摘要：從環境溫濕度檢測、手機App 控制裝置以及遠程服務器端三個方面進行設計，裝置采用嵌入式單片機 stm32芯片作為系統的核心組成環境溫濕度測量系統，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 客戶端可實時監控數據和控制，利用藍牙技術與遠程服務器端無線通信，遠程服務器端實現用戶數據存儲及操作。被測量環境溫濕度變化劇烈時，信息能夠及時傳送到用戶App，超過設定閾值時報警，并按設定開啟通風、空調或水簾模塊工作。

　　關鍵詞：嵌入式;藍牙;智能App;GSM

　　1引言

　　隨著農業現代化的發展，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，環境溫濕度的控制工作十分重要，傳統農業大棚中一般都是在棚內懸掛溫濕度計，通過溫度計和濕度計顯示數值，靠人工觀察判斷是否超出相關范圍，再啟動相關控制機構進行調節，耗費人力物力且不能實時精確控制。經過研究利用物聯網技術完成遠近程可實時觀察的自動大棚溫濕度控制系統。

　　本設計由數據顯示模塊、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，將檢測到的數據顯示在OLED 液晶顯示屏上，利用藍牙串口傳輸的功能，將數據打包發送到開發的智能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，以保證環境的安全性。同時，也可以通過手機App 中的按鈕來控制設備裝置的啟停[1]，使操作方式更加自動化、智能化。

　　2設計方案

　　本設計裝置主要由 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，通過數據處理后對狀態信息進行顯示[2]。

　　2.1溫濕度傳感器模塊

　　環境的溫濕度由集成數字復合傳感器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、響應快、抗干擾能力強、低功耗性價比高等優點，適合農作物溫濕度范圍測量。信號傳輸距離可達到20米以上，是各領域應用甚至最為嚴苛應用場合的最佳選擇[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，采用單總線數據格式，系統集成簡單。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 來穩定狀態。 DHT11傳感器收到MCU 的開始信號后，模式低功耗轉換為高速，待開始信號結束后，向主機發送40bit 的響應信號，觸發采集動作。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據傳輸，通過藍牙模塊HC-05來設計和實現的，模塊通過串口通信協議與手機或者單片機進行網絡相連，上電時，建立手機與藍牙模塊之間的聯系， HC-05藍牙模塊支持主從機模式，本系統在進行設計時，采用了它的從機模式收發信息模式， HC-05藍牙模塊示意圖如如圖4所示。設計中為了更加簡潔化，直接將藍牙協議棧和無線通信相應的程序固定寫死在藍牙模塊中，傳輸數據通過單片機與手機App 各自完成。

　　2.4人機交互系統設計

　　顯示數據模塊使用了0.96寸的 OLED屏幕對溫度的實時數據進行顯示。對比LCD顯示屏幕，OLED顯示模塊具擁有更加低的功率驅動，且反應速度、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計的裝置實時檢測到的溫度數據，在第二行，顯示的是用戶所設置的最高溫度閾值，用戶通過手機App 發送溫度閾值，且顯示出來，即當超過所設置的閾值時，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 操作設備的啟停，也可以像使用傳統控制裝置一樣，使用實體按鍵對設備的開關進行控制。實現了用戶的遠程監控功能。

　　2.5 MCU選擇

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

　　3程序設計

　　終端溫濕度測量軟件設計以C語言進行設計，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。下面側重于對溫濕度傳感器模塊采集，數據顯示和GSM 模塊對發送數據信息等部分重點介紹。

　　3.1采集程序設計

　　圖5所示為溫濕度數據采集流程圖，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為數字量，最后利用程序中所帶的算法得出鍋爐實時溫度。

　　3.2 GSM通信模塊程序設計

　　通過發生AT指令控制GSM 的啟動，在裝置正常運行時，系統則會自動發送當前的溫度狀態給用戶。以及當溫度超過所設置的閾值時，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生。

　　農作物生長周期長，需要長時間檢測環境溫度，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測已經預防，基于以上問題，我們設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，單片機首先需要執行主函數中編寫的程序，使各個模塊開始工作。溫濕度傳感器得到溫濕度數據，并且保存數據，做到掉電不丟失數據，OLED顯示屏顯示出溫度信息，并且保持數據信息實時動態刷新，數據通過藍牙HC-05模塊將數據顯示在手機 App 界面上，且可以利用 App 控制其他設備的啟停，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，實際地進行應用，完成所設計的所有功能，具體實物圖如圖7所示。

　　在此次設計中，裝置能夠穩定檢測出農業大棚溫濕度信息，并且能夠將數據傳輸到智能App 界面以及顯示屏上，當超過溫濕度閾值時撥打使用者電話，很好地完成了設計要求與目的。

　　參考文獻：

　　[1]周智. 基于物聯網的空氣能熱泵機組控制系統的研究[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動實現[J].計算機應用，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設計[J].現代信息科技，2020，4(14)：57-59.