自研温度传感芯片在智慧农业中的示范应用_朱文旗.pdf

现 代 电 子 技 术 M o d e r n E l e c t r o n i c s T e c h n i q u e J u n 2 0 2 2 V o l 4 5 N o 1 2 2 0 2 2 年 6 月 1 5 日 第 4 5 卷 第 1 2 期 0 引 言 在 农 业 生 产 领 域 最 具 标 志 性 的 生 产 技 术 是 温 室 大 棚 种 植 技 术 1 温 室 大 棚 需 要 对 许 多 环 境 因 素 进 行 调 控 如 温 度 光 照 湿 度 二 氧 化 碳 浓 度 等 但 在 诸 多 因 素 中 温 度 控 制 是 最 为 基 础 的 2 温 度 作 为 环 境 的 重 要 指 标 之 一 其 本 身 具 有 时 滞 性 和 强 非 线 性 除 此 之 外 温 室 大 棚 内 的 温 度 控 制 还 有 两 大 难 题 1 干 扰 因 素 多 温 室 大 棚 是 一 个 半 封 闭 半 开 放 的 循 环 系 统 大 棚 内 温 度 易 受 到 外 界 气 候 的 干 扰 与 影 响 光 照 是 影 响 大 棚 内 温 度 湿 度 的 关 键 要 素 室 外 空 气 温 度 湿 度 土 壤 性 质 都 会 影 响 室 内 温 度 和 湿 度 的 稳 定 性 3 2 分 布 不 均 匀 以 北 方 常 见 的 蔬 菜 大 棚 为 例 大 棚 D O I 1 0 1 6 6 5 2 j i s s n 1 0 0 4 3 7 3 x 2 0 2 2 1 2 0 0 4 引 用 格 式 朱 文 旗 常 昊 刘 超 超 等 自 研 温 度 传 感 芯 片 在 智 慧 农 业 中 的 示 范 应 用 J 现 代 电 子 技 术 2 0 2 2 4 5 1 2 1 9 2 4 自 研 温 度 传 感 芯 片 在 智 慧 农 业 中 的 示 范 应 用 朱 文 旗 1 常 昊 2 刘 超 超 3 王 洪 昌 4 李 万 里 4 鉴 海 防 4 1 北 方 工 业 大 学 北 京 1 0 0 1 4 4 2 中 国 科 学 院 微 电 子 研 究 所 北 京 1 0 0 0 2 9 3 北 京 天 创 金 农 科 技 有 限 公 司 北 京 1 0 0 0 2 5 4 中 国 科 学 院 半 导 体 研 究 所 北 京 1 0 0 0 8 3 摘 要 温 室 蔬 菜 大 棚 作 为 农 业 生 产 的 重 要 基 础 设 施 是 智 慧 农 业 的 一 个 重 要 组 成 部 分 为 此 文 中 设 计 一 种 基 于 自 主 研 发 的 数 字 温 度 传 感 器 芯 片 I C 2 0 3 1 测 温 系 统 相 比 于 传 统 的 模 拟 温 度 传 感 器 测 温 方 案 该 系 统 可 显 著 提 高 电 路 的 抗 干 扰 能 力 并 简 化 主 控 电 路 结 构 系 统 主 控 单 元 采 用 S T M 3 2 单 片 机 作 为 控 制 核 心 通 过 S M B u s 通 信 接 口 读 取 传 感 器 芯 片 测 温 值 并 显 示 在 液 晶 模 块 中 同 时 S T M 3 2 通 过 串 口 和 W i F i 模 块 进 行 数 据 的 有 线 和 无 线 传 输 配 合 P C 端 的 温 度 监 控 软 件 可 对 大 棚 内 各 测 温 节 点 进 行 监 测 和 统 计 实 验 结 果 表 明 I C 2 0 3 1 温 度 传 感 器 芯 片 具 有 准 确 稳 定 的 测 温 数 据 该 测 温 系 统 可 有 效 解 决 温 室 大 棚 中 测 温 不 便 统 计 难 度 大 等 问 题 关 键 词 芯 片 应 用 温 度 传 感 芯 片 智 慧 农 业 温 室 大 棚 测 温 系 统 数 据 采 集 远 程 通 信 中 图 分 类 号 T N 3 4 4 3 4 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 0 0 4 3 7 3 X 2 0 2 2 1 2 0 0 1 9 0 6 D e m o n s t r a t i o n a p p l i c a t i o n o f s e l f d e v e l o p e d t e m p e r a t u r e s e n s o r c h i p i n