基于BH175FVI溫室種植大棚光照監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

肖振興 傅以盤(pán) 王興仁

摘 要：介紹了以BH175FVI為環(huán)境光照值測(cè)量器件，設(shè)計(jì)出多節(jié)點(diǎn)的環(huán)境光照值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由主機(jī)和多個(gè)光照值監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)組成，主機(jī)與節(jié)點(diǎn)之間由nRF905無(wú)線通信模塊進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互，各測(cè)量節(jié)點(diǎn)將BH175FVI測(cè)得的光照值傳回主機(jī)。測(cè)量節(jié)點(diǎn)分布在溫室種植大棚中，使之對(duì)溫室種植大棚的光照值進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)與專(zhuān)業(yè)的光照測(cè)量?jī)x器進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)比，系統(tǒng)完全滿足測(cè)量精度要求，使之在溫室種植大棚光照監(jiān)測(cè)中能夠減少人力投入，提高生產(chǎn)者的管理效率。

關(guān)鍵詞：BH175FVI;溫室大棚;光照監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN65? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘谋戎卮?，發(fā)展創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)潛力巨大。同時(shí)，我國(guó)地域跨度大，各個(gè)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(chǎng)潛力，而反季節(jié)蔬菜水果的種植更加離不開(kāi)溫室種植大棚?，F(xiàn)代化溫室種植大棚可以根據(jù)不同的種植對(duì)象設(shè)定對(duì)應(yīng)的光照值，設(shè)定適宜的生長(zhǎng)溫度及濕度等。這對(duì)提高作物產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)精細(xì)化管理有著重要意義。基于BH175FVI溫室種植大棚光照監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”）就是對(duì)溫室種植大棚中環(huán)境數(shù)據(jù)采集這一關(guān)鍵技術(shù)提供技術(shù)解決方案。并具體對(duì)植物生長(zhǎng)的光照值進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，能夠根據(jù)當(dāng)前的光照值數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提醒生產(chǎn)者，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 中央處理器

選擇STC12C5A60S2單片機(jī)為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的中央處理器。該型單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘、機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，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(jī)成本低，利于系統(tǒng)產(chǎn)品化。因此選用此單片機(jī)在性能上可以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)成本控制。

1.2 BH175FVI測(cè)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(qiáng)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(jué)靈敏度的光譜靈敏度特性（峰值靈敏度波長(zhǎng)典型值：560 nm），16位AD轉(zhuǎn)換精度，輸出對(duì)應(yīng)亮度的數(shù)字值。

芯片端口說(shuō)明：

DVI：DVI是I2C總線的參考電壓端口，也是整個(gè)芯片的非同步Reset端口，當(dāng)芯片上電的瞬間，需要將該端口保持低電位，1 us過(guò)后拉高DVI。在圖1中通過(guò)接入100 nF的電容來(lái)保持1 us拉高DVI。

ADDR：I2C通訊時(shí)設(shè)備地址的選擇：

ADDR>0.7VCC（高電平）、0XB8（寫(xiě)操作）、0xB9（讀操作）;

ADDR<0.3VCC（低電平）、0X46（寫(xiě)操作）、0x47（讀操作）。

SDA：I2C通信數(shù)據(jù)讀寫(xiě)接口。

SCL：I2C通信時(shí)鐘接口。

1.3 nRF905無(wú)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(gè)ISM頻道，其中國(guó)內(nèi)433 MHz頻段可以免費(fèi)使用。模塊具有體積小、距離遠(yuǎn)（最高工作速率50 kbps，通信距離可達(dá)300 m左右）、功耗低、通信穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。

對(duì)于5 V的MCU，為防止I/O口的輸出灌電流過(guò)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(gè)限流電阻來(lái)減小灌電流。13及14引腳接地，1腳接電源。其余引腳通過(guò)排針引出，連接至單片機(jī)引腳。如圖2所示。

1.4 系統(tǒng)顯示電路

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)采用型號(hào)為T(mén)JC8048T070_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(jī)交互友好。人機(jī)界面的制作全部由上位機(jī)軟件完成，下位MCU僅僅只需要用串口與設(shè)備交互指令與數(shù)據(jù)，提高開(kāi)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(jìn)度條控件、文本控件、指針控件等。

由于節(jié)點(diǎn)機(jī)不需要像主機(jī)那樣顯示多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)回傳的數(shù)據(jù)，只需要顯示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)位置光照值即可，因此節(jié)點(diǎn)機(jī)采用Nokia5110顯示屏。Nokia5110顯示屏與單片機(jī)通信電路簡(jiǎn)單，可支持中英文顯示，可以滿足節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)據(jù)顯示的要求。

1.5 系統(tǒng)總體構(gòu)成

系統(tǒng)分為主機(jī)和接點(diǎn)機(jī)，主機(jī)主要由單片機(jī)、顯示器、無(wú)線收發(fā)模塊、光照傳感器組成。接點(diǎn)機(jī)主要也由此電路模塊構(gòu)成，主機(jī)與接點(diǎn)機(jī)主要通過(guò)無(wú)線模塊nRF905來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

受篇幅所限，本文重點(diǎn)給出BH175FVI軟件設(shè)計(jì)以及nRF905軟件設(shè)計(jì)實(shí)例。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與專(zhuān)業(yè)測(cè)量?jī)x測(cè)量光照數(shù)據(jù)值對(duì)比

下表是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與專(zhuān)業(yè)測(cè)量?jī)x在不同環(huán)境下測(cè)量光照數(shù)據(jù)值對(duì)比。根據(jù)測(cè)得的結(jié)果，可以看出本監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)的采集傳感方案。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)一種溫室種植大棚光照值采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)均勻分布在大棚內(nèi)，nRF905傳輸至主機(jī)節(jié)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備進(jìn)行比對(duì)，可以滿足測(cè)量精度需求，最大誤差不超過(guò)±16 lux。同時(shí)該系統(tǒng)是以無(wú)線傳輸方式進(jìn)行傳輸，可以增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量提高系統(tǒng)測(cè)量效果。

參考文獻(xiàn)：

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