現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在溫室大棚溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在溫室大棚溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要：采用先進(jìn)的傳感器設(shè)計(jì)了一種低成本的溫室大棚溫度控制系統(tǒng)，并給 出了軟硬件設(shè)計(jì)方法。由于該系統(tǒng)采用了單總線(xiàn)技術(shù)，模擬信號(hào)在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)被轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，能夠遠(yuǎn)距離測(cè)量，具有很高的測(cè)量精度和應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：溫室；單總線(xiàn);控制系統(tǒng)引言在溫室控制系統(tǒng)中，空氣溫度、空氣濕度、光照、土壤濕度、土壤溫度 等環(huán)境因子從不同的方面對(duì)生物的生長(zhǎng)繁育產(chǎn)生影響，在不同的條件下起著不同 的作用，因此對(duì)于這些參數(shù)的測(cè)量顯得尤為重要。傳統(tǒng)的采集方式，一個(gè)信號(hào)一 路，由于溫室中需要采集的參數(shù)和點(diǎn)數(shù)多，信號(hào)線(xiàn)多，模擬信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸, 所以很易引起數(shù)據(jù)失真。在本系統(tǒng)中采用單總線(xiàn)數(shù)

2、字溫度傳感器芯片ds18b20實(shí) 現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)空氣溫度和土壤溫度的測(cè)量，而空氣濕度、光照、土壤濕度等傳感 器的模擬信號(hào)通過(guò)單總線(xiàn)a/d芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而通過(guò)單總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 ds2480b輸送給微處理器，系統(tǒng)具有一定解能化。一、總線(xiàn)器件及其工作原理系統(tǒng)主要用到了溫度傳感器ds18b20、a/d轉(zhuǎn)換器ds2450和單總線(xiàn)驅(qū)動(dòng) 器 ds2480bo溫度傳感器ds18b20、a/d轉(zhuǎn)換器ds2450等單總線(xiàn)器件內(nèi)部rom中都有光 刻的64位序列號(hào)，它是該器件的地址序列碼;64位光刻rom的排列是：開(kāi)始8 位(ds18b20為28h, ds2450為20h)是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，也就是所謂的家族碼， 接下

3、來(lái)的48位是該自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(crc二x8+x5+x4+1)。光刻rom的作用是使每一個(gè)單總線(xiàn)器件的地址都各不相同， 都是唯一的，以便實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)單總線(xiàn)器件。單總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器ds2480b 完成到單總線(xiàn)的轉(zhuǎn)換，提高了單總線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)能力。微處理器可以通過(guò)控制ds2480b 驅(qū)動(dòng)在線(xiàn)所有的單總線(xiàn)器件。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2. 1數(shù)字溫度傳感器ds18b20ds18b20是美國(guó)dallas semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器， 遵循單線(xiàn)協(xié)議，其工作原理是利用溫度敏感振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，通 過(guò)對(duì)振蕩周期計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。其支持3v5.5

4、v的電壓范圍，可以與處理 器進(jìn)行雙向數(shù)字通信，測(cè)溫度范圍寬(-55°c+125°c),工作溫度范圍寬(25°c ±10°c)，分辨率高(當(dāng)設(shè)定為12位轉(zhuǎn)換模式可以達(dá)到0.0625°c) o現(xiàn)場(chǎng)溫度 直接以“一線(xiàn)總線(xiàn)”的數(shù)字方式傳輸。ds18b20內(nèi)部有2個(gè)字節(jié)ram單元用來(lái)存 放轉(zhuǎn)換后的溫度值，后1個(gè)字節(jié)為溫度值低8位的補(bǔ)碼(稱(chēng)作a),前1個(gè)字節(jié) 為符號(hào)位和溫度值的補(bǔ)碼高3位(稱(chēng)作b)。數(shù)據(jù)格式是：sssss26251t2322212°2-1222導(dǎo)溫度算法：sssss二11111b, d=-1;sssss=ooooob,

