基于單總線技術(shù)的溫室大棚多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)

1、2012年8月農(nóng)機(jī)化研究第8期基于單總線技術(shù)的溫室大棚多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)侯俊才，侯莉俠，胡景清，郭康權(quán)(西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌712100摘要：溫室大棚生產(chǎn)中，溫度是一項(xiàng)影響作物生長發(fā)育的重要因素。簡易溫室往往采用單點(diǎn)或少點(diǎn)測量，由于大棚內(nèi)溫度的不均勻。會造成溫度變化時采集不到最高或最低溫度。為了解決溫室大棚中多點(diǎn)溫度采集問題，采用單總線數(shù)字溫度傳感器D S l 8820和單片機(jī)A T98C52構(gòu)成多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)。系統(tǒng)可以根據(jù)使用環(huán)境的不同。設(shè)置相應(yīng)的溫度上下限，能檢測顯示傳感器的位置編號和溫度，超過限定溫度時可以報警。關(guān)鍵詞：單總線；D Sl 8820；多點(diǎn)測量；溫度采

2、集；A T 89C 52單片機(jī)中圖分類號：s6255+1；S 126文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003188X 201208-0152-040引言1系統(tǒng)硬件設(shè)計自從我國引進(jìn)現(xiàn)代溫室生產(chǎn)以來，溫室生產(chǎn)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用越來越重要。至2009年我國溫室建筑面積(包括大棚 達(dá)12106hm 2，居世界第一l l 】。溫室生產(chǎn)中，溫度是影響作物生長的重要因素之一，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度，形成利于作物生長的環(huán)境，直接影響到作物的生長速度、產(chǎn)量、品質(zhì)以及成熟時間。在溫室大棚生產(chǎn)中，棚內(nèi)溫度在一天中不同時問、不同的位置點(diǎn)的溫度并不一樣，對作物生長造成影響的往往是從某一時間段某個局部點(diǎn)高溫或低溫開始的。另

3、外，不同作物承受的溫度極限也不一樣，測溫系統(tǒng)在溫度超過上下限時應(yīng)該報警提醒，但多數(shù)測溫系統(tǒng)往往不能修改溫度上下限，從而不具有通用性。因此，溫室溫度測量必須是多點(diǎn)采集，而且報警溫度的上下限應(yīng)該可調(diào)。當(dāng)前國內(nèi)研制的“上位機(jī)+下位機(jī)”結(jié)構(gòu)的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)成本高，可操作性不強(qiáng)，很難在農(nóng)村的大棚生產(chǎn)中得以推廣和應(yīng)用。而在農(nóng)村簡易塑料大棚中，往往只掛1-2個水銀溫度計測溫，這種單點(diǎn)或少點(diǎn)溫度測量法費(fèi)勞力且不能及時發(fā)現(xiàn)溫度超限，也不能提前預(yù)警。因此，筆者設(shè)計了一種基于D Sl 8820溫度傳感器的、單片機(jī)控制的單總線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，針對不同作物可以設(shè)定不同溫度上限，并能在溫度超

4、限時報警。收稿日期：20110902基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè) 科研專項(xiàng)基金項(xiàng)目(201003063-07 作者簡介：侯俊才(1975一 ，男。青海樂都人，講師。在讀博士，(E -m a i l hj c5035163com 。通訊作者：侯莉俠(1978- ，女，陜西興平人，講師，(E-m ai l M x092A -h yx163cor n 。11系統(tǒng)功能為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集，系統(tǒng)采用9個溫度傳感器D S l 8820，分別布置在大棚的兩側(cè)墻附近的斷面和中問斷面位置，每一斷面的前中后位置各安置1個D S l 8820溫度傳感器。這些傳感器統(tǒng)一編號，并通過單總線形式連接到A T89C 52單片

