關(guān)鍵詞：nRF52832；微信小程序；傳感器；智慧農(nóng)業(yè)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.04.030

中圖分類號(hào)：TP368.33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2025）04-0087-03

Abstract： This article analyzes a soil detection and improvement suggestion system based on the nRF52832 development kit and WeChat mini program，aimed at helping users beterunderstand and utilize soil data.The system connects the datacollectionsensor with the nRF52832 development kit，and uses the Bluetooth functionof nRF52832 to broadcastvarioussoildatacollectedbythesensorviaBluetooth.Themini programreceives theBluetooth broadcast data，comparesandanalyzes it，and provides soilimprovementsuggestions.Enableusers toimprovesoilconditions in atargeted manner，ensuring thatplantsarein themost suitablesoilenvironment forgrowth.The implementationof this system can help users beter understand the meaning of soil data， make beter useof soil data，improve planting efficiency， and play a positive role in resource efficient utilization.

Keywords： nRF52832; WeChat mini program; sensors; smart agriculture

隨著居民審美需求及生活品質(zhì)提升需求，花卉產(chǎn)品消費(fèi)的頻次與檔次日益提升。作為美好生活的重要載體，花卉行業(yè)在未來(lái)具有廣闊的發(fā)展空間。預(yù)計(jì)花卉種植人口將不斷增多，人們對(duì)高效種植花卉的需求日益顯現(xiàn)。然而各種因素的干擾使得人們很難抽出時(shí)間對(duì)種植知識(shí)系統(tǒng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)?？释咝ХN植花卉卻難有精力學(xué)習(xí)種植知識(shí)的人們對(duì)簡(jiǎn)單而又高效地獲取種植知識(shí)的需求強(qiáng)勁。為滿足這一需求，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將著力點(diǎn)放在土壤上。因?yàn)闆Q定花卉長(zhǎng)勢(shì)的最關(guān)鍵因素是土壤，土壤的溫度、濕度、氮磷鉀含量、EC值等決定著植物是否能茁壯成長(zhǎng)。如果能夠有針對(duì)性地改善土壤環(huán)境，就能讓植物更健康地成長(zhǎng)。因此，通過(guò)藍(lán)牙物聯(lián)網(wǎng)、微信小程序等技術(shù)的使用，設(shè)計(jì)出能夠教用戶有針對(duì)性地改善土壤檢測(cè)與改善方案系統(tǒng)，對(duì)用戶種植的簡(jiǎn)易化有重要意義。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件部分包括土壤數(shù)據(jù)傳感器和nRF52832開(kāi)發(fā)套件。傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、濕度、氮磷鉀含量、EC值、電導(dǎo)率等，探針式結(jié)構(gòu)緊湊設(shè)計(jì)適合直接插入土壤使用，大大降低了用戶使用難度。nRF52832作為控制芯片，負(fù)責(zé)向傳感器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)與接收傳感器采集的土壤數(shù)據(jù)，并通過(guò)低功耗藍(lán)牙廣播技術(shù)將采集的土壤數(shù)據(jù)發(fā)送至微信小程序。其低功耗和高性能的特性使其非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，能夠確保本系統(tǒng)的土壤數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與更新。

軟件部分主要是微信小程序，它負(fù)責(zé)接收、處理和展示土壤傳感器采集的數(shù)據(jù)，并給出土壤改善建議。當(dāng)用戶啟動(dòng)小程序后便開(kāi)始初始化，小程序會(huì)顯示初始化進(jìn)度，若設(shè)備初始化失敗則及時(shí)反饋錯(cuò)誤原因。初始化成功后小程序便開(kāi)始正常工作，小程序?qū)⒄{(diào)用手機(jī)的藍(lán)牙功能，接收由nRF52832藍(lán)牙廣播的土壤數(shù)據(jù)，并迅速更新土壤數(shù)據(jù)到小程序頁(yè)面顯示出來(lái)。獲取到的土壤數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供歷史查詢和分析。將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的植物最適生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，分析土壤狀況，并根據(jù)分析結(jié)果生成改善建議，包括水和肥料的合理配比與使用量、適宜溫度及濕度的調(diào)節(jié)方法、pH值調(diào)節(jié)方法等。用簡(jiǎn)潔明了的頁(yè)面與通俗易懂的語(yǔ)句清晰展示土壤數(shù)據(jù)與建議，讓用戶能夠明白土壤數(shù)據(jù)所反映出的土壤情況，進(jìn)而有針對(duì)性地改善土壤環(huán)境[1]。

