基于单总线技术的温室大棚多点温度采集系统

1、2012年8月农机化研究第8期基于单总线技术的温室大棚多点温度采集系统侯俊才，侯莉侠，胡景清，郭康权(西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100摘要：温室大棚生产中，温度是一项影响作物生长发育的重要因素。简易温室往往采用单点或少点测量，由于大棚内温度的不均匀。会造成温度变化时采集不到最高或最低温度。为了解决温室大棚中多点温度采集问题，采用单总线数字温度传感器D S l 8820和单片机A T98C52构成多点温度采集系统。系统可以根据使用环境的不同。设置相应的温度上下限，能检测显示传感器的位置编号和温度，超过限定温度时可以报警。关键词：单总线；D Sl 8820；多点测量；温度采

2、集；A T 89C 52单片机中图分类号：s6255+1；S 126文献标识码：A文章编号：1003188X 201208-0152-040引言1系统硬件设计自从我国引进现代温室生产以来，温室生产在我国农业生产中的作用越来越重要。至2009年我国温室建筑面积(包括大棚 达12106hm 2，居世界第一l l 】。温室生产中，温度是影响作物生长的重要因素之一，科学合理地调节大棚内温度，形成利于作物生长的环境，直接影响到作物的生长速度、产量、品质以及成熟时间。在温室大棚生产中，棚内温度在一天中不同时问、不同的位置点的温度并不一样，对作物生长造成影响的往往是从某一时间段某个局部点高温或低温开始的。另

3、外，不同作物承受的温度极限也不一样，测温系统在温度超过上下限时应该报警提醒，但多数测温系统往往不能修改温度上下限，从而不具有通用性。因此，温室温度测量必须是多点采集，而且报警温度的上下限应该可调。当前国内研制的“上位机+下位机”结构的温室环境控制系统成本高，可操作性不强，很难在农村的大棚生产中得以推广和应用。而在农村简易塑料大棚中，往往只挂1-2个水银温度计测温，这种单点或少点温度测量法费劳力且不能及时发现温度超限，也不能提前预警。因此，笔者设计了一种基于D Sl 8820温度传感器的、单片机控制的单总线多点温度采集系统。该系统结构简单，安装方便，针对不同作物可以设定不同温度上限，并能在温度超

4、限时报警。收稿日期：20110902基金项目：公益性行业(农业 科研专项基金项目(201003063-07 作者简介：侯俊才(1975一 ，男。青海乐都人，讲师。在读博士，(E -m a i l hj c5035163com 。通讯作者：侯莉侠(1978- ，女，陕西兴平人，讲师，(E-m ai l M x092A -h yx163cor n 。11系统功能为了实现多点温度采集，系统采用9个温度传感器D S l 8820，分别布置在大棚的两侧墙附近的断面和中问断面位置，每一断面的前中后位置各安置1个D S l 8820温度传感器。这些传感器统一编号，并通过单总线形式连接到A T89C 52单片

5、机上。为了适应不同作物不同温度限的要求以及实现随时检测每个位置点温度，设计了4x4的行列式键盘(包括l O 个数字键和上下限温度设置功能键 。温度显示采用循环现实的方式，事先对各个传感器进行编号，通过LED 实时轮流显示出各传感器的编号及对应的温度，在温度超限时蜂鸣器报警。系统原理框如图l 所示。l 温度传感器b-q 温度娃乖电路单片机I 删键盘卜+1幕9C52-q 报警电路图1系统原理框图Fi g 1T hes ys te m st ru ct ur ech ar t12D Sl 8820温度传感器的单总线技术单总线是美国D A L L A S 公司的专利技术。它采用单根信号线，既传输时钟，

6、又传输数据，而且数据的传输是双向的，因而它具有线路简单、硬件开销少、成本低和便于总线扩展和维护等优点，适用于单个主机系统，能够控制一个或多个监控点。D Sl 8820是D A L L A S 半导体公司推出的单总线接口的温度传感器，具有微型化、高性能、抗干扰能力强和易配微处理器的优点，直接将温度转化为串行1522012年8月农机化研究第8期字信号工处理器处理。D Sl 8820具有较宽的温度测量范围，为一55一十125。在一106C 一+85范围内，D Sl 8820具有05。C 的精度，其增量值的最小为00625 12D Sl 8820利用D A LLA S 的单总线控制协议，实现r 利用单

7、线控制信号在总线上进行通信。由于所有的设备通过漏极开路端(即D Sl 8820的D Q 脚 连在总线上，控制线需要一个上拉电阻(大约5k 。在这一总线系统中，单片机通过唯一的64位序列码识别和访问总线上的各个D Sl 8820，控制多个D Sl 8820进行温度采集，只要将所有D S l 8820的I O 口全部连接到单片机的某一管脚上就可以了(如图2所示 。对多个D S l 8820进行温度采集时，通过D Sl 8820序列号用匹配R O M 指令按顺序依次访问各个传感器，实现对各个传感器的温度采集。幽2osl 8820茬搔电路Fi g 2r h eei 删itof D S l 8820单片