5、d=l;最小分辨率為 0. 0625°co 當(dāng) d二1 時(shí)，溫度值：t= (b and 7) * 256 + a * 0. 0625 當(dāng) d二-1 時(shí)，溫度值：t二d* (b and 7) * 256 + a * 0. 06252.2單總線(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換器(ds2450)ds2450是dallas公司生產(chǎn)的單總線(xiàn)式4通道逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器， 即a、b、c和d模擬電壓輸入通道，其輸入電壓范圍、轉(zhuǎn)換精度位數(shù)、報(bào)警門(mén)限 電壓可編程;每個(gè)通道都有各自的存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)電壓范圉設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果、門(mén)限 電壓等參數(shù)。ds2450內(nèi)部有24個(gè)地址毗連的8位存儲(chǔ)器，可將其分成3頁(yè)，每 頁(yè)8字節(jié)。第0頁(yè)為a/

6、d轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)器。每個(gè)通道占2個(gè)字節(jié)16位，芯片上電復(fù) 位時(shí)該頁(yè)清0;其中0011、0111存儲(chǔ)a通道轉(zhuǎn)換結(jié)果，0211、0311存儲(chǔ)b通道轉(zhuǎn)換結(jié) 果，04h、05h存儲(chǔ)c通道轉(zhuǎn)換結(jié)果，06h、07h存儲(chǔ)d通道轉(zhuǎn)換結(jié)果。第1頁(yè)為a/d轉(zhuǎn)換控制與狀態(tài)存儲(chǔ)器。08h、09h對(duì)應(yīng)于a通道，其余通 道依次類(lèi)推。第2頁(yè)為各通道輸入高/低限報(bào)警值存儲(chǔ)器。10h存放a通道低門(mén)限8位 報(bào)警值、11h存放a通道高門(mén)限8位報(bào)警值，其余通道依次類(lèi)推。ds2450的通道選擇字和預(yù)置控制字用于選擇參與a/d轉(zhuǎn)換的通道及轉(zhuǎn)換 前轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)器的初始化。值得的注意是：如果ds2450由vcc供電，那么必 須在上電完畢后向地

7、址1ch寫(xiě)入40h使模擬電路永久地保持在工作狀態(tài)。限于篇 幅，詳細(xì)資料讀者可查看參考文獻(xiàn)1。2. 3單總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器ds2480bds2480b是從串行接口到1-wire網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的橋接器。只耍主機(jī)具有 普通的串行通信uart,就可以通過(guò)該橋接器產(chǎn)生嚴(yán)格定時(shí)和電壓擺率控制的1-wire波形。ds2480b接受所要發(fā)送的指令和數(shù)據(jù)，執(zhí)行1-wire操作，并將結(jié) 果返回至主機(jī)（詳細(xì)資料間參考文獻(xiàn)2）。2.4系統(tǒng)原理圖考慮到單總線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)能力，采用星型結(jié)構(gòu)，就是在若干個(gè)單總線(xiàn)上分別 掛若干個(gè)單總線(xiàn)器件。硬件以at89c55wd為核心，系統(tǒng)原理圖1所示。主要包括 按鍵模塊、顯示模塊、信號(hào)輸入、控制輸出、時(shí)

8、鐘、串口擴(kuò)展和存儲(chǔ)等電路。led 用來(lái)循環(huán)顯示個(gè)測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)，按鍵用來(lái)設(shè)置給定參數(shù)，at24c256用來(lái)存儲(chǔ)各 個(gè)測(cè)量點(diǎn)單總線(xiàn)器件的序列號(hào)（測(cè)量點(diǎn)的器件地址）及一些重要的參數(shù)。gm用 來(lái)擴(kuò)展串口，擴(kuò)展后的三個(gè)串口分別用于轉(zhuǎn)換為1-wire網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、led顯示和 與上位機(jī)通信。圖1系統(tǒng)原理圖三、軟件設(shè)計(jì)3.1總線(xiàn)結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中，多個(gè)單總線(xiàn)器件掛于一單總線(xiàn)上，欲想操作任何一個(gè)單總 線(xiàn)器件，必須首先獲得該器件的地址，即序列號(hào)。獲得器件的地址的方法一般有 兩種方法，第一種方法是：調(diào)試程序時(shí)，編寫(xiě)一單獨(dú)程序依次讀出每個(gè)測(cè)控點(diǎn)器件的地址并存于單片機(jī)程序表格中3,但當(dāng)該測(cè)控點(diǎn)的某個(gè)器件損壞時(shí)，需要