5、機(jī)上。為了適應(yīng)不同作物不同溫度限的要求以及實(shí)現(xiàn)隨時檢測每個位置點(diǎn)溫度，設(shè)計了4x4的行列式鍵盤(包括l O 個數(shù)字鍵和上下限溫度設(shè)置功能鍵 。溫度顯示采用循環(huán)現(xiàn)實(shí)的方式，事先對各個傳感器進(jìn)行編號，通過LED 實(shí)時輪流顯示出各傳感器的編號及對應(yīng)的溫度，在溫度超限時蜂鳴器報警。系統(tǒng)原理框如圖l 所示。l 溫度傳感器b-q 溫度娃乖電路單片機(jī)I 刪鍵盤卜+1幕9C52-q 報警電路圖1系統(tǒng)原理框圖Fi g 1T hes ys te m st ru ct ur ech ar t12D Sl 8820溫度傳感器的單總線技術(shù)單總線是美國D A L L A S 公司的專利技術(shù)。它采用單根信號線，既傳輸時鐘，

6、又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，因而它具有線路簡單、硬件開銷少、成本低和便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適用于單個主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個或多個監(jiān)控點(diǎn)。D Sl 8820是D A L L A S 半導(dǎo)體公司推出的單總線接口的溫度傳感器，具有微型化、高性能、抗干擾能力強(qiáng)和易配微處理器的優(yōu)點(diǎn)，直接將溫度轉(zhuǎn)化為串行1522012年8月農(nóng)機(jī)化研究第8期字信號工處理器處理。D Sl 8820具有較寬的溫度測量范圍，為一55一十125。在一106C 一+85范圍內(nèi)，D Sl 8820具有05。C 的精度，其增量值的最小為00625 12D Sl 8820利用D A LLA S 的單總線控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)r 利用單

7、線控制信號在總線上進(jìn)行通信。由于所有的設(shè)備通過漏極開路端(即D Sl 8820的D Q 腳 連在總線上，控制線需要一個上拉電阻(大約5k 。在這一總線系統(tǒng)中，單片機(jī)通過唯一的64位序列碼識別和訪問總線上的各個D Sl 8820，控制多個D Sl 8820進(jìn)行溫度采集，只要將所有D S l 8820的I O 口全部連接到單片機(jī)的某一管腳上就可以了(如圖2所示 。對多個D S l 8820進(jìn)行溫度采集時，通過D Sl 8820序列號用匹配R O M 指令按順序依次訪問各個傳感器，實(shí)現(xiàn)對各個傳感器的溫度采集。幽2osl 8820茬搔電路Fi g 2r h eei 刪itof D S l 8820單片

8、機(jī)與D Sl 8820的通信時序主要包括”1：1 總線復(fù)位。置總線為低電平并保持480ILs ，然后拉高電平，等待從端重新拉低電平作為響應(yīng)完成總線復(fù)位。2 寫數(shù)據(jù)位0。置總線為低電平并保持至少15ps ，然后保持低電平1545爐等待從端對電平采樣，最后拉高電平完成寫操作。3 寫數(shù)據(jù)1。置總線為低電平并保持I 15岍，然后拉高電平，并保持1545p s 等待從端對電平采樣，完成寫操作。4 讀數(shù)據(jù)位。置總線為低電平并保持至少1岬然后拉高電平保持至少1妒，在15pa 內(nèi)采樣總線電平獲得數(shù)據(jù)，延時45岫完成讀操作。13系統(tǒng)硬件電路硬件連接如圖3所示。系統(tǒng)以A T 89C 52為核心接人9個D Sl 8

9、820溫度傳感器。D Sl 8820采用外部電源供電模式，連接電纜采用普通三芯線，可靠距離可達(dá)45m ，如果采用雙絞線帶屏蔽電纜，傳輸距離可達(dá)150m ”1。溫度顯示采用6位共陰極LED 碼管后3位用來顯示溫度，前兩位用來顯示溫度傳感器編號，第3位作為傳感器編號和溫度的分隔位。因此，該系統(tǒng)在擴(kuò)展后，最多可以顯示99個傳感器的編號和溫度，顯示溫度范圍為0999。Pl 口接4x4的鍵盤，采用線反轉(zhuǎn)法掃描。鍵盤中09為數(shù)字輸入鍵，其余鍵中一個鍵作為溫度上限輸入時的功能鍵；一個是溫度下限輸入時的功能鍵；一個確認(rèn)鍵；其余為空鍵無功能。在溫度超限時通過蜂鳴器報警，蜂鳴器通過一個PN P 三極管來驅(qū)動。單片