w i s d o m a g r i c u l t u r e Z H U W e n q i 1 C H A N G H a o 2 L I U C h a o c h a o 3 W A N G H o n g c h a n g 4 L I W a n l i 4 J I A N H a i f a n g 4 1 N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y B e i j i n g 1 0 0 1 4 4 C h i n a 2 I n s t i t u t e o f M i c r o e l e c t r o n i c s C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e B e i j i n g 1 0 0 0 2 9 C h i n a 3 B e i j i n g T i a n c h u a n g J i n n o n g T e c h n o l o g y C o L t d B e i j i n g 1 0 0 0 2 5 C h i n a 4 I n s t i t u t e o f S e m i c o n d u c t o r s C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a A b s t r a c t A s a n i m p o r t a n t i n f r a s t r u c t u r e f o r a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n v e g e t a b l e g r e e n h o u s e h a s n a t u r a l l y b e c o m e a n i m p o r t a n t p a r t o f w i s d o m a g r i c u l t u r e O n t h i s b a s i s a t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s y s t e m b a s e d o n t h e s e l f d e v e l o p e d d i g i t a l t e m p e r a t u r e s e n s o r c h i p I C 2 0 3 1 i s d e s i g n e d I n c o m p a r i s o n w i t h t h e t r a d i t i o n a l t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s o l u t i o n w i t h a n a l o g t e m p e r a t u r e s e n s o r t h i s s y s t e m c a n s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e a n t i i n t e r f e r e n c e a b i l i t y o f t h e c i r c u i t a n d s i m p l i f y t h e m a i n c o n t r o l c i r c u i t s t r u c t u r e I n t h e m a i n c o n t r o l u n i t t h e S T M 3 2 s i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e r i s u s e d a s t h e c o n t r o l c o r e t o r e a d t h e t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t v a l u e o f t h e s e n s o r c h i p b y m e a n s o f t h e S M B u s c o m m u n i c a t i o n i n t e r f a