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基于CC2541的BLE雾培控制系统设计

时间:2019-03-22 02:55来源:未知 作者:admin 点击:
基于 CC2541 的 BLE 雾培控制系统设计
周礼达1,2,董佳琪1,2,张佳卿1,2( 1. 上海计算机软件技术开发中心,上海 201112; 2. 上海嵌入式系统应用工程技术研究中心,上海 201112)

0 引言
气雾培是当前世界上最为前沿的无土栽培技术,它与水培技术相比,可以节省更多的能源与更少的水份及营养液的外排浪费,是一种最适合于工厂化立体化高效率栽培的植物培育新方式。传统气雾栽培依赖人工调控,智能化低、改造困难、建设成本高。
本文针对雾培系统的需求设计了一套雾培控制系统,通过使用 TI CC2541 芯片构建一个 BLE 的无线控制系统,系统具有轻便、小巧、部署灵活等特点。通过移动终端操作,实现有机蔬菜的雾培种植。

1 系统结构
完整的气雾培栽培管理系统包含生长环境控制、气雾喷灌、营养液循环几个部分,针对气雾栽培的情况本文设计的雾培控制系统结构如图 1 所示。通过温湿度传感器、光照度传感器、营养液 EC 计、液温传感器等各类传感器来感知作物的生长环境和整个种植系统的运行情况; 通过植物生长灯、电磁阀等功能设备来控制植物生长。其中节点设备采用 CC2541 实现,通过有线方式与各类传感器和各功能设备连接,实现对温湿度传感器、液位报警器等传感设备的数据采集,同时实现对植物生长灯、电磁阀等种植设备的驱动控制。控制终端采用移动终端实现( 为获得 BLE 的支持,移动终端操作系统版本需高于 Android 4. 3) ,其通过 BLE 技术与节点设备无线连接,实现对种植信息和种植设备的现场监测和控制。
基于 CC2541 的 BLE 雾培控制系统
2 硬件设计
2. 1 处理器单元
处理器单元是节点设备的核心,用来实现对各个种植传感器的数据采集并实现对各个种植设备的驱动控制。处理器单元主要由 CC2541 组成,CC2541 内部成了一个标准的增强型 8051MCU 和一个 RF 收发器,并集 成 了 128 /256KB 可 编 程 flash 存 储 器、8KBRAM 和其他功能强大的特性和外设。CC2541 处理器单元的电路设计十分简便,体积非常小巧,其外设电路如图 2 所示。为使 CC2541 正常工作,外部仅需 2 个晶振,32 MHz 和 32. 768 kHz。不需要休眠时,32. 768kHz 的石英晶振可不用。

2. 2 射频单元
由于 CC2541 集成了 2. 4 GHz 符合 BLE 规范的RF 片载系统,能够支持 250 kbit /s、500 kbit /s、1 Mbit /s、2 Mbit /s 速率的数据传输,支持最高可达0 dBm 的可编程输出功率。因此射频单元的设计变得十分简洁,主要包括天线的选择、天线匹配电路的设计。PCB 天线和 SMA 杆状天线都是可选的方案,为了获得远距离传输下的信号收发效果,建议选用高增益的 SMA 杆状天线。匹配电路的好坏对通信距离、系统功耗也有较大影响。射频单元的匹配电路如图 3 电路所示,设计采用巴伦匹配电路,仅需几个简单的阻容网络即实现复杂的 RF 前端,并接入芯片 RF_N 和 RF_P 引脚,构成完整的射频单元。
射频单元原理图

(责任编辑:admin)
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