　　關(guān)鍵詞：嵌入式;藍牙;智能App;GSM

　　1引言

　　隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，種植大棚的普及程度不斷提高，為了使大棚中作物生長良好，環(huán)境溫濕度的控制工作十分重要，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚中一般都是在棚內(nèi)懸掛溫濕度計，通過溫度計和濕度計顯示數(shù)值，靠人工觀察判斷是否超出相關(guān)范圍，再啟動相關(guān)控制機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，耗費人力物力且不能實時精確控制。經(jīng)過研究利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成遠近程可實時觀察的自動大棚溫濕度控制系統(tǒng)。

　　本設(shè)計由數(shù)據(jù)顯示模塊、溫濕度采集模塊、無線傳輸模塊三個模塊組成。系統(tǒng)以STM32單片機為控制器，使用10位精度的DHT11溫濕度傳感器模塊，將檢測到的數(shù)據(jù)顯示在OLED 液晶顯示屏上，利用藍牙串口傳輸?shù)墓δ?，將?shù)據(jù)打包發(fā)送到開發(fā)的智能App 中，并成功實時顯示溫度信息，并且用戶可以利用手機設(shè)置溫度閾值，報警電路則采用GSM模塊作為核心，當達到用戶所設(shè)置的溫度閾值時，GSM會進行撥打電路等措施通知用戶，以保證環(huán)境的安全性。同時，也可以通過手機App 中的按鈕來控制設(shè)備裝置的啟停[1]，使操作方式更加自動化、智能化。

　　2設(shè)計方案

　　本設(shè)計裝置主要由 STM32單片機模塊、GSM無線傳輸模塊、溫度信息采集模塊及液晶屏顯示電路模塊組成，如圖1所示。溫度信息通過DHT11傳感器進行溫濕度度采集，將采集信息傳遞給核心處理器STM32，通過數(shù)據(jù)處理后對狀態(tài)信息進行顯示[2]。

　　2.1溫濕度傳感器模塊

　　環(huán)境的溫濕度由集成數(shù)字復(fù)合傳感器DHT11采集，精度溫度±2℃，量程0～50℃，濕度±5%RH，范圍20-90%RH;具有體積小、響應(yīng)快、抗干擾能力強、低功耗性價比高等優(yōu)點，適合農(nóng)作物溫濕度范圍測量。信號傳輸距離可達到20米以上，是各領(lǐng)域應(yīng)用甚至最為嚴苛應(yīng)用場合的最佳選擇[3]。

　　集成傳感器 DHT11與微處理器(Micro-controller Unit; MCU)通過單線制的串行接口相連接，采用單總線數(shù)據(jù)格式，系統(tǒng)集成簡單。供電電壓為3-5.5V，與MCU連接圖如圖2所示。電源引腳與底線間需接100nF 電容濾波。上電后需要等待1s 來穩(wěn)定狀態(tài)。 DHT11傳感器收到MCU 的開始信號后，模式低功耗轉(zhuǎn)換為高速，待開始信號結(jié)束后，向主機發(fā)送40bit 的響應(yīng)信號，觸發(fā)采集動作。DHT11傳感器無開始信號則不主動進行溫濕度采集[4]。

　　2.2 GSM無線傳輸模塊

　　利用模塊SIM800實現(xiàn)與手機的通信，SIM800模塊供電電壓為3.3V～5 V，控制指令為AT專用指令，與單片機之間通信方式為串口通信，SIM800與嵌入式單片機串口的 RX、TX 連接[5-7]，實現(xiàn)長遠距離的信息傳送，如圖3所示為 GSM800模塊與單片機通訊連接原理圖。

　　2.3藍牙模塊

　　近距離與手機通信可以采用藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸，通過藍牙模塊HC-05來設(shè)計和實現(xiàn)的，模塊通過串口通信協(xié)議與手機或者單片機進行網(wǎng)絡(luò)相連，上電時，建立手機與藍牙模塊之間的聯(lián)系， HC-05藍牙模塊支持主從機模式，本系統(tǒng)在進行設(shè)計時，采用了它的從機模式收發(fā)信息模式， HC-05藍牙模塊示意圖如如圖4所示。設(shè)計中為了更加簡潔化，直接將藍牙協(xié)議棧和無線通信相應(yīng)的程序固定寫死在藍牙模塊中，傳輸數(shù)據(jù)通過單片機與手機App 各自完成。

　　2.4人機交互系統(tǒng)設(shè)計

　　顯示數(shù)據(jù)模塊使用了0.96寸的 OLED屏幕對溫度的實時數(shù)據(jù)進行顯示。對比LCD顯示屏幕，OLED顯示模塊具擁有更加低的功率驅(qū)動，且反應(yīng)速度、刷新頻率明顯提高。