本系統(tǒng)通過(guò)硬件與軟件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析，并根據(jù)植物生長(zhǎng)要求生成相應(yīng)的土壤改善建議，從而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與可持續(xù)性。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1處理器的選擇

nRF52832是由NordicSemiconductor開(kāi)發(fā)的高度集成的低功耗無(wú)線系統(tǒng)芯片?？芍С諦luetoothLowEnergy（BLE）、ANT和2.4GHz專有協(xié)議，通過(guò)精密的片上自適應(yīng)電源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了極低的功耗。集成了處理器、存儲(chǔ)器和外設(shè)接口等多種功能模塊，這種高度集成的設(shè)計(jì)能夠在較小的封裝中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的無(wú)線通信系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。采用的ARMCortex-M4內(nèi)核，具有高性能的處理能力，可以處理復(fù)雜的算法和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，適用于需要較高計(jì)算性能的應(yīng)用[2]。

2.2大致設(shè)計(jì)

在KeiluVision5中，編寫(xiě)與nRF52832開(kāi)發(fā)套件適配的代碼，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備與傳感器之間的有效通信。調(diào)用uart_init，配置好波特率、接收引腳、發(fā)送引腳和校驗(yàn)位等參數(shù)，滿足與傳感器串口通信所需格式。調(diào)用app_uart_put函數(shù)向傳感器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，讓土壤傳感器開(kāi)始工作并傳回?cái)?shù)據(jù)。調(diào)用app_uart_get函數(shù)接收傳感器采集的數(shù)據(jù)。調(diào)用gatt_init初始化并配置BLE棧，使設(shè)備BLE正常運(yùn)行并監(jiān)聽(tīng)和處理BLE事件，以保證后續(xù)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)或接收土壤數(shù)據(jù)的順暢性。調(diào)用advertising_init函數(shù)來(lái)初始化藍(lán)牙廣播的數(shù)據(jù)，配置廣播信號(hào)的發(fā)射功率、廣播的間隔和持續(xù)時(shí)間并設(shè)定廣播數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)。這些參數(shù)的設(shè)置是為了確保nRF52832開(kāi)發(fā)套件能夠有效進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播。再通過(guò)循環(huán)調(diào)用這三個(gè)函數(shù)sd_ble_gap_adv_stop （m_advertising.adv_handle）;advertising_init;advertising_startO;實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙廣播的停止、更新數(shù)據(jù)再?gòu)V播，確保藍(lán)牙數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新。通過(guò)以上各個(gè)步驟和舉例主要函數(shù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了土壤傳感器與nRF52832開(kāi)發(fā)套件之間的數(shù)據(jù)采集與廣播功能，為后續(xù)小程序端的開(kāi)發(fā)與連接提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

2.3傳感器的選擇

傳感器作為數(shù)據(jù)的來(lái)源是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此傳感器的選擇至關(guān)重要。不僅能夠精確測(cè)量出土壤的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如土壤的溫度、濕度、EC值、氮磷鉀含量、pH值等數(shù)據(jù)，還要考慮數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、設(shè)備的耐久性、環(huán)境適用性、設(shè)備靈敏度、設(shè)備維護(hù)難度、用戶友好性、設(shè)備使用壽命等，多角度考慮使用環(huán)境，通過(guò)分析對(duì)比選出適用設(shè)備。土壤溫度模塊由德國(guó)Heraeus公司進(jìn)口的A級(jí)ST-1-PT1000精密鉑電阻和高精度傳感器組成，量程為 30^°C～70^°C ，誤差范圍為 0.1^°C 。土壤水分模塊采用基于頻域反射原理，利用高頻電子技術(shù)制造的高精度、高靈敏度的測(cè)量土壤水分的傳感器，用百分比表示濕度。土壤電導(dǎo)率模塊采用不銹鋼探針通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成土壤電導(dǎo)率的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)測(cè)量溫度，將電導(dǎo)率信號(hào)補(bǔ)償?shù)?5^°C 后作為鹽分信號(hào)輸出，量程為 0～2000μS/cm， 誤差范圍控制到1 。土壤pH值與鹽分模塊將pH值與鹽分轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，測(cè)定土壤中的酸堿度與鹽度，pH值量程為 3～10 ，誤差范圍在0.2；鹽度量程為 0～2000μS/cm ，誤差范圍控制到1 μS/cm 。采用電化學(xué)傳感器通過(guò)測(cè)量土壤溶液中離子的電流或電位變化來(lái)確定氮（N）磷（P）鉀（K）濃度，量程為0～1999mg/kg（mg/L） ，誤差范圍在 。此傳感器高度集成了各項(xiàng)土壤關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集傳感器，并且探針的長(zhǎng)度為 55mm ，直徑為 3mm ，采用316L不銹鋼材料制作的探針式設(shè)計(jì)對(duì)土壤破壞小，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不易受腐蝕。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件端的選擇

