基于NFC技術的土壤濕度無源檢測系統

孫玥

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

關鍵詞：標簽；NFC技術；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 系統整體設計思路（圖1）

本系統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境濕度，然后將測量到的濕度數據傳送給MCU處理器，MCU處理器儲存并處理濕度數據，之后再把濕度數據傳送給RF NTag芯片，最后傳至NFC手機并顯示。

2 硬件方案設計（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壁處的土壤中用以檢測環境濕度數據。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，并對數據進行處理，最后將濕度檢測結果直觀的展示給檢測人員，這樣檢測人員就可以無需關心檢測設備是否有電，而直接檢測即可。

3 數據接收及傳送控制

（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的寄存器值，并對內部相關參數進行賦值，根據此參數濕度傳感器會立即工作得到當前的土壤環境濕度數據并通過IIC協議將數據送至MCU。

（2）為了使標簽硬件系統內部數據傳輸達到更高速率，也進一步提高軟硬件協同性能，整個硬件系統之間數據互聯采用IIC協議（速率可達1 Mbit/s），在傳輸數據之前首先按照如下表1數據格式進行封裝。

4 APP程序的設計

手機APP主要分為五個部分進行設計，包括主界面和讀取界面的設計、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 結語

整個系統具有零功耗、低成本、體積小、易使用等特點。通過NFC技術的使用，實現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用價值，特別是可廣泛應用于對密封性有嚴格要求的土壤環境濕度無源檢測。endprint