CN105137766A - 基于nfc技术的温室环境监测系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

基于NFC技术的温室环境监测系统及其控制方法，包括控制中心、用于采集温室环境数据的传感器、用于读写温室环境数据的NFC读写器和NFC标签，传感器的输出端连接控制中心并将采集到的温室环境数据传递给控制中心，控制中心的输出端连接NFC读写器，NFC读写器将采集到的数据通过模数转换写入NFC标签，NFC标签定时将数据通过短信发送给使用NFC手机的用户，还设有用于控制时间的时钟模块，时钟模块与控制中心连接。本发明有益效果：本发明结构简单，具有使用方便、稳定可靠、价格低廉的特点，解决了传统上监测系统灵敏度不高、难以安装和维护、价格昂贵的问题。

Description

基于NFC技术的温室环境监测系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及温室环境监测系统，具体地说是基于NFC技术的温室环境监测系统及其控制方法。

背景技术

随着农业科技的迅速发展，原有的种植管理技术不能满足社会发展的需要，必须对传统农业进行技术更新与改造。发达国家与发展中国家都纷纷采取措施、加大投资力度，提升农业的智能化和现代化水平。我国是农业大国，农业人口占全国人口的大多数，如何很好地改善农业种植技术是实现农村全面发展的关键。温室农业是现代农业的重要组成部分，是指在人工保温设施中经营的农业，是对天然种植的一种补充，将温室农业工厂化是温室农业的高级发展阶段，它是利用高科技设施材料，运用先进的工程技术手段，构建与田间传统农业截然不同的生产环境，如同在工厂中进行农业生产，它属于集约型高效农业，在我国尚处于实验阶段。

温室农业工厂化需要环境信息监测、传输、处理、调控等关键技术。温室环境监测是连接温室环境与信息处理的纽带，是实现温室农业工厂化的重要前提。目前市场上常见的温室环境监测系统有蓝牙技术、无线传感器网络、ZIGBEE无线网络技术等，这些监测系统虽然能监测到环境信息，但存在灵敏度不高、数据不能实时监控、节点数量多、结构复杂、耗电量大、价格昂贵等缺点。现提出一种基于NFC技术的温室环境监测系统，能很好解决这些问题。

NFC技术是一种短距离的高频无线通信技术，工作频率在13.56MHz，允许电子设备之间进行非接触式数据传输。NFC是在RFID的基础上发展而来，都是基于地理位置相近的两个物体之间的信号传输。但NFC在功能上与RFID还是有区别的，NFC技术增加了点对点通信功能，可以快速建立蓝牙设备之间的P2P（点对点）无线通信，NFC设备彼此寻找对方并建立通信连接。NFC技术有容量大的优点，可以同时记录多组数据。目前，NFC技术在各行各业得到应用与发展，一般应用于门禁、公交、手机支付等领域，在农业种植管理中，应用于温室环境信息采集、农业产品质量追溯等。将NFC技术应用于在温室环境监测，是创新性应用，具有广阔的发展前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于NFC技术的温室环境监测系统及其控制方法，实现对温室环境的实时监测。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于NFC技术的温室环境监测系统，包括控制中心、用于采集温室环境数据的传感器、用于读写温室环境数据的NFC读写器和NFC标签，传感器的输出端连接控制中心并将采集到的温室环境数据传递给控制中心，控制中心的输出端连接NFC读写器，NFC读写器将采集到的数据通过模数转换写入NFC标签，NFC标签定时将数据通过短信发送给使用NFC手机的用户，还设有用于控制时间的时钟模块，时钟模块与控制中心连接。

本发明所述的传感器包括二氧化碳浓度传感器和温湿度传感器，且二氧化碳浓度传感器和温湿度传感器分别连接控制中心。

对NFC标签进行扇区与块的划分，包括小时扇区、分钟扇区、温湿度扇区和二氧化碳浓度扇区，并在各扇区写入相应数据。

本发明所述的基于NFC技术的温室环境监测系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：通过控制中心设置写数据总时间T和写数据时间间隔t；