10、機(jī)晶振電路中選用110592M H z 石英晶體，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位結(jié)構(gòu)。2軟件設(shè)計圍3系統(tǒng)硬件電路圖F i g 3T he c im uit of t he s y s t em基于單總線D SI S B 20的多點(diǎn)溫度測量法的關(guān)鍵在于獲得各個傳感器的序列號。只有在知道D S l 8820傳感器序列號的條件下，控制器才可以利用匹配序列號指令來區(qū)分各個傳感器從而獲得各個傳感器的溫度。因此，為了獲取序列號需事先搭建另一獲取序列號電路。電路以單片機(jī)為核心，掛接一D Sl 8820，PO 口接LC D l 602為顯示器件(序列號為“位8個字節(jié) 。讀取序列號時將所用D Sl 8820編號后，每次一

11、個掛接到控制器上，然后用讀R O M 指令讀出“位序列號并記錄下來。記錄下來的每個編號所對應(yīng)的序列號，就是在多點(diǎn)測量時匹配指令所用序列號。序列號讀取代碼函數(shù)(在Po 輸出voi dG e t R O M Seque nce (unsi gn ed char i ；Ini t i al i za t i on( ；W f i t eB yt e(R EA D R O M ；R EA D R O M 為讀R O M 指令33Hf or (i=0；i 8；i + 因?yàn)槭?個字節(jié)，所以要讀取8次鑭爝疆疆輒疆疆：一硅一連薛群輪漣鐾器一番習(xí)割：露瓣蛩劃一2012年8月農(nóng)機(jī)化研究第8期P O =Rea dB

12、yt e( ；$pMat chD at a 存放序列號本設(shè)計每次使單片機(jī)上電時，都根據(jù)具體作物要求重新輸入溫度上限值和溫度下限值。啟動溫度轉(zhuǎn)換后，用匹配R O M 指令讀取各個D S l 8820的值，然后將傳感器編號和溫度值顯示出來。在某個傳感器溫度值超限時，報警器報警，主程序流程如圖4所示。單總線掛接多個D S I 8820進(jìn)行溫度采集時，先發(fā)出濕度轉(zhuǎn)換指令，各個傳感器都進(jìn)行濕度轉(zhuǎn)換，然后再用匹配序列號的辦法逐個讀取傳感器的溫度值。下面給出匹配序列號的代碼函數(shù)，主程序流程圖見圖4所示。圖4主程序流程圖Fi g 4M m np ”gm f l ow cha rt匹配序列號程序如下：unsi

13、gned char i ；Ini t i al i za t i on( ；W r i t eB yt e (M A T C H R O M ；M A T C H R O M 為匹配序列號指令55Hf or (i =0；i 8；i +W r i t eByt e(掌(pMat chD at a+i ；序列號為8個字節(jié)，寫8次為了修改溫度上下限，需要鍵盤輸入，鍵盤掃描用線反轉(zhuǎn)法，程序如下：w hi l e(1 P0=Ox0F ；i f (P0&0x0F ! =OxO Fsw i t ch(P0ca s eO x07：i =3；br ea k ；c 搬0xob ：i =2；br ea k ；ca

14、_ge0xod ：i =1；br e ak ；ca s e0xoe ：i =0；br ea k ；de f aul t ：br e ak ；del ayl om s( ；軟件去抖動P0=0xF0；反轉(zhuǎn)行和列上的電平i f “P0&O xF0 ! =0xFOsw i t ch(P0 e ase0x70：j =3；br ea k ；c ase 0xb0：j =2；br e ak ；ca s eO xdO ：j =1；br ea k ；ca s e0xe0：j =O；br ea k ；de f aul t ：br e ak ；Pl =numji；P1輸出對應(yīng)按鍵值3結(jié)束語voi d M a t ch