9、讀新的單總線(xiàn)器件地址，替換壞器件，并要修改主程 微計(jì)算機(jī)序，重新固化主 程序;第二種方法是：通過(guò)二叉樹(shù)算法完成在線(xiàn)所有的單總線(xiàn)器件地址，但系統(tǒng) 無(wú)法具體確定每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的單總線(xiàn)器件地址。該系統(tǒng)采用依次上電的方法，通過(guò)二叉樹(shù)算法(見(jiàn)參考文獻(xiàn)4)完成每 個(gè)測(cè)量點(diǎn)的在線(xiàn)單總線(xiàn)器件地址，維護(hù)方便，方法如下：(1) 打開(kāi)測(cè)控點(diǎn)1單總線(xiàn)器件電源，關(guān)閉其它測(cè)控點(diǎn)電源，通過(guò) "search"鍵啟動(dòng)在線(xiàn)搜索地址操作，led顯示“1”，表示正在搜索測(cè)控點(diǎn)1單總線(xiàn)器件的地址。存儲(chǔ)測(cè)控點(diǎn)1單總線(xiàn)器件地址于at24c256o(2) 測(cè)量點(diǎn)1搜索完畢后，led顯示“2” ,打開(kāi)測(cè)控點(diǎn)2單總線(xiàn)器件 電源，

10、系統(tǒng)根據(jù)二叉樹(shù)算法在線(xiàn)搜索測(cè)控點(diǎn)2單總線(xiàn)器件的地址，存儲(chǔ)測(cè)控點(diǎn)2 單總線(xiàn)器件地址于at24c256o(3) 測(cè)量點(diǎn)2搜索完畢后，led顯示“3” ,如有測(cè)控點(diǎn)3,打開(kāi)測(cè)控點(diǎn) 單總線(xiàn)器件電源，搜索測(cè)控點(diǎn)3的器件地址，依次類(lèi)推;如沒(méi)有，按“0k”按鍵。3. 2抗干擾軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用三種抗干擾方法：(1) 應(yīng)用at89c55wd片上看門(mén)狗；(2) 應(yīng)用軟件陷阱；(3) 采用crc容錯(cuò)技術(shù)。!1!結(jié)論(1) 硬件均為可裁剪結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，各模塊可以不依賴(lài)其他模塊獨(dú)立 運(yùn)行，運(yùn)行方式既可以自動(dòng)乂可以手動(dòng)，該系統(tǒng)可以利用485異步串行通信總線(xiàn) 聯(lián)網(wǎng)，以適應(yīng)各類(lèi)不同檔次用戶(hù)的不同需要，根據(jù)不同組態(tài)，系統(tǒng)既可以適應(yīng)高 自動(dòng)化程度的具有集散特征的大規(guī)模用戶(hù)，又可適應(yīng)各類(lèi)中小散戶(hù)應(yīng)用。(2) 現(xiàn)場(chǎng)的單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，所有的信號(hào)采集都可以?huà)煸谥挥袃蓷l導(dǎo)線(xiàn)組成 的單總線(xiàn)上，由于農(nóng)業(yè)溫室各類(lèi)參數(shù)變化均較緩慢，故可以采用串行分時(shí)復(fù)用的 方式解決大量現(xiàn)場(chǎng)信息的傳輸問(wèn)題，這就使得現(xiàn)場(chǎng)前向通道電路結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。(3) 采用模糊解耦算法處理現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)間的強(qiáng)耦合問(wèn)題，將矩陣解耦結(jié)果 轉(zhuǎn)化為相關(guān)結(jié)果鏈表，以指針變量定位解耦輸岀結(jié)果。參考文獻(xiàn)1 dallas semiconductor data books .dall