c e a n d d i s p l a y i t i n t h e L C D m o d u l e A t t h e s a m e t i m e S T M 3 2 c a n p e r f o r m t h e w i r e d a n d w i r e l e s s d a t a t r a n s m i s s i o n b y m e a n s o f t h e s e r i a l p o r t a n d W i F i m o d u l e a n d c a n c o o p e r a t e w i t h t h e t e m p e r a t u r e m o n i t o r i n g s o f t w a r e o n t h e P C s i d e t o m o n i t o r a n d c o u n t t h e t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t n o d e s i n t h e g r e e n h o u s e T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e I C 2 0 3 1 t e m p e r a t u r e s e n s o r c h i p c a n o b t a i n a c c u r a t e a n d s t a b l e t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t d a t a a n d c a n e f f e c t i v e l y d e a l w i t h t h e i n c o n v e n i e n t t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t a n d s t a t i s t i c s d i f f i c u l t y i n t h e g r e e n h o u s e i n c o m b i n a t i o n w i t h t h e t e m p e r a t u r e m e a s u r i n g s y s t e m K e y w o r d s c h i p a p p l i c a t i o n t e m p e r a t u r e s e n s o r c h i p w i s d o m a g r i c u l t u r e g r e e n h o u s e s t e m p e r a t u r e d e t e c t i o n s y s t e m d a t a c o l l e c t i o n r e m o t e c o m m u n i c a t i o n 收 稿 日 期 2 0 2 1 1 1 1 1 修 回 日 期 2 0 2 1 1 2 2 0 基 金 项 目 北 京 市 科 技 计 划 Z 1 9 1 1 0 0 0 1 0 6 1 8 0 0 1 1 9 1 9现 代 电 子 技 术 2 0 2 2 年 第 4 5 卷 往 往 会 建 成 一 个 扇 形 空 间 这 种 结 构 自 身 的 空 间 分 布 就 是 不 均 匀 的 再 加 上 设 备 分 布 太 阳 辐 射 的 不 均 匀 性 使 得 大 棚 内 的 温 度 分 布 差 异 较 大 据 统 计 大 棚 内 高 低 温 差 2 可 以 达 到 4 6 而 市 面 上 的 温 控 系 统 多 采 取 电 阻 式 的 温 度 传 感 器 存 在 精 度 低 反 应 慢 等 不 足 4 模 拟 温 度 传 感 器 如 T M P 2 3 5 使 用 模 拟 输 出 方 式 来 传 递 温 度 在 使 用 时 需 要 A D C 模 块 对 其 输 出 进 行 数 字 化 并 查 表 确 定 温 度 5 而 系 统 所 使 用 的 自 研 I C 2 0 3 1 温 度 传 感 器 内 部 使 用 S M B u s 通 信 接 口 结 合 低 功 耗 A D C 设 计 技 术 以 及 内 部 的 校 准 算 法 可 以 大 幅 提 高 测 