基于BH175FVI温室种植大棚光照监测系统的设计

2024.09.04

肖振兴傅以盘王兴仁

摘要：介绍了以BH175FVI为环境光照值测量器件，设计出多节点的环境光照值监测系统。系统由主机和多个光照值监测节点组成，主机与节点之间由nRF905无线通信模块进行通信和数据交互，各测量节点将BH175FVI测得的光照值传回主机。测量节点分布在温室种植大棚中，使之对温室种植大棚的光照值进行监测。通过与专业的光照测量仪器进行数据测量对比，系统完全满足测量精度要求，使之在温室种植大棚光照监测中能够减少人力投入，提高生产者的管理效率。

关键词：BH175FVI;温室大棚;光照监测

中图分类号：TN65? ? ? ? 文献标识码：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

我国是一个农业大国，农业人口占总人口的比重大，发展创新型农业潜力巨大。同时，我国地域跨度大，各个地理区域季节性变化差别也大，这就造就了反季节蔬菜水果有巨大的市场潜力，而反季节蔬菜水果的种植更加离不开温室种植大棚。现代化温室种植大棚可以根据不同的种植对象设定对应的光照值，设定适宜的生长温度及湿度等。这对提高作物产量，提高农业精细化管理有着重要意义。基于BH175FVI温室种植大棚光照监测系统的设计（以下简称“监测系统”）就是对温室种植大棚中环境数据采集这一关键技术提供技术解决方案。并具体对植物生长的光照值进行数据采集分析，能够根据当前的光照值数据实时提醒生产者，进而提高生产效率。

1 监测系统硬件设计

1.1 中央处理器

选择STC12C5A60S2单片机为监测系统的中央处理器。该型单片机是宏晶科技生产的单时钟、机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。其次该单片机成本低，利于系统产品化。因此选用此单片机在性能上可以应对系统各项设计要求以及系统成本控制。

1.2 BH175FVI测光传感器

BH175FVI是一種用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。工作电压2.4～3.6 V，数据通信接口采用支持I2C BUS接口，接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性（峰值灵敏度波长典型值：560 nm），16位AD转换精度，输出对应亮度的数字值。

芯片端口说明：

DVI：DVI是I2C总线的参考电压端口，也是整个芯片的非同步Reset端口，当芯片上电的瞬间，需要将该端口保持低电位，1 us过后拉高DVI。在图1中通过接入100 nF的电容来保持1 us拉高DVI。

ADDR：I2C通讯时设备地址的选择：

ADDR>0.7VCC（高电平）、0XB8（写操作）、0xB9（读操作）;

ADDR<0.3VCC（低电平）、0X46（写操作）、0x47（读操作）。

SDA：I2C通信数据读写接口。

SCL：I2C通信时钟接口。

1.3 nRF905无线通信模块

nRF905是一款单片射频发射器芯片，工作于433 MHz、868 MHz、915 MHz三个ISM频道，其中国内433 MHz频段可以免费使用。模块具有体积小、距离远（最高工作速率50 kbps，通信距离可达300 m左右）、功耗低、通信稳定、抗干扰性强等特点。

对于5 V的MCU，为防止I/O口的输出灌电流过大烧毁模块，该模块和 MCU 连接需作如下处理，即在I/O与NRF905接口间加1个限流电阻来减小灌电流。13及14引脚接地，1脚接电源。其余引脚通过排针引出，连接至单片机引脚。如图2所示。

1.4 系统显示电路

监测系统主机采用型号为TJC8048T070_011R的7寸USART HMI组态串口屏，显示界面内容丰富，可以人為定制界面，人机交互友好。人机界面的制作全部由上位机软件完成，下位MCU仅仅只需要用串口与设备交互指令与数据，提高开发效率。屏幕分辨率800×480 ppi，支持多种组态控件：按钮控件、进度条控件、文本控件、指针控件等。

由于节点机不需要像主机那样显示多个节点机回传的数据，只需要显示当前节点位置光照值即可，因此节点机采用Nokia5110显示屏。Nokia5110显示屏与单片机通信电路简单，可支持中英文显示，可以满足节点机数据显示的要求。

1.5 系统总体构成

系统分为主机和接点机，主机主要由单片机、显示器、无线收发模块、光照传感器组成。接点机主要也由此电路模块构成，主机与接点机主要通过无线模块nRF905来进行数据交互。系统原理框图如图3所示。

2 监测系统软件设计

受篇幅所限，本文重点给出BH175FVI软件设计以及nRF905软件设计实例。

3 监测系统与专业测量仪测量光照数据值对比

下表是监测系统与专业测量仪在不同环境下测量光照数据值对比。根据测得的结果，可以看出本监测系统的精度可以满足作为种植大棚光照值数据监测系统的采集传感方案。

4 结语

本系统主要设计一种温室种植大棚光照值采集监测系统，将系统各个节点均匀分布在大棚内，nRF905传输至主机节点。监测系统与专业仪器设备进行比对，可以满足测量精度需求，最大误差不超过±16 lux。同时该系统是以无线传输方式进行传输，可以增加节点数量提高系统测量效果。

参考文献：

[1] 余刚，黄建清，高家宝，等.基于BH1750的热带花卉光照强度实时监测系统设计[J].农业网络信息，2016（6）：54-57.

[2] 肖振兴.由nRF905构成的实验室环境数据采集系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2018（3）：43-45.

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[4] ROHM.BH1750FVIDatasheet[EB/OL].http：//pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/338083/ROHM/BH1750FVI.html，2009-04-01/2018-12-12.