肖振興 傅以盤 王興仁

摘 要：介紹了以BH175FVI為環(huán)境光照值測量器件，設計出多節(jié)點的環(huán)境光照值監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)由主機和多個光照值監(jiān)測節(jié)點組成，主機與節(jié)點之間由nRF905無線通信模塊進行通信和數(shù)據(jù)交互，各測量節(jié)點將BH175FVI測得的光照值傳回主機。測量節(jié)點分布在溫室種植大棚中，使之對溫室種植大棚的光照值進行監(jiān)測。通過與專業(yè)的光照測量儀器進行數(shù)據(jù)測量對比，系統(tǒng)完全滿足測量精度要求，使之在溫室種植大棚光照監(jiān)測中能夠減少人力投入，提高生產(chǎn)者的管理效率。

關鍵詞：BH175FVI;溫室大棚;光照監(jiān)測

中圖分類號：TN65? ? ? ? 文獻標識碼：B

Abstract： This paper mainly introduces the design of a multi-node environmental illumination monitoring system based on BH175FVI. The system consists of a host computer and a number of illumination monitoring nodes. The communication and data interaction between the host and the node are carried out by the nRF905 wireless communication module. The illumination values measured by BH175FVI are transmitted back to the host by each measuring node. Measuring nodes are distributed in greenhouse planting greenhouse to monitor the illumination value of greenhouse planting greenhouse. By comparing with the professional light measuring instrument， the system fully meets the requirements of measurement accuracy， so that it can reduce manpower investment and improve the management efficiency of producers in greenhouse greenhouse light monitoring.

Keywords： BH175FVI;greenhouse;illumination monitoring

0 引言

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)人口占總人口的比重大，發(fā)展創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)潛力巨大。同時，我國地域跨度大，各個地理區(qū)域季節(jié)性變化差別也大，這就造就了反季節(jié)蔬菜水果有巨大的市場潛力，而反季節(jié)蔬菜水果的種植更加離不開溫室種植大棚。現(xiàn)代化溫室種植大棚可以根據(jù)不同的種植對象設定對應的光照值，設定適宜的生長溫度及濕度等。這對提高作物產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)精細化管理有著重要意義?；贐H175FVI溫室種植大棚光照監(jiān)測系統(tǒng)的設計（以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”）就是對溫室種植大棚中環(huán)境數(shù)據(jù)采集這一關鍵技術提供技術解決方案。并具體對植物生長的光照值進行數(shù)據(jù)采集分析，能夠根據(jù)當前的光照值數(shù)據(jù)實時提醒生產(chǎn)者，進而提高生產(chǎn)效率。

1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

1.1 中央處理器

選擇STC12C5A60S2單片機為監(jiān)測系統(tǒng)的中央處理器。該型單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘、機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。其次該單片機成本低，利于系統(tǒng)產(chǎn)品化。因此選用此單片機在性能上可以應對系統(tǒng)各項設計要求以及系統(tǒng)成本控制。

1.2 BH175FVI測光傳感器

BH175FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路。工作電壓2.4～3.6 V，數(shù)據(jù)通信接口采用支持I2C BUS接口，接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性（峰值靈敏度波長典型值：560 nm），16位AD轉換精度，輸出對應亮度的數(shù)字值。

芯片端口說明：

DVI：DVI是I2C總線的參考電壓端口，也是整個芯片的非同步Reset端口，當芯片上電的瞬間，需要將該端口保持低電位，1 us過后拉高DVI。在圖1中通過接入100 nF的電容來保持1 us拉高DVI。

ADDR：I2C通訊時設備地址的選擇：

ADDR>0.7VCC（高電平）、0XB8（寫操作）、0xB9（讀操作）;

ADDR<0.3VCC（低電平）、0X46（寫操作）、0x47（讀操作）。

SDA：I2C通信數(shù)據(jù)讀寫接口。

SCL：I2C通信時鐘接口。

1.3 nRF905無線通信模塊

nRF905是一款單片射頻發(fā)射器芯片，工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz三個ISM頻道，其中國內(nèi)433 MHz頻段可以免費使用。模塊具有體積小、距離遠（最高工作速率50 kbps，通信距離可達300 m左右）、功耗低、通信穩(wěn)定、抗干擾性強等特點。

對于5 V的MCU，為防止I/O口的輸出灌電流過大燒毀模塊，該模塊和 MCU 連接需作如下處理，即在I/O與NRF905接口間加1個限流電阻來減小灌電流。13及14引腳接地，1腳接電源。其余引腳通過排針引出，連接至單片機引腳。如圖2所示。

1.4 系統(tǒng)顯示電路

監(jiān)測系統(tǒng)主機采用型號為TJC8048T070_011R的7寸USART HMI組態(tài)串口屏，顯示界面內(nèi)容豐富，可以人為定制界面，人機交互友好。人機界面的制作全部由上位機軟件完成，下位MCU僅僅只需要用串口與設備交互指令與數(shù)據(jù)，提高開發(fā)效率。屏幕分辨率800×480 ppi，支持多種組態(tài)控件：按鈕控件、進度條控件、文本控件、指針控件等。

由于節(jié)點機不需要像主機那樣顯示多個節(jié)點機回傳的數(shù)據(jù)，只需要顯示當前節(jié)點位置光照值即可，因此節(jié)點機采用Nokia5110顯示屏。Nokia5110顯示屏與單片機通信電路簡單，可支持中英文顯示，可以滿足節(jié)點機數(shù)據(jù)顯示的要求。

1.5 系統(tǒng)總體構成

系統(tǒng)分為主機和接點機，主機主要由單片機、顯示器、無線收發(fā)模塊、光照傳感器組成。接點機主要也由此電路模塊構成，主機與接點機主要通過無線模塊nRF905來進行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。

2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計

受篇幅所限，本文重點給出BH175FVI軟件設計以及nRF905軟件設計實例。

3 監(jiān)測系統(tǒng)與專業(yè)測量儀測量光照數(shù)據(jù)值對比

下表是監(jiān)測系統(tǒng)與專業(yè)測量儀在不同環(huán)境下測量光照數(shù)據(jù)值對比。根據(jù)測得的結果，可以看出本監(jiān)測系統(tǒng)的精度可以滿足作為種植大棚光照值數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的采集傳感方案。

4 結語

本系統(tǒng)主要設計一種溫室種植大棚光照值采集監(jiān)測系統(tǒng)，將系統(tǒng)各個節(jié)點均勻分布在大棚內(nèi)，nRF905傳輸至主機節(jié)點。監(jiān)測系統(tǒng)與專業(yè)儀器設備進行比對，可以滿足測量精度需求，最大誤差不超過±16 lux。同時該系統(tǒng)是以無線傳輸方式進行傳輸，可以增加節(jié)點數(shù)量提高系統(tǒng)測量效果。

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