温 精 度 和 系 统 的 适 用 性 使 温 度 监 控 系 统 更 加 智 能 化 和 数 字 化 1 系 统 整 体 设 计 本 文 I C 2 0 3 1 测 温 系 统 主 要 用 于 对 蔬 菜 大 棚 的 温 度 实 时 检 测 显 示 和 统 计 其 整 体 框 架 如 图 1 所 示 该 系 统 控 制 核 心 为 S T M 3 2 F 1 0 3 单 片 机 外 接 5 V 直 流 电 源 进 行 供 电 通 过 I C 2 0 3 1 温 度 传 感 器 获 取 温 度 值 并 显 示 在 0 9 6 寸 液 晶 屏 幕 上 同 时 温 度 的 实 时 情 况 通 过 A T K E S P 8 2 6 6 W i F i 模 块 上 传 到 上 位 机 方 便 用 户 观 察 和 统 计 图 1 I C 2 0 3 1 测 温 系 统 整 体 框 架 2 I C 2 0 3 1 自 研 温 度 传 感 器 芯 片 温 度 传 感 部 分 的 设 计 为 本 文 的 重 点 传 感 采 用 自 研 的 I C 2 0 3 1 芯 片 为 实 现 高 精 度 快 响 应 低 损 耗 低 成 本 的 指 标 芯 片 设 计 过 程 中 采 用 了 以 下 关 键 技 术 2 1 基 于 S M B u s 通 信 接 口 复 用 设 计 技 术 基 于 S M B u s 通 信 协 议 复 用 设 计 实 现 封 装 后 校 准 芯 片 的 关 键 技 术 在 于 校 准 指 令 与 内 部 电 路 的 匹 配 和 校 准 方 案 的 设 计 设 计 的 指 令 和 数 据 的 格 式 为 8 位 指 令 的 低 7 位 包 含 的 信 息 是 操 作 地 址 最 高 位 代 表 操 作 的 类 型 S D A 数 据 配 合 S C L 将 指 令 打 入 指 令 寄 存 器 中 指 令 译 码 器 对 指 令 寄 存 器 的 输 出 进 行 译 码 得 到 指 令 中 操 作 类 型 和 操 作 地 址 的 信 息 之 后 操 作 数 据 被 存 储 在 数 据 总 线 寄 存 器 中 最 后 根 据 指 令 译 码 器 的 输 出 将 指 令 的 操 作 地 址 通 道 打 开 数 据 被 送 到 地 址 对 应 的 寄 存 器 中 6 本 文 设 计 的 封 装 后 在 线 校 准 方 案 中 电 路 实 现 是 通 过 S M B u s 总 线 指 令 将 数 据 写 入 校 准 模 块 中 在 模 拟 烧 录 的 模 式 下 对 芯 片 的 带 隙 基 准 电 压 进 行 修 调 达 到 要 求 后 再 通 过 指 令 控 制 将 修 调 位 的 熔 丝 熔 断 达 到 温 度 校 准 的 目 的 2 2 低 功 耗 设 计 技 术 低 功 耗 的 A D C 设 计 技 术 是 基 于 S A R 型 A D C 采 样 电 路 使 用 开 关 电 容 来 传 递 电 压 的 设 计 转 换 电 路 使 用 时 序 分 时 控 制 A D 转 换 电 路 工 作 时 序 包 括 采 样 和 转 换 两 个 阶 段 在 采 样 阶 段 采 样 开 关 打 开 前 面 的 核 心 感 温 电 路 将 差 分 信 号 输 入 A D C 采 样 电 容 的 一 端 基 准 电 路 将 基 准 电 压 V R E F 输 入 到 采 样 电 容 的 另 一 端 采 样 电 容 会 记 录 两 端 的 电 压 差 此 时 比 较 器 不 工 作 串 并 数 据 转 换 电 路 保 持 清 零 状 态 采 样 结 束 后 采 样 开 关 关 闭 基 准 电 路 的 输 出 端 关 闭 采 样 电 容 的 输 入 端 接 地 输 出 端 电 压 下 降 在 网 络 的 电 荷 重 新 分 配 的 作 用 下 比 较 器 V P 和 V M 两 端 的 输 入 压 差 比 例 缩 小 比 较 器 开 始 工 作 比 较 采 样 保 持 电 路 输 出 与 D A C 输 出 的 大 小 并 将 结 果 存 储 在 逐 次 逼 近 型 寄 存 器 中 寄 存 器 的 输 出 反 馈 回 D A C 电 路 得 到 一 个 新 的 基 准 电 压 新 的 电 压 输 入 到 比 较 器 中 进 行 下 一 次 转 换 结 果 同 样 存 储 在 寄 存 器 中 如 此 循 环 工 作 A D C 