筆者在本系統(tǒng)軟件選擇上進(jìn)行了深入的考量，詳細(xì)分析了小程序與傳統(tǒng)App之間的差異與優(yōu)勢(shì)。微信小程序的開(kāi)發(fā)成本較低，相較于傳統(tǒng)App開(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)更短的開(kāi)發(fā)周期和更少的資金投入。此外，小程序不需要進(jìn)行多平臺(tái)適配，從而顯著降低了時(shí)間和人力成本。用戶可以通過(guò)微信平臺(tái)直接發(fā)布和分發(fā)小程序，只需掃一掃二維碼或在微信內(nèi)搜索，即可輕松使用，且加載速度較快，無(wú)須下載。這種快速響應(yīng)的特性使用戶能夠立即獲取土壤數(shù)據(jù)和植物最適宜生長(zhǎng)的土壤數(shù)據(jù)，避免了煩瑣的安裝和更新流程。這種即時(shí)性對(duì)于提升用戶體驗(yàn)至關(guān)重要，特別是在需要快速獲取特定數(shù)據(jù)時(shí)。因此，選擇小程序不僅能降低開(kāi)發(fā)成本，還能提升用戶便捷性，顯著改善用戶體驗(yàn)，同時(shí)也更好地滿足了市場(chǎng)需求。

3.2大致設(shè)計(jì)

在小程序代碼中，將應(yīng)用初始化，并將狀態(tài)、溫度、濕度、pH值等數(shù)據(jù)綁定好，調(diào)用wx.openBluetooth

Adapter函數(shù)獲取權(quán)限并使用手機(jī)的藍(lán)牙功能，將nRF52832的設(shè)備uuid在wx.startBluetoothDevicesDiscovery中設(shè)置好，使小程序過(guò)濾掉其他藍(lán)牙設(shè)備，只接收nRF52832發(fā)送的土壤數(shù)據(jù)廣播。調(diào)用wx.getBluetoothDevices函數(shù)獲取設(shè)備采集并經(jīng)藍(lán)牙廣播出來(lái)的數(shù)據(jù)，省略其他多余的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)函數(shù)getDate提取土壤數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)函數(shù)hexTodec（hex）將接收到的十六進(jìn)制土壤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與切分，將其變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)據(jù)，將綁定好的數(shù)據(jù)迅速更新到頁(yè)面上并與小程序數(shù)據(jù)庫(kù)中的植物最適生長(zhǎng)土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比判斷。小程序端每500μs接收一次藍(lán)牙數(shù)據(jù)，而nRF52832設(shè)置為每秒更新一次，這樣可以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確更新。根據(jù)判斷結(jié)果選擇編寫(xiě)好的土壤改善建議，將結(jié)果顯示在另一個(gè)小程序頁(yè)面，用戶點(diǎn)擊“查看建議”即可跳轉(zhuǎn)。讓用戶直接就可以按照相對(duì)應(yīng)的建議改善土壤環(huán)境。

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，使用對(duì)象數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)每種植物的相關(guān)信息，其中包括植物序號(hào)、植物名稱、最適pH值、最適EC值、最適合的氮（N）磷（P）鉀（K）濃度及最適生長(zhǎng)溫度等。通過(guò)查閱植物相關(guān)書(shū)籍與網(wǎng)絡(luò)資料并進(jìn)行多方資料的對(duì)比分析，獲得準(zhǔn)確且通用的植物最適生長(zhǎng)環(huán)境土壤數(shù)據(jù)，并將其錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅有助于系統(tǒng)化存儲(chǔ)植物信息，也便于后續(xù)的數(shù)據(jù)查詢和分析。

小程序端的設(shè)計(jì)最核心的思想是“簡(jiǎn)單易懂”，這一思想貫穿于整個(gè)用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中。要盡可能地減少用戶學(xué)習(xí)成本，做到“無(wú)師自通，即開(kāi)即用”。從用戶的角度思考，將界面做到最簡(jiǎn)化，在頁(yè)面設(shè)置了四個(gè)主要按鈕：初始化藍(lán)牙、搜索藍(lán)牙、獲取或刷新數(shù)據(jù)與查看建議。用戶只需選擇所種的植物再點(diǎn)擊這些按鈕，便完成了整個(gè)操作流程，隨后即可在小程序建議查看頁(yè)面看到數(shù)據(jù)與通俗易懂的土壤改善建議。

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于nRF52832開(kāi)發(fā)套件和小程序的土壤檢測(cè)與改善建議系統(tǒng)，旨在有效幫助用戶解決土壤數(shù)據(jù)理解和利用的難題。通過(guò)將土壤傳感器與nRF52832開(kāi)發(fā)套件相結(jié)合，并利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)時(shí)廣播土壤數(shù)據(jù)至小程序。由小程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與分析，提供具體的土壤改善建議，從而幫助用戶理解并利用復(fù)雜的土壤數(shù)據(jù)、了解土壤健康狀況。用戶通過(guò)使用該系統(tǒng)能夠有針對(duì)性地改善土壤，從而為植物創(chuàng)造更理想的生長(zhǎng)環(huán)境，保障進(jìn)其健康生長(zhǎng)。

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