摘 要：采用先進的傳感器設計了一種低成本的農業栽培溫室微機控制系統，并給出了軟硬件設計方法。由于該系統采用了單總線技術，模擬信號在測量現場被轉換為數字信號，能夠遠距離測量，具有很高的測量精度和應用價值。 關鍵詞：溫室;單總線;控制系統 0 引言 　　在溫室控制系統中，空氣溫度、空氣濕度、光照、土壤濕度、土壤溫度等環境因子從不同的方面對生物的生長繁育產生影響，在不同的條件下起著不同的作用，因此對于這些參數的測量顯得尤為重要。傳統的采集方式，一個信號一路，由于溫室中需要采集的參數和點數多，信號線多，模擬信號需要遠距離傳輸，所以很易引起數據失真。在本系統中采用單總線數字溫度傳感器芯片DS18B20實現遠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芯片轉換成數字信號，從而通過單總線驅動器DS2480B輸送給微處理器，系統具有一定智能化。 1 單總線器件及其工作原理 　　系統主要用到了溫度傳感器DS18B20、A/D轉換器DS2450和單總線驅動器DS2480B。 　　溫度傳感器DS18B20、A/D轉換器DS2450等單總線器件內部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）是產品類型標號，也就是所謂的家族碼，接下來的48位是該自身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC=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，以便實現一根總線上掛接多個單總線器件。 　　單總線驅動器DS2480B完成到單總線的轉換，提高了單總線的驅動能力。微處理器可以通過控制DS2480B驅動在線所有的單總線器件。 2 系統硬件設計 　　2.1 數字溫度傳感器DS18B20 　　DS18B20是美國Dallas Semiconductor公司推出的數字式溫度傳感器，遵循單線協議，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系，通過對振蕩周期計數來實現溫度測量。其支持3V～5.5V的電壓范圍，可以與處理器進行雙向數字通信，測溫度范圍寬（-55℃～+125℃），工作溫度范圍寬（-10℃～+85℃）,分辨率高（當設定為12位轉換模式可以達到0.0625℃）。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸。 　　DS18b20內部有2個字節RAM單元用來存放轉換后的溫度值，后1個字節為溫度值低8位的補碼（稱作A），前1個字節為符號位和溫度值的補碼高3位（稱作B）。 　　數據格式是： 　　溫度算法：①SSSSS=11111B，D=-1;SSSSS=00000B，D=1;最小分辨率為0.0625℃。 　?、诋擠=1時，溫度值：T=[（B and 7）＊ 256 + A]＊ 0.0625 　?、郛擠=-1時，溫度值：T=D＊ [（B and 7）＊ 256 + A]＊ 0.0625 　　2.2 單總線A/D轉換器（DS2450） 　　DS2450是DALLAS公司生產的單總線式4通道逐次逼近式A/D轉換器，即A、B、C和D模擬電壓輸入通道，其輸入電壓范圍、轉換精度位數、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圍設置、轉換結果、門限電壓等參數。 　　DS2450內部有24個地址毗連的8位存儲器，可將其分成3頁，每頁8字節。 　　第0頁為A/D轉換結果存儲器。每個通道占2個字節16位，芯片上電復位時該頁清0;其中00H、01H存儲A通道轉換結果，02H、03H存儲B通道轉換結果，04H、05H存儲C通道轉換結果，06H、07H存儲D通道轉換結果。 　　第1頁為A/D轉換控制與狀態存儲器。08H、09H對應于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的通道選擇字和預置控制字用于選擇參與A/D轉換的通道及轉換前轉換結果存儲器的初始化。 　　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址1CH寫入40H使模擬電路永久地保持在工作狀態。限于篇幅，詳細資料讀者可查看參考文獻[1]。 　　2.3單總線驅動器DS2480B 　　DS2480B是從串行接口到1-Wire網絡協議轉換的橋接器。只要主機具有普通的串行通信UART，就可以通過該橋接器產生嚴格定時和電壓擺率控制的1-Wire波形。DS2480B接受所要發送的指令和數據，執行1-Wire操作，并將結果返回至主機（詳細資料間參考文獻[2]）。 　　2.4 系統原理圖 　　考慮到單總線的驅動能力，采用星型結構，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、時鐘、串口擴展和存儲等電路。LED用來循環顯示個測量點的參數，按鍵用來設置給定參數，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。GM用來擴展串口，擴展后的三個串口分別用于轉換為1-Wire網絡協議、LED顯示和與上位機通信。 [align=center] 圖1 系統原理圖[/align] 3 軟件設計 　　3.1總線結構軟件設計 　　在該系統中，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]，但當該測控點的某個器件損壞時，需要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，但系統無法具體確定每個測量點的單總線器件地址。 　　該系統采用依次上電的方法，通過二叉樹算法（見參考文獻[4]）完成每個測量點的在線單總線器件地址，維護方便，方法如下： 　　（1）打開測控點1單總線器件電源，關閉其它測控點電源，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AT24C256。 　?。?）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，系統根據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AT24C256。 　?。?）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“OK”按鍵。 　　3.2抗干擾軟件設計 　　系統采用三種抗干擾方法： 　　（1）應用AT89C55WD片上看門狗; 　　（2）應用軟件陷阱; 　?。?）采用CRC容錯技術。 4 結論 　　本文作者的創新點（軟硬件）： 　?。?）硬件均為可裁剪結構，組態靈活，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又可以手動，該系統可以利用485異步串行通信總線聯網，以適應各類不同檔次用戶的不同需要，根據不同組態，系統既可以適應高自動化程度的具有集散特征的大規模用戶，又可適應各類中小散戶應用。 　　（2）現場的單總線結構，所有的信號采集都可以掛在只有兩條導線組成的單總線上，由于農業溫室各類參數變化均較緩慢，故可以采用串行分時復用的方式解決大量現場信息的傳輸問題，這就使得現場前向通道電路結構大大簡化。 　　（3）采用模糊解耦算法處理現場參數間的強耦合問題,將矩陣解耦結果轉化為相關結果鏈表，以指針變量定位解耦輸出結果。 參考文獻 　　[1]Dallas Semiconductor Data Books.Dallas Semiconductor Corporation 1995 　　[2] 李華驛,汪道輝.應用DS2480實現RS—232與單總線的串行接口[J], 微計算機信息,2002.12:45-46 　　[3] 文哲雄,羅中良.單總線多點分布式溫度監控系統的設計[J]，微計算機信息,2005.06s:63-65 　　[4] 嚴蔚敏,吳偉民.數據庫結構[M].清華大學出版社,1998