进 行 逐 次 比 较 直 到 D A C 输 出 电 压 逐 渐 逼 近 参 考 电 压 串 并 数 据 转 换 电 路 输 出 相 应 的 并 行 结 果 数 据 转 换 阶 段 结 束 A D C 清 零 工 作 状 态 恢 复 至 采 样 阶 段 A D 转 换 一 次 过 程 结 束 2 3 校 准 算 法 设 计 在 集 成 电 路 制 造 加 工 时 工 艺 偏 差 会 使 得 制 造 加 工 出 的 产 品 存 在 一 定 误 差 因 此 在 设 计 中 需 要 既 考 虑 工 艺 偏 差 还 预 留 冗 余 设 计 但 由 于 电 路 工 作 状 态 的 高 精 细 度 导 致 电 路 仅 能 在 一 定 范 围 内 消 除 工 艺 偏 差 使 电 路 工 作 状 态 符 合 预 期 当 工 艺 偏 差 超 出 冗 余 设 计 的 匹 配 能 力 时 会 导 致 电 路 工 作 状 态 不 能 满 足 预 期 要 求 所 以 本 文 在 电 路 设 计 中 引 入 补 偿 校 准 逻 辑 电 路 以 解 决 工 艺 偏 差 带 来 的 负 面 影 响 保 证 设 计 制 造 的 集 成 电 路 处 于 正 常 工 作 状 态 并 能 够 输 出 满 足 性 能 指 标 要 求 的 结 果 温 度 补 偿 校 准 流 程 如 图 2 所 示 图 2 温 度 校 准 流 程 3 硬 件 设 计 温 度 传 感 器 新 的 应 用 场 景 是 温 度 传 感 器 芯 片 设 计 与 相 关 外 围 应 用 电 路 设 计 的 全 新 方 向 2 0第 1 2 期 本 设 计 基 于 自 主 研 发 的 本 地 远 端 双 通 道 数 字 式 传 感 芯 片 并 将 其 应 用 在 智 能 生 态 智 能 农 业 等 典 型 的 温 湿 度 传 感 器 芯 片 应 用 场 合 本 文 高 性 能 温 度 传 感 芯 片 的 有 效 设 计 需 要 搭 建 简 洁 合 适 的 外 围 电 路 芯 片 外 围 电 路 设 计 如 图 3 所 示 图 3 芯 片 外 围 电 路 设 计 3 1 数 字 式 温 度 传 感 芯 片 I C 2 0 3 1 I C 2 0 3 1 是 带 有 内 置 本 地 温 度 传 感 器 的 远 程 温 度 传 感 器 监 视 器 远 程 温 度 传 感 器 二 极 管 连 接 的 晶 体 管 通 常 是 低 成 本 的 N P N 或 P N P 型 晶 体 管 或 微 控 制 器 微 处 理 器 或 F P G A 中 的 二 极 管 对 于 多 个 集 成 电 路 远 程 精 度 为 1 无 需 校 准 二 极 管 连 接 晶 体 管 远 程 感 温 电 路 如 图 4 所 示 其 中 两 线 串 行 接 口 接 收 S M B u s 写 字 节 读 字 节 发 送 字 节 和 接 收 字 节 命 令 来 配 置 设 备 产 品 包 括 串 联 电 阻 消 除 可 编 程 非 理 想 因 子 宽 的 远 程 温 度 测 量 范 围 最 高 可 达 1 5 0 和 二 极 管 故 障 检 测 图 4 二 极 管 连 接 晶 体 管 远 程 感 温 电 路 3 2 主 控 电 路 S T M 3 2 F 1 0 3 器 件 采 用 C o r t e x M 3 内 核 C P U 最 高 速 度 达 7 2 M H z 该 产 品 系 列 具 有 1 6 K B 1 M B F L A S H 多 种 控 制 外 设 U S B 全 速 接 口 和 C A N S T M 3 2 具 有 高 效 的 I 2 C 接 口 方 便 与 多 种 外 部 设 备 进 行 通 信 与 本 设 计 中 的 数 字 式 温 度 传 感 芯 片 可 进 行 稳 定 高 速 地 交 互 S T M 3 2 核 心 板 支 持 高 速 信 号 输 出 温 度 信 息 可 视 化 能 够 得 到 体 现 7 3 3 显 示 设 置 O L E D 液 晶 显 示 装 置 的 优 点 在 于 显 示 清 晰 数 据 显 示 量 大 使 用 方 便 操 作 简 单 本 设 计 中 使 用 一 块 0 9 6 寸 O L E D 显 示 屏 来 进 行 温 度 显 示 当 用 户 在 布 置 单 个 节 点 温 度 传 感 器 时 可 以 随 时 进 行 查 看 提 高 传 感 器 布 控 的 