8、机与D Sl 8820的通信时序主要包括”1：1 总线复位。置总线为低电平并保持480ILs ，然后拉高电平，等待从端重新拉低电平作为响应完成总线复位。2 写数据位0。置总线为低电平并保持至少15ps ，然后保持低电平1545炉等待从端对电平采样，最后拉高电平完成写操作。3 写数据1。置总线为低电平并保持I 15岍，然后拉高电平，并保持1545p s 等待从端对电平采样，完成写操作。4 读数据位。置总线为低电平并保持至少1岬然后拉高电平保持至少1妒，在15pa 内采样总线电平获得数据，延时45岫完成读操作。13系统硬件电路硬件连接如图3所示。系统以A T 89C 52为核心接人9个D Sl 8

9、820温度传感器。D Sl 8820采用外部电源供电模式，连接电缆采用普通三芯线，可靠距离可达45m ，如果采用双绞线带屏蔽电缆，传输距离可达150m ”1。温度显示采用6位共阴极LED 码管后3位用来显示温度，前两位用来显示温度传感器编号，第3位作为传感器编号和温度的分隔位。因此，该系统在扩展后，最多可以显示99个传感器的编号和温度，显示温度范围为0999。Pl 口接4x4的键盘，采用线反转法扫描。键盘中09为数字输入键，其余键中一个键作为温度上限输入时的功能键；一个是温度下限输入时的功能键；一个确认键；其余为空键无功能。在温度超限时通过蜂鸣器报警，蜂鸣器通过一个PN P 三极管来驱动。单片

10、机晶振电路中选用110592M H z 石英晶体，复位电路采用按键复位结构。2软件设计围3系统硬件电路图F i g 3T he c im uit of t he s y s t em基于单总线D SI S B 20的多点温度测量法的关键在于获得各个传感器的序列号。只有在知道D S l 8820传感器序列号的条件下，控制器才可以利用匹配序列号指令来区分各个传感器从而获得各个传感器的温度。因此，为了获取序列号需事先搭建另一获取序列号电路。电路以单片机为核心，挂接一D Sl 8820，PO 口接LC D l 602为显示器件(序列号为“位8个字节 。读取序列号时将所用D Sl 8820编号后，每次一

11、个挂接到控制器上，然后用读R O M 指令读出“位序列号并记录下来。记录下来的每个编号所对应的序列号，就是在多点测量时匹配指令所用序列号。序列号读取代码函数(在Po 输出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 为读R O M 指令33Hf or (i=0；i 8；i + 因为是8个字节，所以要读取8次镧爝疆疆辄疆疆：一硅一连薛群轮涟鐾器一番习割：露瓣蛩划一2012年8月农机化研究第8期P O =Rea dB

12、yt e( ；$pMat chD at a 存放序列号本设计每次使单片机上电时，都根据具体作物要求重新输入温度上限值和温度下限值。启动温度转换后，用匹配R O M 指令读取各个D S l 8820的值，然后将传感器编号和温度值显示出来。在某个传感器温度值超限时，报警器报警，主程序流程如图4所示。单总线挂接多个D S I 8820进行温度采集时，先发出湿度转换指令，各个传感器都进行湿度转换，然后再用匹配序列号的办法逐个读取传感器的温度值。下面给出匹配序列号的代码函数，主程序流程图见图4所示。图4主程序流程图Fi g 4M m np ”gm f l ow cha rt匹配序列号程序如下：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 为匹配序列号指令55Hf or (i =0；i 8；i +W r i t eByt e(掌(pMat chD at a+i ；序列号为8个字节，写8次为了修改温度上下限，需要键盘输入，键盘扫描用线反转法，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( ；软件去抖动P0=0xF0；反转行和列上的电平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输出对应按键值3结束语voi d M a t ch

15、R O M (c onstunsi gn edchar 木pM at chD at a 该系统利用单总线传感器D Sl 8820进行测温，其1542012年8月农机化研究第8期特点在于：外围电路连接简单，可以多点测温，易于扩展，根据需要可以继续增加传感器数目，根据使用环境要求的不同可以实时修改温度上限，超限时可以报警，整体电路简单，成本低。该系统具有较广泛的适应性，可以应用到粮仓、厂房、孵化室和冷库等需要多点温度检测的场所。参考文献：1匡迎春。姚帮松，罗亚辉，等简易型温室温湿度控制器设计J 湖南农业大学学报(自然科学版 ，2009，35(4 ：4524562杨金生，田志宏基于SH l 71的温

16、湿度无线远程监控系统J天津科技大学学报，2009，24(2 ：51543陶冶，袁永超，罗平基于D sI 8B20的单片机温度测量系统J农机化研究，2007(10：160-1634赵亮，侯国瑞单片机c 语言编程与实例(M 北京：人民邮电出版社，20035朱丽丽，王长友基于A V R 单片机与温度传感器D Sl 8820的多点温度测量J电工电气，2010(12：47516刘晖，姜久超，孙士尉冬枣恒温库温度检测系统设计一基于数字温度传感D Sl 8820J 农机化研究，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页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