基于sdi12总线(通信协议)的数据采集技术(一)

1、基于总线（通信协议）的数据采集技术（一）概述：目前产品越来越丰富，应用也越来越广泛，关键在于其智能化，数字化。众多仪器厂商，系统集成商， 开始关注该项技术， 几乎所有的数据采集器生产商都在自己的产品中增加了总线接口， 在大趋势的推动下， 传感器厂家也开始加入这个协议。通过组建的数据采集系统结构简洁，由于使用了总线技术， 所有的传感器连接在一条总线上，所以放弃了以往的复杂接线，让用户一目了然， 即使供应商不提供服务，用户自己也能很好的来改变观测方案甚至是对系统升级。关于 的技术背景即串行数字接口，是一种基于微处理器的智能化传感器系统。通讯标准是由美国水文组织提出的的一种串行数据通讯接口协议，在协

2、会支持下，近年来欧美国家在环境监测中加以推广使用。此技术广泛应用在工农业多参数测控、江河湖海的水文和气象等地球环境监测、养殖和食品生产中，可以远距离传送数据。目前此协议最新的版本是年月号公布的版，这个标准版本是版的升级版。小组的技术支持遍及全球。 国外有很多从事智能传感器开发的公司对通信技术的应用都非常成熟，生产了一大批高性能智能传感器和数据采集系统产品。国内近年来从事传感器开发的公司逐步兴起，有些公司也开发出了很多不错的智能传感器。我国的技术也已应用到如气候变化追踪、水采集及水测试、生态调查、土壤监测、农业及气候分析等领域。一、关于接口、总线与通信协议我们常见的、等这些都是接口标准，它并没有

3、规定通信的内容，在定义了接口的机械与电气标准后， 各种组织或厂家制定出标准的通信内容约定，即形成通信协议。 在这些协议的约定下，各生产厂家的相同或不同类型的产品可以兼容在一起组成网络。这些设备都是并联在接口上的，形成总线连接方式，同时它也限定接入总线的数量。既约定了接口的电气规范又约定了通信的内容。但在其软件协议功能优越性的推动下，一些厂家也在接口的产品上使用了该协议的通信格式。总线技术属于单线总线技术，即在一根数据线上进行双向半双工数据交换，但这并不代表一根电线就可以进行数据传输了，它是和电源线的负极共用的。在短距离的应用中它并不强调线路使用双绞线， 对计算机通信有过研究的人都知道，数字信号

4、的传输距离和线路的阻抗匹配有很大关系， 用平行线路做为数据传输的物理层，会在很大程度上缩短通信距离，这是由于构成通信信号电流回路的两根线在处于并行时，这条线路的电容增加，对传输的数字脉冲的上升沿和下降沿产生畸变，造成接收方无法辨认是“”或是 “”。另一个影响通信距离的因素是通信速率 ,即每秒传输的数据位数。通信速率越高，对线路的要求越高。因此在进行远距离通信中，选用双绞线是有必要的。但这对于 总线来说，情况好多了，总线的通信速率为。二、 接口标准规范内容接口的电气性能接口规定了总线使用三芯电缆，定义如下：一根为串行数据线，双向半双工通信一根为供电线，向传感器供电一根为地线，即作为电源的回路又作

5、为数据信号线的回路。串行数据的逻辑和电压值矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔。二进制值电压范围? 聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸測。1 / 5传感网络结构三、的 通信 协议 通信 速率 和字帧结构协议规定了通信的波特率为字帧结构起始位：数据位：校验： 偶校验停止位：可实现特性所有在总线上发送的字符必须是可印刷的字符。所有的指令以地址码开始，以“！ ”为结束符。所有的传感器响应以地址码开始，以为结束符。的地址范围规范约定地址由 、 ，出厂初始化地址为，但大部分厂家没有对这个范围进行限制，经过实验验证，所有的可显示的键盘码都可以做为地址，但建议用户在地址资源充足的情况下，不要将地址设置超出该范围，以免带来不必要的麻

