收稿日期 : 20170329作者簡介 : 羅瑞雪 ( 1996)，女 ， 河北唐山人 ， 本科 ， 主要研究方向?yàn)榄h(huán)境科學(xué) ?；谒{(lán)牙的溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng)羅瑞雪( 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院 黑龍江哈爾濱 ， 150030)摘 要 : 針對溫室中農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量受光照強(qiáng)度 、溫濕度和二氧化碳 ( CO2) 濃度影響的問題 ，提出了一種基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng) 。該系統(tǒng)主要由傳感器數(shù)據(jù)采集模塊 、藍(lán)牙通信鏈路和控制端三個(gè)部分組成 ，使用傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù) ，并通過藍(lán)牙鏈路傳輸給 AT89S2 微處理器 ，微處理器通過液晶顯示模塊顯示當(dāng)前溫室的環(huán)境信息 。當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過按鈕預(yù)設(shè)的范圍時(shí) ，微處理器控制報(bào)警模塊和繼電模塊 ，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室環(huán)境 。通過實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) ，表明本系統(tǒng)能自動(dòng)檢測和控制溫室環(huán)境 ，具有良好的實(shí)時(shí)性和魯棒性 。關(guān)鍵詞 : 藍(lán)牙 ; 溫室 ; 智能控制 ; 傳感器中圖分類號(hào) : TP212. 6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : B DOI 編碼 : 10. 14016/jcnki. 10019227. 2017. 07. 130Abstract: A greenhouse environment detection and control system based on Bluetooth was proposed to solve the problem of the influ-ence of light intensity， temperature， humidity and carbon dioxide concentration on the quality and yield of crops in greenhouseThis systemis mainly composed of three parts: sensor data acquisition module， Bluetooth communication link and control terminal， it uses sensors tocollect greenhouse environmental data， and broadcast to AT89S2 microprocessor through the Bluetooth link， the liquid crystal display mod-ule displays the environmental information of current greenhouseWhen the environmental parameters exceed the range that the buttonsets， the microprocessor controls the alarm module and the relay module to generate the alarm signal and automatically adjust the environ-ment in greenhouseThe realization of hardware and software design， indicating that the system can automatically detect and control the en-vironment in greenhouse with good realtime and robustKey words: bluetooth; greenhouse; intelligence control; sensors0 引言隨著各種傳感技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展 ， 我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式也發(fā)生了較大的變化 1。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正逐步進(jìn)入依靠科技提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量 、提升農(nóng)業(yè)的整體效益并增加農(nóng)民收入的新時(shí)期 24。近年來 ， 出現(xiàn)了基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 5， 但該種監(jiān)控系統(tǒng)有諸多缺點(diǎn) ， 例如安裝復(fù)雜 、設(shè)備成本高 、接入速度慢 、覆蓋范圍小等 610。為了控制成本 、增加農(nóng)民收入 、配合我國三農(nóng)規(guī)劃 1113， 本文設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng) 。