步骤二：到达设定写时间间隔t时控制中心下达数据读写指令给传感器，将时间、温室内环境的数据，以二进制帧格式从高位到低位写入NFC标签中；

步骤三：第一组数据读写完毕后，传感器进入休眠状态，再次等待时间t后，控制中心下达下一组数据读写指令给传感器，如此循环，直到到达写数据总时间T；

步骤四：系统发送数据读取结束短信给用户，控制中心关闭，不再读取数据；

步骤五：数据读取结束后，控制中心调用NFC扇区的清零指令对NFC标签数据进行清零处理。

本发明的有益效果是：解决了现有技术存在的缺陷，利用温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器采集温室内环境信息，将采集的数据信息和相对应的时刻通过控制中心传递给NFC读写器，并将采集数据通过模数转换，写入NFC标签中，到达设定时间，发送短信提醒用户通过NFC手机读取数据，并将读取后的数据存储起来便于分析比较。对读取后的NFC标签进行清零处理，便于下次从新记录数据。结构简单，使用方便、稳定可靠、价格低廉的特点，解决了传统上监测系统灵敏度不高、难以安装和维护、价格昂贵的问题；

设计NFC扇区块的数据存储地址，能够简单快捷的对数据进行大量存储，并使用NFC手机对数据进行直接读取，解决了传统上数据采集系统难以安装和维护的问题，避免了上位机等设备对数据的处理，大大地节约成本，系统方便实用，检测数据准确可靠，具有广阔的发展前景。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明系统控制操作流程图；

图3为本发明NFC标签扇区与块划分图；

图4为本发明温度的十位、个位、小数位以帧格式形式传送图；

图5为本发明NFC手机读取NFC标签数数据图；

图6为本发明记录数据存储Access表。

具体实施方式

如图1所示，基于NFC技术的温室环境监测系统，包括包括控制中心、NFC读写器、传感器、时钟模块和NFC标签。传感器包括温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器，温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器采集温室环境内数据，并将数据通过模数转换，采用二进制帧格式将数据从高位到低位逐字节写入NFC标签中，并通过奇校验进行数据校验，确保数据发送正确性。

控制中心用于对温湿度、二氧化碳浓度数据的采集和传递；所述的NFC读写器将温度、湿度、二氧化碳浓度、相对应的小时、分钟二进制帧格式将数据从高位到低位逐字节写入NFC标签中，并通过奇校验进行数据校验，确保数据发送正确性。

通过Arduino语言编写程序，对NFC标签进行扇区与块的划分，在小时扇区、分钟扇区、温湿度扇区、二氧化碳浓度扇区写入相应数据。

时钟模块采用美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，板上带有记忆电池，能够准确的校正时间信息。

NFC标签记录数据模块，选用基于SonyFeliCa体系的NFC标签，对NFC标签进行扇区与块的划分，在小时扇区、分钟扇区、温湿度扇区、二氧化碳浓度扇区写入相应数据。

如图3所示是对NFC标签进行扇区与块的划分。选用基于SonyFeliCa体系的NFC标签，该标签具有2KByte内存容量。对标签通过程序读写地址不同划分为32个扇区ID:0-31），每个扇区分为8（ID:0-7）块，其中每块可以储存16Byte数据。不同扇区块可以作为时间、温湿度、二氧化碳浓度数据储存地址。各个扇区块的数据储存信息介绍如下：

厂家使用区：扇区0的块0是特殊的，它用于存放厂商的代码，大小为16Byte，已经固化，只能读取，采用厂家独特加密方式，被称为“块0”。

密码存储区：每个扇区的块7(即第8块)包含了该扇区的密码A(6Byte)、存取控制(4Byte)和密码B(6Byte)，是一个特殊的密码存储块，其余7块是一般的数据块。

标签设置区：扇区0的块1用于存放清零指令，占用16Byte，当储存数据已满时，执行自动清零功能。扇区0的块2用于可连续写数据与可擦除写数据，通过指令进行选择，占用16Byte；扇区0的块3存放NFC标签与手机的读写协议，不同手机、不同读写软件与标签读写协议相匹配才能成功读取数据信息。

数据存储区：扇区1-4的块1-7用于存储小时数据，定义为小时扇区，占用448Byte；扇区5-8的块1-7用于存储分钟数据，定义为分钟扇区，占用448Byte；扇区9-13的块1-7用于存储温度数据，定义为温度扇区，占用672Byte；扇区14-17的块1-7用于存储相对湿度数据，定义为湿度扇区，占用448Byte；扇区18-23的块17用于存储二氧化碳浓度，定义为二氧化碳浓度扇区，占用672Byte。

