現(xiàn)場總線在溫室大棚溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、現(xiàn)場總線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)計方法。由于該系統(tǒng)采用了單總線技術(shù)，模擬信號在測量現(xiàn)場被轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號，能夠遠(yuǎn)距離測量，具有很高的測量精度和應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：溫室；單總線;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生物的生長繁育產(chǎn)生影響，在不同的條件下起著不同 的作用，因此對于這些參數(shù)的測量顯得尤為重要。傳統(tǒng)的采集方式，一個信號一 路，由于溫室中需要采集的參數(shù)和點數(shù)多，信號線多，模擬信號需要遠(yuǎn)距離傳輸, 所以很易引起數(shù)據(jù)失真。在本系統(tǒng)中采用單總線數(shù)

2、字溫度傳感器芯片ds18b20實 現(xiàn)遠(yuǎn)距離多點空氣溫度和土壤溫度的測量，而空氣濕度、光照、土壤濕度等傳感 器的模擬信號通過單總線a/d芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而通過單總線驅(qū)動器 ds2480b輸送給微處理器，系統(tǒng)具有一定解能化。一、總線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和單總線驅(qū)動 器 ds2480bo溫度傳感器ds18b20、a/d轉(zhuǎn)換器ds2450等單總線器件內(nèi)部rom中都有光 刻的64位序列號，它是該器件的地址序列碼;64位光刻rom的排列是：開始8 位(ds18b20為28h, ds2450為20h)是產(chǎn)品類型標(biāo)號，也就是所謂的家族碼， 接下

3、來的48位是該自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(crc二x8+x5+x4+1)。光刻rom的作用是使每一個單總線器件的地址都各不相同， 都是唯一的，以便實現(xiàn)一根總線上掛接多個單總線器件。單總線驅(qū)動器ds2480b 完成到單總線的轉(zhuǎn)換，提高了單總線的驅(qū)動能力。微處理器可以通過控制ds2480b 驅(qū)動在線所有的單總線器件。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計2. 1數(shù)字溫度傳感器ds18b20ds18b20是美國dallas semiconductor公司推出的數(shù)字式溫度傳感器， 遵循單線協(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 過對振蕩周期計數(shù)來實現(xiàn)溫度測量。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)場溫度 直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸。ds18b20內(nèi)部有2個字節(jié)ram單元用來存 放轉(zhuǎn)換后的溫度值，后1個字節(jié)為溫度值低8位的補碼(稱作a),前1個字節(jié) 為符號位和溫度值的補碼高3位(稱作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，溫度值：t= (b and 7) * 256 + a * 0. 0625 當(dāng) d二-1 時，溫度值：t二d* (b and 7) * 256 + a * 0. 06252.2單總線a/d轉(zhuǎn)換器(ds2450)ds2450是dallas公司生產(chǎn)的單總線式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)、報警門限 電壓可編程;每個通道都有各自的存儲器以存儲電壓范圉設(shè)置、轉(zhuǎn)換結(jié)果、門限 電壓等參數(shù)。ds2450內(nèi)部有24個地址毗連的8位存儲器，可將其分成3頁，每 頁8字節(jié)。第0頁為a/

6、d轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲器。每個通道占2個字節(jié)16位，芯片上電復(fù) 位時該頁清0;其中0011、0111存儲a通道轉(zhuǎn)換結(jié)果，0211、0311存儲b通道轉(zhuǎn)換結(jié) 果，04h、05h存儲c通道轉(zhuǎn)換結(jié)果，06h、07h存儲d通道轉(zhuǎn)換結(jié)果。第1頁為a/d轉(zhuǎn)換控制與狀態(tài)存儲器。08h、09h對應(yīng)于a通道，其余通 道依次類推。第2頁為各通道輸入高/低限報警值存儲器。10h存放a通道低門限8位 報警值、11h存放a通道高門限8位報警值，其余通道依次類推。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單總線驅(qū)動器ds2480bds2480b是從串行接口到1-wire網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的橋接器。只耍主機具有 普通的串行通信uart,就可以通過該橋接器產(chǎn)生嚴(yán)格定時和電壓擺率控制的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（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的驅(qū)動能力，采用星型結(jié)構(gòu)，就是在若干個單總線上分別 掛若干個單總線器件。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、信號輸入、控制輸出、時

8、鐘、串口擴展和存儲等電路。led 用來循環(huán)顯示個測量點的參數(shù)，按鍵用來設(shè)置給定參數(shù)，at24c256用來存儲各 個測量點單總線器件的序列號（測量點的器件地址）及一些重要的參數(shù)。gm用 來擴展串口，擴展后的三個串口分別用于轉(zhuǎn)換為1-wire網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、led顯示和 與上位機通信。圖1系統(tǒng)原理圖三、軟件設(shè)計3.1總線結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計在該系統(tǒng)中，多個單總線器件掛于一單總線上，欲想操作任何一個單總 線器件，必須首先獲得該器件的地址，即序列號。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，編寫一單獨程序依次讀出每個測控點器件的地址并存于單片機程序表格中3,但當(dāng)該測控點的某個器件損壞時，需要

9、讀新的單總線器件地址，替換壞器件，并要修改主程 微計算機序，重新固化主 程序;第二種方法是：通過二叉樹算法完成在線所有的單總線器件地址，但系統(tǒng) 無法具體確定每個測量點的單總線器件地址。該系統(tǒng)采用依次上電的方法，通過二叉樹算法(見參考文獻(xiàn)4)完成每 個測量點的在線單總線器件地址，維護(hù)方便，方法如下：(1) 打開測控點1單總線器件電源，關(guān)閉其它測控點電源，通過 "search"鍵啟動在線搜索地址操作，led顯示“1”，表示正在搜索測控點1單總線器件的地址。存儲測控點1單總線器件地址于at24c256o(2) 測量點1搜索完畢后，led顯示“2” ,打開測控點2單總線器件 電源，

10、系統(tǒng)根據(jù)二叉樹算法在線搜索測控點2單總線器件的地址，存儲測控點2 單總線器件地址于at24c256o(3) 測量點2搜索完畢后，led顯示“3” ,如有測控點3,打開測控點 單總線器件電源，搜索測控點3的器件地址，依次類推;如沒有，按“0k”按鍵。3. 2抗干擾軟件設(shè)計系統(tǒng)采用三種抗干擾方法：(1) 應(yīng)用at89c55wd片上看門狗；(2) 應(yīng)用軟件陷阱；(3) 采用crc容錯技術(shù)。!1!結(jié)論(1) 硬件均為可裁剪結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，各模塊可以不依賴其他模塊獨立 運行，運行方式既可以自動乂可以手動，該系統(tǒng)可以利用485異步串行通信總線 聯(lián)網(wǎng)，以適應(yīng)各類不同檔次用戶的不同需要，根據(jù)不同組態(tài)，系統(tǒng)既可以適應(yīng)高 自動化程度的具有集散特征的大規(guī)模用戶，又可適應(yīng)各類中小散戶應(yīng)用。(2) 現(xiàn)場的單總線結(jié)構(gòu)，所有的信號采集都可以掛在只有兩條導(dǎo)線組成 的單總線上，由于農(nóng)業(yè)溫室各類參數(shù)變化均較緩慢，故可以采用串行分時復(fù)用的 方式解決大量現(xiàn)場信息的傳輸問題，這就使得現(xiàn)場前向通道電路結(jié)構(gòu)大大簡化。(3) 采用模糊解耦算法處理現(xiàn)場參數(shù)間的強耦合問題，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