1、2012年8月農機化研究第8期基于單總線技術的溫室大棚多點溫度采集系統侯俊才，侯莉俠，胡景清，郭康權(西北農林科技大學機械與電子工程學院，陜西楊凌712100摘要：溫室大棚生產中，溫度是一項影響作物生長發育的重要因素。簡易溫室往往采用單點或少點測量，由于大棚內溫度的不均勻。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溫度采集問題，采用單總線數字溫度傳感器D S l 8820和單片機A T98C52構成多點溫度采集系統。系統可以根據使用環境的不同。設置相應的溫度上下限，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。關鍵詞：單總線；D Sl 8820；多點測量；溫度采

2、集；A T 89C 52單片機中圖分類號：s6255+1；S 126文獻標識碼：A文章編號：1003188X 201208-0152-040引言1系統硬件設計自從我國引進現代溫室生產以來，溫室生產在我國農業生產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12106hm 2，居世界第一l l 】。溫室生產中，溫度是影響作物生長的重要因素之一，科學合理地調節大棚內溫度，形成利于作物生長的環境，直接影響到作物的生長速度、產量、品質以及成熟時間。在溫室大棚生產中，棚內溫度在一天中不同時問、不同的位置點的溫度并不一樣，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，測溫系統在溫度超過上下限時應該報警提醒，但多數測溫系統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采集，而且報警溫度的上下限應該可調。當前國內研制的“上位機+下位機”結構的溫室環境控制系統成本高，可操作性不強，很難在農村的大棚生產中得以推廣和應用。而在農村簡易塑料大棚中，往往只掛1-2個水銀溫度計測溫，這種單點或少點溫度測量法費勞力且不能及時發現溫度超限，也不能提前預警。因此，筆者設計了一種基于D Sl 8820溫度傳感器的、單片機控制的單總線多點溫度采集系統。該系統結構簡單，安裝方便，針對不同作物可以設定不同溫度上限，并能在溫度超

4、限時報警。收稿日期：20110902基金項目：公益性行業(農業 科研專項基金項目(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系統功能為了實現多點溫度采集，系統采用9個溫度傳感器D S l 8820，分別布置在大棚的兩側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。這些傳感器統一編號，并通過單總線形式連接到A T89C 52單片

5、機上。為了適應不同作物不同溫度限的要求以及實現隨時檢測每個位置點溫度，設計了4x4的行列式鍵盤(包括l O 個數字鍵和上下限溫度設置功能鍵 。溫度顯示采用循環現實的方式，事先對各個傳感器進行編號，通過LED 實時輪流顯示出各傳感器的編號及對應的溫度，在溫度超限時蜂鳴器報警。系統原理框如圖l 所示。l 溫度傳感器b-q 溫度娃乖電路單片機I 刪鍵盤卜+1幕9C52-q 報警電路圖1系統原理框圖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單總線是美國D A L L A S 公司的專利技術。它采用單根信號線，既傳輸時鐘，

6、又傳輸數據，而且數據的傳輸是雙向的，因而它具有線路簡單、硬件開銷少、成本低和便于總線擴展和維護等優點，適用于單個主機系統，能夠控制一個或多個監控點。D Sl 8820是D A L L A S 半導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、抗干擾能力強和易配微處理器的優點，直接將溫度轉化為串行1522012年8月農機化研究第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，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 的單總線控制協議，實現r 利用單

7、線控制信號在總線上進行通信。由于所有的設備通過漏極開路端(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 。在這一總線系統中，單片機通過唯一的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的某一管腳上就可以了(如圖2所示 。對多個D S l 8820進行溫度采集時，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，實現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、機與D Sl 8820的通信時序主要包括”1：1 總線復位。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完成總線復位。2 寫數據位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 寫數據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 讀數據位。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 內采樣總線電平獲得數據，延時45岫完成讀操作。13系統硬件電路硬件連接如圖3所示。系統以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45m ，如果采用雙絞線帶屏蔽電纜，傳輸距離可達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，該系統在擴展后，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，采用線反轉法掃描。鍵盤中09為數字輸入鍵，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 三極管來驅動。單片

10、機晶振電路中選用110592M H z 石英晶體，復位電路采用按鍵復位結構。2軟件設計圍3系統硬件電路圖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的多點溫度測量法的關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 。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的序列號，就是在多點測量時匹配指令所用序列號。序列號讀取代碼函數(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 + 因為是8個字節，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割：露瓣蛩劃一2012年8月農機化研究第8期P O =Rea dB

12、yt e( ；$pMat chD at a 存放序列號本設計每次使單片機上電時，都根據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進行溫度采集時，先發出濕度轉換指令，各個傳感器都進行濕度轉換，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，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，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輸出對應按鍵值3結束語voi d M a t ch

15、R O M (c onstunsi gn edchar 木pM at chD at a 該系統利用單總線傳感器D Sl 8820進行測溫，其1542012年8月農機化研究第8期特點在于：外圍電路連接簡單，可以多點測溫，易于擴展，根據需要可以繼續增加傳感器數目，根據使用環境要求的不同可以實時修改溫度上限，超限時可以報警，整體電路簡單，成本低。該系統具有較廣泛的適應性，可以應用到糧倉、廠房、孵化室和冷庫等需要多點溫度檢測的場所。參考文獻：1匡迎春。姚幫松，羅亞輝，等簡易型溫室溫濕度控制器設計J 湖南農業大學學報(自然科學版 ，2009，35(4 ：4524562楊金生，田志宏基于SH l 71的溫

16、濕度無線遠程監控系統J天津科技大學學報，2009，24(2 ：51543陶冶，袁永超，羅平基于D sI 8B20的單片機溫度測量系統J農機化研究，2007(10：160-1634趙亮，侯國瑞單片機c 語言編程與實例(M 北京：人民郵電出版社，20035朱麗麗，王長友基于A V R 單片機與溫度傳感器D Sl 8820的多點溫度測量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設計一基于數字溫度傳感D Sl 8820J 農機化研究，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