保留区：剩下的扇区块用于存储扩展区域，可以用来扩展更多的数据存储，也可以用来加密算法的升级与保存。

如图4所示是对温度的十位、个位、小数位以帧格式形式传送。控制中心采用内置晶振16MHz，时钟周期为62.5ns，每个数据执行时间为两个机器周期，即1500ns。写入的地址分布在相应的扇区块内，写入的方式采用逐字节读取，根据相应的帧格式，并采用奇检验法进行校验，确保数据传送指令的正确性。如写入温度为23.8度时：先写入温度的十位，帧格式为00000010，温度的个位为00000011，温度的小数点位为00001100，其相应的帧格式如图4所示。然后湿度数据、二氧化碳浓度采用同样的帧格式写入NFC标签中。写入地址在相应的小时扇区、分钟扇区、温度扇区、湿度扇区、二氧化碳浓度扇区。

实施例：

如图5记录某温室大棚室内信息，采集数据是从上午11点到下午3点。现在结合该具体实例对整个温室环境监控系统进行详细的说明：

步骤1：通过Arduino语言编写程序设置写数据总时间T为5小时，写数据时间间隔t为10分钟。通过调用指令设置NFC标签为可连续写数据状态，打开系统设备电源后，传感器处于睡眠状态，时钟模块处于工作状态。

步骤2：到达设定写时间间隔10分钟时，控制中心下达指令给传感器，将相应的小时、分钟、温度、湿度、二氧化碳浓度，从高位到低位，以二进制帧格式形式逐字节从高位到低位写入NFC标签中。不同数值、不同时间写入NFC标签相对应的小时扇区、分钟扇区、温度扇区、湿度扇区、二氧化碳浓度扇区内。具体写数据方式如图4所示。

步骤3：在控制中心将第一组数据写入标签后，传感器进入休眠状态，等待10分钟后，控制中心下达下一组数据读写指令，如此循环，直到到达规定写数据总时间5小时。控制中心启动短信模块给用户发送读取结束短信，提取用户使用手机进行数据读取，控制中心处于关闭状态，不再读取数据。

步骤4：用户使用手机读取的5个小时的数据信息共占用360Byte，用户可以根据需要延长或缩小数据读取总时间。用户用手机读到的是字符串如图5所示，包括小时、分钟、温度数值、湿度数值、二氧化碳浓度数值，共有12位数字组成，前两个字节表示小时；第三、四字节表示分钟；第五、六、七字节表示当前温度；第八、九字节表示温室的相对湿度；第十、十一、十二字节表示二氧化碳浓度。图5所示的第一组数据表示11时00分，温度为23.8度，相对湿度为86%，二氧化碳浓度为526ppm。

步骤5：在数据读取结束后，控制中心会调用NFC扇区的清零指令，对NFC标签数据进行清零处理，重新记录下一个总时间数据。

步骤6：将NFC手机读取的数据通过数据线从手机SD卡中导入电脑Access表格中，便于大量数据存储分析，如图6所示。

Claims (4)

1.基于NFC技术的温室环境监测系统，其特征在于：包括控制中心、用于采集温室环境数据的传感器、用于读写温室环境数据的NFC读写器和NFC标签，传感器的输出端连接控制中心并将采集到的温室环境数据传递给控制中心，控制中心的输出端连接NFC读写器，NFC读写器将采集到的数据通过模数转换写入NFC标签，NFC标签定时将数据通过短信发送给使用NFC手机的用户，还设有用于控制时间的时钟模块，时钟模块与控制中心连接。

2.根据权利要求1所述的基于NFC技术的温室环境监测系统，其特征在于：所述的传感器包括二氧化碳浓度传感器和温湿度传感器，且二氧化碳浓度传感器和温湿度传感器分别连接控制中心。

3.根据权利要求1所述的基于NFC技术的温室环境监测系统，其特征在于：对所述的NFC标签进行扇区与块的划分，包括小时扇区、分钟扇区、温湿度扇区和二氧化碳浓度扇区，并在各扇区写入相应数据。

4.根据权利要求1所述的基于NFC技术的温室环境监测系统的控制方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：通过控制中心设置写数据总时间T和写数据时间间隔t；

步骤二：到达设定写时间间隔t时控制中心下达数据读写指令给传感器，将时间、温室内环境的数据，以二进制帧格式从高位到低位写入NFC标签中；

步骤三：第一组数据读写完毕后，传感器进入休眠状态，再次等待时间t后，控制中心下达下一组数据读写指令给传感器，如此循环，直到到达写数据总时间T；

步骤四：系统发送数据读取结束短信给用户，控制中心关闭，不再读取数据；

步骤五：数据读取结束后，控制中心调用NFC扇区的清零指令对NFC标签数据进行清零处理。