效 率 8 O L E D 显 示 驱 动 电 路 如 图 5 所 示 图 5 O L E D 显 示 驱 动 电 路 3 4 数 字 式 温 度 传 感 芯 片 P C B 板 设 计 实 际 的 数 字 式 温 度 传 感 芯 片 P C B 与 原 理 图 设 计 均 使 用 C a d a n c e C a p t u r e C I S 与 C a d a n c e P C B E d i t o r 强 大 的 设 计 软 件 进 行 芯 片 外 围 电 路 原 理 图 与 P C B 版 图 如 图 6 所 示 二 极 管 连 接 晶 体 管 远 程 感 温 电 路 P C B 版 图 如 图 7 所 示 图 6 芯 片 外 围 电 路 原 理 图 与 P C B 版 图 朱 文 旗 等 自 研 温 度 传 感 芯 片 在 智 慧 农 业 中 的 示 范 应 用 2 1现 代 电 子 技 术 2 0 2 2 年 第 4 5 卷 图 7 二 极 管 连 接 晶 体 管 远 程 感 温 电 路 P C B 版 图 4 系 统 的 部 署 与 应 用 智 能 化 蔬 菜 大 棚 温 度 检 测 系 统 适 用 于 蔬 菜 大 棚 机 房 粮 仓 等 室 内 环 境 中 通 过 在 多 个 观 测 点 布 置 传 感 器 芯 片 实 现 对 整 体 空 间 内 的 温 度 检 测 并 将 温 度 数 据 实 时 反 馈 至 中 控 平 台 建 模 生 成 环 境 温 度 场 9 同 时 配 合 空 调 加 热 器 风 扇 等 温 控 设 备 实 现 环 境 内 温 度 的 智 能 调 节 4 1 智 能 化 温 度 监 控 软 件 P C 端 温 度 监 控 软 件 采 用 C 语 言 编 写 编 程 环 境 为 V i s u a l S t u d i o 2 0 1 7 基 于 N E T F r a m e w o r k 框 架 可 以 安 装 于 绝 大 多 数 W i n d o w s 操 作 系 统 的 计 算 机 中 其 界 面 如 图 8 所 示 程 序 主 要 用 于 接 收 中 控 单 元 通 过 A T K E S P 8 2 6 6 发 送 的 温 度 数 据 并 显 示 在 图 形 化 界 面 中 同 时 支 持 用 户 数 据 的 本 地 保 存 图 8 P C 端 温 度 监 控 软 件 界 面 4 2 中 控 单 元 中 控 单 元 是 主 控 计 算 机 与 温 度 传 感 器 之 间 的 桥 梁 将 温 度 传 感 器 芯 片 发 送 的 数 据 进 行 解 析 并 发 送 至 主 控 计 算 机 同 时 将 计 算 机 发 出 的 指 令 转 换 为 传 感 器 芯 片 可 以 识 别 的 动 作 指 令 1 0 中 控 单 元 基 于 S T M 3 2 F 1 0 3 程 序 采 用 C 语 言 编 写 编 程 环 境 为 K e i l V i s i o n 5 并 借 助 S T M 3 2 C u b M X 开 发 工 具 初 始 化 端 口 利 用 其 提 供 的 H A L 库 函 数 能 极 大 地 简 化 开 发 过 程 1 1 程 序 在 设 计 过 程 中 使 用 模 块 化 编 程 的 方 法 主 要 的 模 块 有 I C 2 0 3 1 温 度 采 集 模 块 O L E D 显 示 模 块 串 口 输 出 模 块 和 W i F i 传 输 模 块 可 在 主 函 数 中 将 各 模 块 初 始 化 调 用 执 行 实 现 指 定 功 能 其 整 体 流 程 如 图 9 所 示 各 模 块 运 行 步 骤 如 下 1 系 统 初 始 化 位 于 单 片 机 程 序 的 起 始 位 置 主 要 由 H A L 库 函 数 实 现 依 次 对 串 口 I 2 C 和 液 晶 模 块 进 行 初 始 化 1 2 2 获 取 温 度 数 据 此 部 分 为 单 片 机 程 序 的 关 键 准 确 的 温 度 数 据 是 整 个 系 统 稳 定 有 效 的 基 础 通 过 单 片 机 向 I C 2 0 3 1 温 度 传 感 器 芯 片 的 指 定 I 2 C 地 址 发 送 和 接 收 指 令 实 现 进 行 测 温 功 能 的 参 数 配 置 和 温 度 数 据 的 获 取 最 后 单 片 机 将 读 取 到 的 十 六 进 制 