15、R O M (c onstunsi gn edchar 木pM at chD at a 該系統(tǒng)利用單總線傳感器D Sl 8820進(jìn)行測溫，其1542012年8月農(nóng)機(jī)化研究第8期特點(diǎn)在于：外圍電路連接簡單，可以多點(diǎn)測溫，易于擴(kuò)展，根據(jù)需要可以繼續(xù)增加傳感器數(shù)目，根據(jù)使用環(huán)境要求的不同可以實(shí)時修改溫度上限，超限時可以報警，整體電路簡單，成本低。該系統(tǒng)具有較廣泛的適應(yīng)性，可以應(yīng)用到糧倉、廠房、孵化室和冷庫等需要多點(diǎn)溫度檢測的場所。參考文獻(xiàn)：1匡迎春。姚幫松，羅亞輝，等簡易型溫室溫濕度控制器設(shè)計J 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版 ，2009，35(4 ：4524562楊金生，田志宏基于SH l 71的溫

16、濕度無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)J天津科技大學(xué)學(xué)報，2009，24(2 ：51543陶冶，袁永超，羅平基于D sI 8B20的單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)J農(nóng)機(jī)化研究，2007(10：160-1634趙亮，侯國瑞單片機(jī)c 語言編程與實(shí)例(M 北京：人民郵電出版社，20035朱麗麗，王長友基于A V R 單片機(jī)與溫度傳感器D Sl 8820的多點(diǎn)溫度測量J電工電氣，2010(12：47516劉暉，姜久超，孫士尉冬棗恒溫庫溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計一基于數(shù)字溫度傳感D Sl 8820J 農(nóng)機(jī)化研究，2010，32(6 ：143145Sys t em of M ul t i -poi nt T e mpe r a t ur e M

17、 eas ur em ent B a sedon1-w i r es T echnol ogy i n Gr e en H ouse H ou J uneai ，H ou Li xi a ，H u Ji nqi ng ，G uo K ang quan(C ol l ege of M echan i cal and E l e ct r oni c E ngi neer i ng ，N or t hw es t A &F U ni ver s i t y ，Y angl i ng712100，C hi naA bs t ra c t ：In gre e n hou s e ，t he t e m

18、 pe r a t ur e i son eof si g ni f i ca nt f act or s t o vege t a bl e G e ner a l l y ，t he t e m pe r a t ur e i s di f f er en ta cc ordi ng t o di f f e r entpoi nt O neor t w o t her m o m et er c annotde t ec tt he t he l i m i tt em per at ue I n or de rt o m eas u r et em per at ure of di f

19、 f er e nt spo ti n gr een-ho us e ，a di gi t alt her m o m et er basedonA T 89C 51M C U and D S l 8820t em perat ures ensor sw a sdes i gned T he t em perat ure l i m i tC al lbe i nputaccor di ngt ousi ng envi r onm ent T he s ys t em C al ldi spl a y t henum bers t a nd f ors ens o ri n di f f e

20、r ent spot and t he t em per at u r e of t he s ens or A s ounder wa s equi p ped i n t he s yst em t o al ar m f or ove r -t e m pe r at ur e K eyw or ds ：1-w i r e s ；D Sl 8820；m uf f -poi ntt es t ；t e m p e r at u r em e as ur e m ent ；A TC 89C 52MC U (上接第151頁A bs t r actI D ：1003-188X (2012 08-

21、0148-E AA gr i c ul t ur al Pr oduct i on Res um e C oi l ec t i on B as e ont heM ul t i pl e Sour ce I nfor mat i on Fus i on W u T a 01”，Y ang X i nt i n92，L i u Yandel ，Sun C huanhen92，Zhou C ha 02(1Schoolof M echa ni cal and E l ec t r i ca l E ngi neer i ng Eas t C hi na J i aot ong U ni ver s

22、 i t y ，N anehang 330013，C h i na ；2N at i ona l A gri cul t ur alI nf or m a t i on En gi neer i n g T echn ol ogy R es ear chCent er ，Bei j i ng 100097，C hinaA bs t ra c t ：A gr i cul t ur al produc t i on hi st or y i si m port antt he ory ba si s of as hc ul t ura lproduct s ，grow i ng and S e cur i t yfl O U l e W i r el ess t r a ns m i ss i on t ec hnol ogy w i t h t hes ens o rnet w ork node ，us ed i n m eas u r i ng cr op grow t h t em pe r at ur e ，hum i di t y ，l i ghti nform at i onand re c or