藍(lán)牙是一種短距離無線通信技術(shù) ， 基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室的溫度 、濕度 、光照強(qiáng)度和 CO2 濃度 ， 以無線連接的方式代替有線電纜的連接 ， 避免了電纜線路的鋪設(shè) ， 確保了溫室的經(jīng)濟(jì)效益并提供了適宜的環(huán)境供作物生長 1416。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng)總體組成 ， 如圖 1所示 。系統(tǒng)主要由傳感器數(shù)據(jù)采集模塊 、藍(lán)牙通信鏈路和控制端三個(gè)部分組成 ， 使用傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù) ， 并通過藍(lán)牙鏈路傳輸給 AT89S52 微處理器 ， 微處理器通過液晶顯示模塊顯示當(dāng)前溫室的環(huán)境信息 ， 并將實(shí)時(shí)采集的數(shù)值與按鈕設(shè)置的參數(shù)范圍進(jìn)行比較 。當(dāng)超過預(yù)設(shè)的范圍時(shí) ， 微處理器控制繼電模塊來操控各調(diào)節(jié)機(jī)制的啟停 ， 從而將溫室環(huán)境調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的范圍內(nèi) 。同時(shí) ， 當(dāng)溫室環(huán)境參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍時(shí) ， 微處理器也可以控制報(bào)警模塊報(bào)警 。其中 ， 藍(lán)牙通信模塊使用GC05 來實(shí)現(xiàn) 。圖 1 溫室環(huán)境檢測與監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 1 檢測模塊硬件設(shè)計(jì)溫室環(huán)境檢測主要采用各種傳感器來采集 ， 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示 。從圖 2 中可看出 ， 該系統(tǒng)使用溫度傳感器 、濕度傳感器 、光照傳感器和 CO2濃度傳感器 ， 分別采集各溫室的溫度 、濕度 、光照強(qiáng)度和 CO2 濃度等信息 。下面分別介紹所選擇的各傳感器 。圖 2 溫室環(huán)境檢測模塊硬件設(shè)計(jì)框圖( 1) 溫度傳感器 : 農(nóng)作物生長的適宜溫度為 15 30，當(dāng)溫度過低或過高時(shí) ， 作物會(huì)停止生長 。同時(shí)溫室內(nèi)的溫度變化緩慢 ， 故本系統(tǒng)選用溫度傳感器對靈敏度要求較低的DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 ， 該傳感器價(jià)格適中 ， 性能穩(wěn)定 ;( 2) 濕度傳感器 : 使用壽命和穩(wěn)定性是影響溫度傳感器·031·基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng) 羅瑞雪的 兩個(gè)主要因素 ， 本系統(tǒng)選用 HS1101 濕度傳感器 ， 其具有較寬的測量范圍 、檢測壽命長且精度和靈敏度均較高 ;( 3) 光照傳感器 : 光敏電阻將光照的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào) ，本系統(tǒng)采用 TSL2561 光強(qiáng)數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片 ， 其具有低功耗 、寬量程和配置靈活的特點(diǎn) ;( 4) CO2濃 度傳感器 : 由于溫室中 CO2濃 度通常較低 ， 故需要選擇靈敏度高的傳感器 。本系統(tǒng)采用 TGS4160CO2濃 度傳感器 ， 其具有體積小 、穩(wěn)定性和靈敏度高的特點(diǎn) ， 該輸出值與溫室內(nèi) CO2濃 度成正比 。2. 2 藍(lán)牙模塊硬件設(shè)計(jì)藍(lán)牙是一種點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) ， 支持多種設(shè)備 ， 與其他無線傳輸技術(shù)相比具有數(shù)據(jù)分組更短和調(diào)頻更快的特點(diǎn) 。本系統(tǒng)選用 GC05藍(lán)牙模塊 ， 該模塊的通信距離可達(dá)100 m， 并可支持 Audio 語音口 、S232 串行口和 USB 口的無線通訊 ， 使用 F 型射頻天線 ， 具有制作成本低和方便開發(fā)的特點(diǎn) 。其的射頻段為 2. 402. 48 GHz， 使用 BlueTooth V1. 2 藍(lán)牙協(xié)議 ， 操作電壓為 2. 73. 3 V， 工作環(huán)境為40 105，適合溫室環(huán)境 。2. 3 控制端硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用 AT89S52 微處理器分時(shí)采集 4 個(gè)溫室的環(huán)境信息 ， AT89S52 的最小系統(tǒng)如圖 3 所示 ， 包括復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 。微處理器選用 11. 0592 MHz 的晶振 ， 從而串口波特率為 19200 b/s。本系統(tǒng)使用一定的檢測流程 ， 通過液晶顯示器顯示環(huán)境信息 ， 并比較獲取的信息和預(yù)設(shè)的閾值 。當(dāng)超過閾值時(shí) ， 開啟或停止相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備 ， 自動(dòng)調(diào)節(jié)溫室環(huán)境 。下面分別介紹顯示模塊和繼電模塊的硬件設(shè)計(jì) 。( 1) 顯示模塊 : 本系統(tǒng)選用 LCD1602 實(shí)時(shí)顯示采集到的溫度 、濕度 、光強(qiáng)和 CO2濃 度值 ， 液晶顯示電路如圖 4 所示 。