基于NFC技術(shù)的土壤濕度無源檢測系統(tǒng)

孫玥

摘要：本系統(tǒng)創(chuàng)新地采用近距離無線通訊（NFC）技術(shù)。開發(fā)出一種基于NFC技術(shù)的土壤濕度無源檢測系統(tǒng)，將濕度傳感器，MCU與RF NTag芯片集成為一枚的無源濕度標簽，放置在靠近花盆內(nèi)壁處的土壤中用以檢測環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，電子濕度標簽采取無源設(shè)計，標簽由手機靠近時產(chǎn)生的耦合感應(yīng)電場供電，只需在使用時啟動標簽即可。同時設(shè)計了一個配套的土壤濕度檢測APP，讀取標簽時即可在APP上顯示土壤環(huán)境的即時濕度數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：標簽；NFC技術(shù)；低成本；無源檢測

中圖分類號：TP212.11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0079-01

1 系統(tǒng)整體設(shè)計思路（圖1）

本系統(tǒng)主要由四個部分組成，傳感器，MCU處理器，RF NTag芯片（NFC芯片）以及安裝相應(yīng)安卓APP的NFC手機，如圖1所示。首先，NFC手機對標簽天線耦合供電，濕度傳感器開始測量土壤環(huán)境濕度，然后將測量到的濕度數(shù)據(jù)傳送給MCU處理器，MCU處理器儲存并處理濕度數(shù)據(jù)，之后再把濕度數(shù)據(jù)傳送給RF NTag芯片，最后傳至NFC手機并顯示。

2 硬件方案設(shè)計（圖2）

把傳感器，MCU處理器以及RF NTag芯片封裝在一塊小的電路板上，并使其具有較小的體積，將其放置在靠近花盆內(nèi)壁處的土壤中用以檢測環(huán)境濕度數(shù)據(jù)。再利用帶有NFC功能的手機去靠近這個濕度標簽，（該過程由天線進行連接），并通過相應(yīng)的APP將濕度傳感器測量到的濕度信息顯示在手機上，并對數(shù)據(jù)進行處理，最后將濕度檢測結(jié)果直觀的展示給檢測人員，這樣檢測人員就可以無需關(guān)心檢測設(shè)備是否有電，而直接檢測即可。

3 數(shù)據(jù)接收及傳送控制

（1）標簽成功從手機端獲得電量后，MCU將會向濕度傳感器寫入預設(shè)的寄存器值，并對內(nèi)部相關(guān)參數(shù)進行賦值，根據(jù)此參數(shù)濕度傳感器會立即工作得到當前的土壤環(huán)境濕度數(shù)據(jù)并通過IIC協(xié)議將數(shù)據(jù)送至MCU。

（2）為了使標簽硬件系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸達到更高速率，也進一步提高軟硬件協(xié)同性能，整個硬件系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)互聯(lián)采用IIC協(xié)議（速率可達1 Mbit/s），在傳輸數(shù)據(jù)之前首先按照如下表1數(shù)據(jù)格式進行封裝。

4 APP程序的設(shè)計

手機APP主要分為五個部分進行設(shè)計，包括主界面和讀取界面的設(shè)計、用于讀取sram的類和方法、用于讀取和重置eeprom的類和方法、用于配置寄存器的類和方法。當檢測人員打開APP后，靠近標簽可立即讀取到此時的土壤環(huán)境濕度值，若想再次讀取，只需移開手機再次靠近標簽即可。

5 結(jié)語

整個系統(tǒng)具有零功耗、低成本、體積小、易使用等特點。通過NFC技術(shù)的使用，實現(xiàn)了一種非接觸式的檢測模式，通信距離在5至20厘米。對于土壤濕度的無源檢測具有突出的應(yīng)用價值，特別是可廣泛應(yīng)用于對密封性有嚴格要求的土壤環(huán)境濕度無源檢測。endprint