温 度 数 据 转 换 为 十 进 制 等 待 使 用 3 O L E D 显 示 模 块 O L E D 模 块 的 配 置 提 高 了 单 个 温 度 传 感 器 模 块 的 可 视 化 效 果 方 便 用 户 观 察 单 个 节 点 的 温 度 数 据 该 模 块 主 要 包 括 清 空 显 示 屏 数 据 显 示 和 刷 新 显 示 屏 三 部 分 4 检 测 模 块 功 能 主 要 用 于 和 主 控 计 算 机 间 通 过 串 口 模 块 进 行 数 据 传 输 配 置 串 口 工 作 模 式 为 异 步 传 输 然 后 向 计 算 机 发 送 数 据 并 等 待 应 答 5 A T K E S P 8 2 6 6 传 输 通 过 该 模 块 可 以 实 现 同 一 W i F i 环 境 下 中 控 单 元 和 主 控 计 算 机 之 间 的 无 线 数 据 传 输 1 3 配 置 E S P 8 2 6 6 为 S T A 模 式 然 后 建 立 T C P I P 协 议 进 行 数 据 传 输 图 9 单 片 机 程 序 整 体 流 程 4 3 温 度 传 感 器 布 控 温 度 传 感 芯 片 作 为 感 知 探 头 是 整 套 系 统 的 数 据 来 源 针 对 示 范 环 境 对 温 度 控 制 要 求 高 布 置 多 个 测 试 节 点 的 应 用 需 求 采 用 本 项 目 研 制 的 智 能 化 高 精 度 本 地 远 端 多 通 道 温 度 传 感 芯 片 作 为 感 知 单 元 辅 以 远 端 测 温 二 极 管 实 现 对 整 个 示 范 环 境 温 度 的 高 精 度 监 测 和 控 制 用 户 可 以 根 据 实 际 需 求 在 大 棚 内 布 置 单 个 测 温 节 点 也 可 以 进 行 多 节 点 的 布 控 从 而 实 现 对 整 个 大 棚 空 2 2第 1 2 期 间 内 温 度 的 测 量 单 节 点 与 双 节 点 布 控 示 意 图 见 图 1 0 图 1 0 温 度 传 感 芯 片 的 单 节 点 与 多 节 点 布 控 5 实 际 测 温 效 果 5 1 空 气 温 度 测 量 空 气 温 度 测 量 示 意 图 如 图 1 1 所 示 在 实 际 测 温 过 程 中 将 温 度 传 感 器 和 中 控 单 元 进 行 封 装 从 而 实 现 美 观 防 潮 的 效 果 方 便 系 统 在 实 际 环 境 中 的 部 署 图 1 1 空 气 温 度 测 量 5 2 系 统 在 大 棚 现 场 内 部 署 在 实 际 测 试 中 完 成 了 系 统 在 大 棚 内 的 部 署 如 图 1 2 所 示 从 用 户 的 反 馈 来 看 系 统 测 温 准 确 稳 定 可 以 进 一 步 推 广 使 用 5 3 测 温 精 度 为 验 证 系 统 的 测 温 精 度 选 用 1 0 只 I C 2 0 3 1 芯 片 在 恒 温 箱 内 进 行 测 温 测 温 范 围 选 取 5 5 1 2 5 测 温 间 隔 选 取 2 测 温 结 束 后 将 1 0 只 晶 体 管 的 温 度 值 取 平 均 再 经 过 系 统 校 正 后 与 真 实 温 度 进 行 对 比 结 果 如 图 1 3 所 示 由 图 1 3 可 以 发 现 测 试 温 度 线 与 真 实 温 度 线 重 合 度 较 高 说 明 I C 2 0 3 1 具 有 较 高 的 测 温 精 度 可 以 用 于 蔬 菜 大 棚 内 的 温 度 检 测 图 1 2 大 棚 现 场 图 图 1 3 测 试 温 度 与 真 实 温 度 对 比 5 4 测 温 速 度 将 本 系 统 使 用 的 I C 2 0 3 1 测 温 模 块 与 市 面 上 常 用 的 S H T 3 0 测 温 模 块 进 行 对 比 测 温 结 果 如 图 1 4 所 示 在 对 两 个 模 块 同 时 进 行 加 温 时 发 现 I C 2 0 3 1 对 温 度 有 更 高 的 敏 感 性 并 且 升 温 降 温 要 远 快 于 S H T 3 0 可 以 更 加 及 时 精 确 地 获 取 温 度 数 据 测 温 效 果 更 好 6 结 语 本 文 设 计 的 智 能 化 蔬 菜 大 棚 温 度 检 测 系 统 通 过 单 片 机 S T M 3 2 F 1 0 3 来 读 取 温 度 传 感 器 I C 2 0 3 