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现场总线在温室大棚温度控制系统中的应用

摘要：采用先进的传感器设计了一种低成本的温室大棚温度控制系统，并给出了软硬件设计方法。由于该系统采用了单总线技术，模拟信号在测量现场被转换为数字信号，能够远距离测量，具有很高的测量精度和应用价值。
关键词：温室;单总线;控制系统
引言
在温室控制系统中，空气温度、空气湿度、光照、土壤湿度、土壤温度等环境因子从不同的方面对生物的生长繁育产生影响，在不同的条件下起着不同的作用，因此对于这些参数的测量显得尤为重要。传统的采集方式，一个信号一路，由于温室中需要采集的参数和点数多，信号线多，模拟信号需要远距离传输，所以很易引起数据失真。在本系统中采用单总线数字温度传感器芯片DS18B20实现远距离多点空气温度和土壤温度的测量，而空气湿度、光照、土壤湿度等传感器的模拟信号通过单总线A/D芯片转换成数字信号，从而通过单总线驱动器DS2480B输送给微处理器，系统具有一定智能化。
一、总线器件及其工作原理
系统主要用到了温度传感器DS18B20、A/D转换器DS2450和单总线驱动器DS2480B。
温度传感器DS18B20、A/D转换器DS2450等单总线器件内部ROM中都有光刻的64位序列号，它是该器件的地址序列码;64位光刻ROM的排列是：开始8位（DS18B20为28H，DS2450为20H）是产品类型标号，也就是所谓的家族码，接下来的48位是该自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个单总线器件的地址都各不相同，都是唯一的，以便实现一根总线上挂接多个单总线器件。单总线驱动器DS2480B完成到单总线的转换，提高了单总线的驱动能力。微处理器可以通过控制DS2480B驱动在线所有的单总线器件。
二、系统硬件设计
2.1数字温度传感器DS18B20
DS18B20是美国DallasSemiconductor公司推出的数字式温度传感器，遵循单线协议，其工作原理是利用温度敏感振荡器的频率随温度变化的关系，通过对振荡周期计数来实现温度测量。其支持3V～5.5V的电压范围，可以与处理

器进行双向数字通信，测温度范围宽（-55℃～+125℃），工作温度范围宽（25℃±10℃）,分辨率高（当设定为12位转换模式可以达到0.0625℃）。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输。DS18b20内部有2个字节RAM单元用来存放转换后的温度值，后1个字节为温度值低8位的补码（称作A），前1个字节为符号位和温度值的补码高3位（称作B）。数据格式是：

温度算法：①SSSSS=11111B，D=-1;SSSSS=00000B，D=1;最小分辨率为0.0625℃。
②当D=1时，温度值：T=[（Band7）＊256+A]＊0.0625
③当D=-1时，温度值：T=D＊[（Band7）＊256+A]＊0.0625
2.2单总线A/D转换器（DS2450）
DS2450是DALLAS公司生产的单总线式4通道逐次逼近式A/D转换器，即A、B、C和D模拟电压输入通道，其输入电压范围、转换精度位数、报警门限电压可编程;每个通道都有各自的存储器以存储电压范围设置、转换结果、门限电压等参数。DS2450内部有24个地址毗连的8位存储器，可将其分成3页，每页8字节。
为A/D转换结果存储器。每个通道占2个字节16位，芯片上电复位时该页清0;其中00H、01H存储A通道转换结果，02H、03H存储B通道转换结果，04H、05H存储C通道转换结果，06H、07H存储D通道转换结果。
为A/D转换控制与状态存储器。08H、09H对应于A通道，其余通道依次类推。
为各通道输入高/低限报警值存储器。10H存放A通道低门限8位报警值、11H存放A通道高门限8位报警值，其余通道依次类推。
DS2450的通道选择字和预置控制字用于选择参与A/D转换的通道及转换前转换结果存储器的初始化。值得的注意是：如果DS2450由VCC供电，那么必须在上电完毕后向地址1CH写入40H使模拟电路永久地保持在工作状态。限于篇幅，详细资料读者可查看参考文献[1]。
2.3单总线驱动器DS2480B
DS2480B是从串行接口到1-Wire网络协议转换的桥接器。只要主机具有普通的串行通信UART，就可以通过该桥接器产生严格定时和电压摆率控制的

1-Wire波形。DS2480B接受所要发送的指令和数据，执行1-Wire操作，并将结果返回至主机（详细资料间参考文献[2]）。
2.4系统原理图
考虑到单总线的驱动能力，采用星型结构，就是在若干个单总线上分别挂若干个单总线器件。硬件以AT89C55WD为核心，系统原理图1所示。主要包括按键模块、显示模块、信号输入、控制输出、时钟、串口扩展和存储等电路。