引腳 2 接+5 V，引腳 1 接 VSS 地 ， 引腳 3 控制顯示屏的亮度 ;( 2) 繼電模塊 : 繼電器是一種使用較小電流控制較大電流的電子控制元件 ， 在電路中起到安全保護(hù) 、自動(dòng)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路的作用 。本系統(tǒng)使用繼電器來控制加熱器 、通風(fēng)窗 、遮陽幕 、滴灌裝置 、補(bǔ)光模塊和 CO2 發(fā)生器的開關(guān) 。部分電路圖如圖 5 所示 。圖 5 中 P2、P3 分別表示加熱器和通風(fēng)窗 ， 當(dāng)繼電器吸合時(shí) ， 相當(dāng)于打開加熱器和通風(fēng)窗 。圖 3 AT89S52 的 最小系統(tǒng)圖 4 液 晶顯示電路圖 5 繼電器輸出電路3 軟 件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3. 1 檢測模塊軟件設(shè)計(jì)傳 感器模塊的串口參數(shù)設(shè)置與 AT89S52 一致 ， 收到微處理器允許發(fā)送指令的信號(hào)后 ， 分時(shí)將采集到的傳感器信號(hào)經(jīng)藍(lán)牙信道傳送給微處理器 。溫室環(huán)境檢測模塊的軟件設(shè)計(jì)整體流程 ， 如圖 6 所示 。圖 6 溫室環(huán)境檢測軟件設(shè)計(jì)流程圖3. 2 控制模塊軟件設(shè)計(jì)控 制模塊使用 AT89S52 微處理器 ， 該模塊的整體流程如圖 7 所示 。首先 ， 初始化液晶顯示器 ， 向檢測模塊發(fā)送接收信號(hào)的指令 ; 然后 ， 分時(shí)接收藍(lán)牙信道發(fā)送的環(huán)境信息 ; 最后 ， 調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序 ， 從而調(diào)節(jié)溫室環(huán)境 。圖 7 控制模塊軟件設(shè)計(jì)流程圖4 系 統(tǒng)測試本 系統(tǒng)在 Keil Vision2 開發(fā)環(huán)境下 ， 使用 C 語言編寫相·131·書書書自動(dòng)化與儀器儀表 2017 年 第 7 期 ( 總第 213 期 )關(guān)模塊的測試程序 ， 并燒寫 AT89S52 進(jìn)行電路調(diào)試 ， 系統(tǒng)整體硬件如圖 8 所示 。檢測模塊硬件 ， 如圖 9 所示 。圖 8 系統(tǒng)整體硬件圖圖 9 檢測模塊硬件圖將各硬件部分連接調(diào)試后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試 ， 藍(lán)牙模塊上電后能自動(dòng)組建網(wǎng)絡(luò) ， 正常通信 ， 實(shí)現(xiàn)溫度 、濕度 、光照強(qiáng)度和CO2濃度信息的傳輸 ， 液晶顯示模塊能正常顯示 ， 同時(shí)報(bào)警電路工作正常 。當(dāng)采集到的溫度高于設(shè)定的閾值時(shí) ， LED 燈會(huì)熄滅 ， 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲 ， 通風(fēng)窗開始啟動(dòng) ; 當(dāng)采集到的溫度低于設(shè)定的閾值時(shí) ， LED 燈點(diǎn)亮 ， 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警 ， 加熱器啟動(dòng) 。5 結(jié)束語本文基于藍(lán)牙設(shè)計(jì)了一種溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng) ， 該系統(tǒng)由傳感器數(shù)據(jù)采集模塊 、藍(lán)牙通信鏈路和控制端三個(gè)部分組成 ， 使用傳感器采集溫室環(huán)境數(shù)據(jù) ， 并通過藍(lán)牙鏈路傳輸給 AT89S52 微處理器 。而微處理器通過液晶顯示模塊顯示當(dāng)前溫室的環(huán)境信息 ， 并將實(shí)時(shí)采集的數(shù)值與按鈕設(shè)置的參數(shù)范圍進(jìn)行比較 。當(dāng)超過預(yù)設(shè)的范圍時(shí) ， 微處理器控制繼電模塊來控制各調(diào)節(jié)機(jī)制的啟停 ， 從而將溫室環(huán)境調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的范圍內(nèi) 。同時(shí) ， 當(dāng)溫室環(huán)境參數(shù)超過預(yù)設(shè)范圍時(shí) ， 微處理器也可以控制報(bào)警模塊報(bào)警 。經(jīng)軟硬件測試表明 ， 本系統(tǒng)測量精度高 、結(jié)構(gòu)簡單且能實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控 。參 考 文 獻(xiàn) 1 任玲 ， 翟旭軍 ， 李增國 ， 等 基于 AT89C52 的溫室用溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 電子設(shè)計(jì)工程 ， 2015， 23( 4): 8284 2 林開顏 ， 周強(qiáng) ， 吳軍輝 ， 等 溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)通信技術(shù)綜述 J 軟件產(chǎn)業(yè)與工程 ， 2014，( 6): 2428 3 魏兆寶 基于藍(lán)牙技術(shù)的溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 民營科技 ， 2016，( 1): 226 4 董淏鳴 ， 衣淑娟 ， 趙斌 ， 等 基于 ZigBee 的寒地水稻溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 農(nóng)機(jī)化研究 ， 2015，( 7): 164167 5 王曉東 基于 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)的多參數(shù)溫室監(jiān)測系統(tǒng)研制 D 哈爾濱 : 哈爾濱理工大學(xué) ， 2016 6 盧冠男 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)溫室智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) D 長春 : 吉林大學(xué) ， 2015 7 李曉雪 基于遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用分析 J 自動(dòng)化與儀器儀表 ， 2015，( 4): 112113 8 龔燕飛 ， 聶宏林 現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用 J 自動(dòng)化與儀器儀表 ， 2014，( 8): 9798 9 曾靜 ， 周紅 ， 李晨路 ， 等 溫室環(huán)境檢測結(jié)果 3D 可視化展示系統(tǒng)的研究 J 技術(shù)與市場 ， 2016， 23( 12): 61 10 郭鵬 ， 馬建輝 農(nóng)業(yè)溫室大棚智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) ， 2016， 37( 4): 7173 11 喬玉蓉 ， 張星 ， 程建云 基于 ZigBee 的小型溫室環(huán)境信息控制系統(tǒng) J 電子科技 ， 2016， 29( 2): 99101 12 李亞迪 ， 苗騰 ， 朱超 ， 等 北方日光溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào) ， 2016， 18( 5): 94101 13 孫茂澤 ， 張愛麗 ， 王來剛 ， 等 基于 ZigBee 和 GPS 的溫室群監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) J 軟件導(dǎo)刊 ， 2016， 15( 5): 126129 14 李天華 ， 仲崇哲 ， 魏珉 ， 等 溫室蔬菜溯源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) ， 2016， 48( 7): 142145 15 韓毅 基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚智能控制系統(tǒng)研究 D 太原 : 太原理工大學(xué) ， 2016 16 張鐵山 ， 任眾 基于 AT89C51 的溫室大棚環(huán)境參數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J 機(jī)械工程師 ， 2016，( 4): 3436( 上接第 129 頁 ) 7 袁麓 ， 劉丹斌 ， 安國超 面向廣電物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)及其網(wǎng)關(guān)的研究 J 中國有線電視 ， 2014( S1): 154155 8 羅福如 基于嵌入式的智能家居系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn) J 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用 ， 2014，( 12): 2425 9 閻莉 探討智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)途徑 J 包裝工程 ，2014，( 22): 115116 10 陳儒敏 ， 侯思名 ， 顏江 基于開源軟硬件的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) J 現(xiàn)代計(jì)算機(jī) ， 2013，( 28): 4243 11 母金文 智能家居多業(yè)務(wù)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)集中器設(shè)計(jì) J 無線電通信技術(shù) ， 2016，( 03): 7172 12 李賽楠 基于 STM32MCU 的自動(dòng)控制插座 J 信息與電腦( 理論版 )， 2016，( 11): 4143 13 孫杰 ， 胡乃軍 ， 郭志卓 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能插座設(shè)計(jì) J 中國科技信息 ， 2015，( 05): 184185 14 張保增 ， 陳新春 ， 胡東方 ， 鄭記濤 一種基于 WiFi 和 ZigBee通信的家庭用電管理系統(tǒng) J 微型機(jī)與應(yīng)用 ， 2015，( 14):134135 15 Gideon Juve， Ewa Deelman， GBerriman， Benjamin Berman，Philip MaechlingAn Evaluation of the Cost and Performanceof Scientific Workflows on Amazon EC2 J Journal of GridComputing， 2012，( 1): 724726 16 JTuominen， AMuhammad， JMattila， LAha， HSaarinen， MSiuko， DHamilton， LSemeraroCommand and Control appli-cation framework for interoperable heterogeneous ITEemote Handling devices J Fusion Engineering andDesign， 2011，( 9): 469472·231·基于藍(lán)牙的溫室環(huán)境檢測與控制系統(tǒng) 羅瑞雪