1 温 度 寄 存 器 中 的 数 据 然 后 对 其 进 行 处 理 并 实 时 显 示 在 O L E D 液 晶 朱 文 旗 等 自 研 温 度 传 感 芯 片 在 智 慧 农 业 中 的 示 范 应 用 2 3现 代 电 子 技 术 2 0 2 2 年 第 4 5 卷 屏 上 且 通 过 A T K E S P 8 2 6 6 模 块 通 过 W i F i 将 数 据 传 给 P C 上 位 机 方 便 用 户 观 察 和 统 计 图 1 4 I C 2 0 3 1 与 S H T 3 0 测 温 效 果 对 比 实 际 测 温 结 果 表 明 本 文 系 统 结 构 简 单 调 试 方 便 处 理 数 据 快 速 灵 活 且 I C 2 0 3 1 传 感 器 测 温 稳 定 准 确 说 明 该 系 统 设 计 方 案 正 确 可 行 可 有 效 实 现 蔬 菜 大 棚 等 复 杂 环 境 的 分 布 式 温 度 检 测 参 考 文 献 1 赵 云 娥 张 风 彦 吴 怡 晖 基 于 A r d u i n o 的 智 慧 农 业 大 棚 监 控 系 统 设 计 J 单 片 机 与 嵌 入 式 系 统 应 用 2 0 1 9 1 9 4 7 2 7 6 2 王 淏 刘 强 温 室 大 棚 温 度 自 动 控 制 系 统 技 术 研 究 J 江 西 农 业 2 0 2 0 1 0 3 9 4 0 3 罗 小 亚 吴 玛 佳 基 于 S T C 8 9 C 5 2 大 棚 室 内 D H T 1 1 温 湿 度 控 制 器 设 计 J 河 南 科 技 2 0 1 8 3 4 5 7 5 8 4 李 锐 基 于 A T 8 9 C 5 1 单 片 机 的 大 棚 温 控 系 统 设 计 J 电 子 制 作 2 0 2 0 2 8 1 0 5 B E R T W e i s s A L A I N S t a s 用 模 拟 温 度 传 感 器 更 快 速 更 轻 松 地 开 发 数 字 温 度 计 J 中 国 电 子 商 情 基 础 电 子 2 0 1 9 5 2 9 3 1 6 王 芬 芬 冯 海 英 丁 柯 一 种 兼 容 S M B u s 协 议 的 I 2 C 总 线 控 制 器 的 设 计 J 电 子 与 封 装 2 0 1 8 1 8 9 2 0 2 5 7 程 可 郭 悦 立 王 宁 高 寒 地 区 无 人 值 守 台 站 利 用 S T M 3 2 单 片 机 进 行 观 测 环 境 温 控 的 研 究 J 科 技 创 新 与 应 用 2 0 2 1 8 9 3 9 5 8 刘 红 恩 刘 金 龙 基 于 A R M 单 片 机 的 小 区 智 能 安 防 报 警 系 统 设 计 与 实 现 J 科 技 与 创 新 2 0 1 7 1 7 4 8 5 0 9 刘 艳 昌 孙 华 吴 纪 红 等 基 于 机 器 人 的 温 室 大 棚 环 境 智 能 监 控 系 统 J 江 苏 农 业 科 学 2 0 1 7 4 5 1 6 2 1 4 2 1 8 1 0 尧 永 春 韦 学 谦 蔡 枝 尚 A T C 智 能 数 据 采 集 系 统 设 计 J 科 技 视 界 2 0 2 0 7 2 3 4 2 3 6 1 1 李 建 波 张 永 亮 梁 振 华 S T M 3 2 C u b e M X 定 时 器 中 断 回 调 函 数 的 研 究 J 电 脑 知 识 与 技 术 2 0 2 0 1 6 8 2 4 8 2 4 9 1 2 王 史 春 基 于 S T M 3 2 的 H A L 库 和 固 件 库 嵌 入 式 产 品 开 发 研 究 J 电 子 测 试 2 0 2 0 1 0 7 1 7 2 1 3 王 昊 宇 李 国 利 周 创 等 基 于 E S P 8 2 6 6 的 温 室 大 棚 远 程 监 控 系 统 设 计 J 科 技 创 新 与 应 用 2 0 2 1 6 5 3 5 6 作 者 简 介 朱 文 旗 1 9 9 5 男 山 东 潍 坊 人 硕 士 研 究 生 研 究 方 向 为 集 成 电 路 设 计 常 昊 1 9 9 5 男 山 东 淄 博 人 博 士 研 究 生 研 究 方 向 为 集 成 电 路 可 靠 性 刘 超 超 1 9 8 8 女 山 东 潍 坊 人 硕 士 工 程 师 研 究 方 向 为 农 产 品 加 工 与 贮 藏 工 程 王 洪 昌 1 9 9 6