6、烦。四、 传感器传感器的特点传感器自身具有微处理器，可以实现适合自身特点的算法可以通过指令对其进行校准内部采用，用来放置校准信息和其他配置信息。单总线的串行接口简化了数据采集器的设计传感器在未来的发展上可以独立完成。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭骒。传感器的组成结构传感器的休眠与唤醒机制2 / 5这个协议里最特殊的点是它的休眠与唤醒机制和标识。由于传感器低功耗模式，当不进行工作时即进入休眠，因此每个命令前需要加上一个的标识信号，用于唤醒总线上所有的传感器， 传感器从低功耗模式中唤醒后，在收到下一个标识信号后，开始寻找和自己匹配的地址，地址匹配开始测量。如果地址无效或空闲超过将返回到低功耗待机状态。注意

7、：这项功能是由数据采集器或协议转换器自动执行的，用户只要理解就可以了。酽锕极額閉镇桧猪訣锥顧荭。基于总线（通信协议）的数据采集技术（二）五、的常用指令初看这个协议的时候有很多不理解的地方，特别是数据获取指令，、 ，笔者在对一个传感器进行实际操作练习后， 便彻底明白了这个协议。 采用一个接口适配器， 在上使用一个串口调试软件，将协议的指令都运行一遍后，才发现它并不神秘了。对一个传感器测量操作，一个测量任务共分为四步：第一步：数据采集器发送一个测量命令，传感器即做出响应。一个测量命令格式如下：! 小写的 “”是传感器的地址码， “”是通知传感器进行测量， “！”是命令结束符，由这三个元素构成一个完

8、整的命令。第二步：传感器的响应对于传感器来说， !是一个常规的测量命令，传感器可以完成一个基本的测量任务。并且会做出一个响应： ，这是传感器接到 !后的一个反应，响应中：为本传感器的地址为本次测量需要的时间，以秒为单位为数据数量为回车符为换行符 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔。第三步：数据采集器发送数据获取命令通常，数据采集器发送一个！命令来向传感器获取数据。第四步：传感器向数据采集返回测量结果其中可以是一个值也可以是多个值，多个值用“”或 “”来区分。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔點鉍。常用命令与响应的解释（其他指令请参考原文或我们提供的译文）厦礴恳蹒骈時盡继價骚卺癩。命令响应？！查询地址指令！ 应答激活

9、指令！识别指令 传感器型号、版本、序列号等！修改地址指令表示新地址为！ 测量指令为地址为一次测量需要的时间本次测量可产生的数据个数!获取数据指令茕桢广鳓鯡选块网羈泪镀齐。数据采集器的命令始终以“！ ”为结尾，而传感器的响应始终以结尾扩展指令，它是各个传感器生产厂家根据传感器本身的特有性能， 自定义一些特殊功能的指令。 但这些命令也是符合的约束的。3 / 5扩展指令的格式： ！需要加一个 “”来区别， “”由厂家自定义。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴縈诘。六、通信距离实验协议规定了的通信距离为英尺， 但实际远不止这些， 我们选用了一些不同厂家的传感器进行实验， 发现它们有很好的兼容性，对网络结构没有特殊

10、的要求，传输距离都超过了。取得的数据仅供参考， 因各厂家生产的传感器接口性能不尽相同，组网的结构、 传感器接入数量以及电缆的纽绞形式都是影响传输距离的因素。平行线实验结果无屏蔽籟丛妈羥为贍偾蛏练淨槠挞。双绞线实验结果无屏蔽七、支持总线的产品类型基于协议的产品涵盖了环境监测领域大部分产品主要有以下三大类气象：温度，湿度，雨量、风速、风向，如的等。水文：水位、水质、流量、温度等等。土壤：水分、水势、温度等的 、温度链等。具有接口的数据采集器、 等。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴買闥。八、如何组建的数据采集系统数据采集器的选用如果系统简单，选用的传感器全部为接口，可选用的,这个产品本身具有个模拟量输入通道，一个接口， 该采集器不需要编程，只用进行简单的通道设置就可以了，支持个通道，且集成了一个模块，可组成网络。在复杂的测量并含有控制逻辑的系统中建议采用，该采集器界面友好， 接口丰富， 个接口，具有数字及开关量输出接口，在测控系统中使用很方便。不同的数据采集器对的使用上有区别，但基本指令是不可改变的关于供电问题传感器本身具备低功耗休眠模式，但由于野外使用时需进一步节约功耗，所以建议采用数据采集器控制供电方式，即到达采集时刻，提前秒供电，采集完成后即关闭总线电源。大多数数据采集器均具备这种功能，即功能。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦鋇絨。九、与相结合组成环境观测网络