基于NFC技术的土壤湿度无源检测系统

孙玥

摘要：本系统创新地采用近距离无线通讯（NFC）技术。开发出一种基于NFC技术的土壤湿度无源检测系统，将湿度传感器，MCU与RF NTag芯片集成为一枚的无源湿度标签，放置在靠近花盆内壁处的土壤中用以检测环境湿度数据，电子湿度标签采取无源设计，标签由手机靠近时产生的耦合感应电场供电，只需在使用时启动标签即可。同时设计了一个配套的土壤湿度检测APP，读取标签时即可在APP上显示土壤环境的即时湿度数据。

关键词：标签；NFC技术；低成本；无源检测

中图分类号：TP212.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0079-01

1 系统整体设计思路（图1）

本系统主要由四个部分组成，传感器，MCU处理器，RF NTag芯片（NFC芯片）以及安装相应安卓APP的NFC手机，如图1所示。首先，NFC手机对标签天线耦合供电，湿度传感器开始测量土壤环境湿度，然后将测量到的湿度数据传送给MCU处理器，MCU处理器储存并处理湿度数据，之后再把湿度数据传送给RF NTag芯片，最后传至NFC手机并显示。

2 硬件方案设计（图2）

把传感器，MCU处理器以及RF NTag芯片封装在一块小的电路板上，并使其具有较小的体积，将其放置在靠近花盆内壁处的土壤中用以检测环境湿度数据。再利用带有NFC功能的手机去靠近这个湿度标签，（该过程由天线进行连接），并通过相应的APP将湿度传感器测量到的湿度信息显示在手机上，并对数据进行处理，最后将湿度检测结果直观的展示给检测人员，这样检测人员就可以无需关心检测设备是否有电，而直接检测即可。

3 数据接收及传送控制

（1）标签成功从手机端获得电量后，MCU将会向湿度传感器写入预设的寄存器值，并对内部相关参数进行赋值，根据此参数湿度传感器会立即工作得到当前的土壤环境湿度数据并通过IIC协议将数据送至MCU。

（2）为了使标签硬件系统内部数据传输达到更高速率，也进一步提高软硬件协同性能，整个硬件系统之间数据互联采用IIC协议（速率可达1 Mbit/s），在传输数据之前首先按照如下表1数据格式进行封装。

4 APP程序的设计

手機APP主要分为五个部分进行设计，包括主界面和读取界面的设计、用于读取sram的类和方法、用于读取和重置eeprom的类和方法、用于配置寄存器的类和方法。当检测人员打开APP后，靠近标签可立即读取到此时的土壤环境湿度值，若想再次读取，只需移开手机再次靠近标签即可。

5 结语

整个系统具有零功耗、低成本、体积小、易使用等特点。通过NFC技术的使用，实现了一种非接触式的检测模式，通信距离在5至20厘米。对于土壤湿度的无源检测具有突出的应用价值，特别是可广泛应用于对密封性有严格要求的土壤环境湿度无源检测。endprint