基于蓝牙技术的土壤环境信息传感器设计

【目的】为满足土壤环境信息的自动监测,适时了解土壤环境情况,及时分析土壤温湿度、光照等对农作物生长发育的影响,实现土壤环境信息的快速检测,设计一种基于蓝牙技术的土壤环境信息传感器。【方法】以STM8L051F3P6单片机为控制芯片,利用平行板电容探针、温度传感器、空气温湿度传感器、光敏电阻作为主要检测部件设计检测电路,分别检测土壤湿度、土壤温度、土壤周围的空气温湿度和光照强度,采用单节锂离子电池作为供电电源,同时将单片机与蓝牙通讯技术相结合,实现对被测区域土壤环境信息的实时监测。根据农业标准土壤水分测定法,配备不同土壤湿度样品,标定土壤湿度。【结果】完成土壤环境信息传感器的软硬件整体设计与土壤湿度标定试验:(1)信息采集,即土壤环境信息传感器通过各个模块的硬件检测电路实现土壤环境信息包括土壤温湿度、土壤周围空气温湿度、光照情况的实时采集;(2)数据处理,即该传感器将采集的原始信息数据经过单片机处理后实现土壤环境信息检测;(3)数据发送,即通过蓝牙技术将检测结果发送至用户端显示;(4)土壤含水率的标定,即采用设计的土壤环境信息传感器进行了土壤湿度标定试验,在土壤湿度0%~25%内建立输出电压值与土壤湿度之间的关系模型,模型的决定系数为0.9352。【结论】设计的土壤环境信息传感器系统运行良好,能准确顺利地发送检测数据。土壤湿度标定试验结果表明,土壤环境信息传感器检测电压值对土壤湿度之间有良好的线性关系。整个传感器系统成本较低,易于制作,能保持长时间的使用。该传感器的测量范围也能满足大部分农业生产的需求,具有一定的实用价值。

基于物联网的菜田土壤温湿度监测系统设计

为满足菜田土壤温湿度监控的需要,针对当前蔬菜种植过程中信息化、可视化程度不高等问题,围绕物联网三层架构模型,开发一套可用于菜田的土壤温湿度在线监测系统。该系统由无线土壤温湿度传感器、LoRa协调器主汇聚节点和Web物联网开发平台组成。无线土壤温湿度传感器可实时快速采集土壤温湿度信息,在软硬件上具体阐述低功耗的设计理念,采用模块化的供电方式和分时节能算法提高节点能量有效性,采用数据融合算法及自定义数传协议提高数据传输可靠性;LoRa协调器主汇聚节点实现中短程数据汇总,继而通过4G网络远距离传送至服务器;服务器部署有MySQL数据库、Socket网络端口监听工具以及Web物联网开发平台,用户可通过手机APP或PC浏览器查看实时或历史报表。对传感器数据准确性、通信可靠性和Web物联网开发平台进行测试,测试结果表明:该传感器温度及湿度标定曲线决定系数分别为99.54%和94.59%,整机通讯平均丢包率为4.73%,待机功耗小于11.28 mW,发射瞬时功耗小于662 mW。整个系统稳定可靠,具有成本低、测量精度高、实时性强等优点,可用于菜田中土壤温湿度的实时在线监测。