　　在整個顯示屏幕中，在屏幕的第一行顯示所設(shè)計的裝置實時檢測到的溫度數(shù)據(jù)，在第二行，顯示的是用戶所設(shè)置的最高溫度閾值，用戶通過手機App 發(fā)送溫度閾值，且顯示出來，即當超過所設(shè)置的閾值時，報警電路就會啟動，通知用戶采取措施[8-9]。

　　所以當用戶在使用本款裝置時，既可以通過手機App 操作設(shè)備的啟停，也可以像使用傳統(tǒng)控制裝置一樣，使用實體按鍵對設(shè)備的開關(guān)進行控制。實現(xiàn)了用戶的遠程監(jiān)控功能。

　　2.5 MCU選擇

　　控制器模塊核心采用法意半導體公司(ST)開發(fā)的32位嵌入式微控制器STM32F103ZET6，該款單片機以ARM Cortex-M 為內(nèi)核，因為速度快、體積小、功耗低、內(nèi)部資源及外設(shè)接口豐富;公司提供強大的庫函數(shù)，編程起點低，性價比較高，應(yīng)用廣泛。

　　3程序設(shè)計

　　終端溫濕度測量軟件設(shè)計以C語言進行設(shè)計，以KEIL5作為軟件編寫平臺，利用ST-Link V2仿真器將編譯后的hex 文件燒錄。下面?zhèn)戎赜趯貪穸葌鞲衅髂K采集，數(shù)據(jù)顯示和GSM 模塊對發(fā)送數(shù)據(jù)信息等部分重點介紹。

　　3.1采集程序設(shè)計

　　圖5所示為溫濕度數(shù)據(jù)采集流程圖，在溫度采集部分程序中，首先對串口進行初始化，系統(tǒng)會一直檢測DS18B20是否尋找到，當查詢不到信號時，程序會一直輸出錯誤，直到檢測到 DS18B20的信號存在時，才會進行下一步，當串口初始化完成后，將采集到的模擬量變?yōu)閿?shù)字量，最后利用程序中所帶的算法得出鍋爐實時溫度。

　　3.2 GSM通信模塊程序設(shè)計

　　通過發(fā)生AT指令控制GSM 的啟動，在裝置正常運行時，系統(tǒng)則會自動發(fā)送當前的溫度狀態(tài)給用戶。以及當溫度超過所設(shè)置的閾值時，便自動進行撥打用戶手機號碼等措施，最大限度避免事故的發(fā)生。

　　農(nóng)作物生長周期長，需要長時間檢測環(huán)境溫度，不僅僅需要投入大量的人力，耗費較多的費用，而且人工檢查的速度較慢，不能做到鍋爐溫度實時監(jiān)測已經(jīng)預(yù)防，基于以上問題，我們設(shè)計了如下的一款裝置。啟動裝置后，整個裝置由12V 的移動電池供電，單片機首先需要執(zhí)行主函數(shù)中編寫的程序，使各個模塊開始工作。溫濕度傳感器得到溫濕度數(shù)據(jù)，并且保存數(shù)據(jù)，做到掉電不丟失數(shù)據(jù)，OLED顯示屏顯示出溫度信息，并且保持數(shù)據(jù)信息實時動態(tài)刷新，數(shù)據(jù)通過藍牙HC-05模塊將數(shù)據(jù)顯示在手機 App 界面上，且可以利用 App 控制其他設(shè)備的啟停，做到更加智能化。當溫度突然升高時，裝置立即通過GSM

　　4測試與效果

　　我們將裝置搭建完成后，實際地進行應(yīng)用，完成所設(shè)計的所有功能，具體實物圖如圖7所示。

　　在此次設(shè)計中，裝置能夠穩(wěn)定檢測出農(nóng)業(yè)大棚溫濕度信息，并且能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)街悄蹵pp 界面以及顯示屏上，當超過溫濕度閾值時撥打使用者電話，很好地完成了設(shè)計要求與目的。

　　參考文獻：

　　[1]周智. 基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣能熱泵機組控制系統(tǒng)的研究[D].武漢：武漢紡織大學，2020.

　　[2]胡成，楊林楠，郜魯濤. 基于TE2440-Ⅱ的嵌入式溫度采集驅(qū)動實現(xiàn)[J].計算機應(yīng)用，2010，30(12)：3413-3415.

　　[3]徐鑫秀，趙士原. 基于DHT11傳感器的機房溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4(14)：57-59.