摘 要：畜牧、養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展給溫室控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來契機，隨著科學技術的進步，各種總線系統(tǒng)逐漸引入控制系統(tǒng)中。現(xiàn)在國內的絕大部分溫室控制系統(tǒng)均不能與HBS總線相兼容，而作為溫室控制中不可缺少的空調系統(tǒng)，有相當一部分采用了HBS總線架構，這些設備不能直接接入溫室控制中，給溫室建設帶來不便。利用單片機和MM1192(HBS總線通信模塊)將空調控制器進行改進，可使空調系統(tǒng)融合到溫室控制系統(tǒng)中來，進而實現(xiàn)對空調系統(tǒng)的自動控制。此文的一些方法也適用于一些HBS智能家用電器的控制設計。

關鍵詞：溫室控制；HBS總線；空調系統(tǒng)；控制器

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-111-03

Research on Greenhouse Air-condition Controller Based on HBS

SONG Tao，GE Huijie，WEN Yang，WU Tao，XU Xiaohui

(College of Information Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin，300401，China)

Abstract：Development of the livestock industry and aquaculture makes an opportunity for greenhouse controlling system.Following the progress of science and technology，HBS is applied in many kinds of controlling system.Nowadays，most of the internal greenhouse air-condition system cannot compatible with HBS，but as much more important part of the whole system，many air-conditions are designed with HBS，they cannot be connected in greenhouse controlling system directly.To make an improvement by single chip computer and MM1192 (HBS adaptor)，the greenhouse controll system can easily hold air-conditioning devices (based on HBS) together.This method can also be used in other devices which based on HBS intelligence system.

Keywords：greenhouse controlling;HBS bus;air condition system;controller

現(xiàn)代智能溫室控制系統(tǒng)的應用，大大提高了各種動植物養(yǎng)殖的自動化程度，在這個控制系統(tǒng)中，我們要用到大量的溫度、濕度、氣體濃度等控制設備。溫度和濕度的調節(jié)主要靠空調系統(tǒng)來完成，而在當今的空調品牌中，大部分采用了HBS(Home Bus System)總線，尤其是日本的諸如三洋、日立等空調，這些設備想要加入到溫室控制中，單靠其現(xiàn)有的空調遙控是不能實現(xiàn)的，因為一般的溫室控制系統(tǒng)和HBS總線是不兼容的，本控制器就是通過單片機和MM1192(HBS總線通信模塊)將空調系統(tǒng)融合到溫室控制系統(tǒng)中來，進而實現(xiàn)對空調系統(tǒng)的自動控制。

1 系統(tǒng)總體結構設計

HBS由日本電子工業(yè)聯(lián)合會/無線工程電子協(xié)會HBS標準委員會制定，以雙絞線和同軸電纜為介質，控制通道最多可有64個節(jié)點，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層組成^[1]，其協(xié)議內容包含了如何通過傳輸介質將家庭設備、電話、音頻/視頻裝置連接達到控制，他在現(xiàn)代家居系統(tǒng)中較為常見。

不論是哪種協(xié)議，其物理層通信載體都是網(wǎng)絡布線，有了這個物理載體，完全可以通過單片機實現(xiàn)日常所需的控制。

1.1 電源電路

家庭總線通過變壓器產(chǎn)生一個12 V直流載波，這個直流載波在總線上對于任何一個控制器都是一個回路。對整個電路設計而言，總控制器和各家電控制器均采用家庭總線直流載波供電，通過電平轉換模塊將12 V電壓轉換為單片機需要的5 V。對于電源電路而言，通過電感將交流信號阻斷，將控制信號濾出，更重要的是隔離開電源電路對總線上控制信號的干擾。

電平轉換芯片選用62AB，電路簡圖如圖1所示。

圖1 供電模塊

1.2 控制模塊

控制模塊選用一般AT89C51單片機即可，AT89C51是一種帶4 kB字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，F(xiàn)PEROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器^[2]。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

1.3 HBS通信模塊

MM1192總線控制模塊是日本MITSUMI公司專門為HBS總線設計開發(fā)的適配器芯片，其本身自帶編碼解碼電路^[3]，可應用于智能家居系統(tǒng)的電信、安全監(jiān)控、影音設備、空調設備等，通過MM1192可將單片機控制信號附加到HBS總線的直流載波上進行傳輸，在接收端，同樣利用MM1192將載波上濾出的信號進行還原，其控制時序如圖2所示。

采用MM1192收發(fā)模塊，可直接與單片機連接，另外，考慮到一些干擾和失真，在單片機和收發(fā)模塊之間加入了[LL]整形電路74HC00，有效降低了誤碼率。

圖2 MM1192時序及傳輸延時

在單片機I/O控制口的設計中，將P1口作為各種控制的按鍵控制口，不同的按鍵代表不同的控制功能，具體分為：開機、關機，高溫、低溫，送風、除濕、制冷、加熱。P2口作為控制狀態(tài)顯示輸出，8個LED發(fā)光管代表不同的當前命令狀態(tài)。 

整個控制模塊的電路簡圖如圖3所示。[FL)][HT1.][HT10.SS]

圖3 控制模塊電路簡圖

[FL(K2]

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 空調工作過程

空調控制器研制過程中，有一個必不可少的環(huán)節(jié)是空調命令碼的獲取，從空調主機的HBS端口，還有擴展的232接口和485接口，都不能直觀地獲得這些命令碼，雖然大部分空調通信都遵循HBS協(xié)議或485協(xié)議，但在傳輸過程中都是加密的。盡管如此，通過實驗發(fā)現(xiàn)每次控制器發(fā)給空調主機的都是一個完整的報文，其工作過程如下：

在日立空調的控制系統(tǒng)中，每當系統(tǒng)上電，控制器和空調主機之間都會進行信息交互，也就是常說的系統(tǒng)初始化，其過程有至少七次信息握手，首先是控制器向空調主機發(fā)送信息碼，主機回應，然后空調主機向控制器發(fā)送索取信息，之后控制器確認，空調主機再次向控制器發(fā)送索取信息，控制器再次確認，如此反復7次直到完成控制器與空調主機之間的信息同步。初始化完畢之后，控制器發(fā)送的每一條控制命令中都包含了當前的控制器狀態(tài)及發(fā)生改變的狀態(tài)，還有當前室溫等參數(shù)(由控制器終端的傳感器采集得到)，空調主機記下其狀態(tài)并根據(jù)控制命令和控制器發(fā)來的狀態(tài)參數(shù)自動調節(jié)室內溫度、濕度等。

從實驗中得到，在空調主機未經(jīng)過初始化的情況下，給其發(fā)送控制命令，亦可實現(xiàn)控制，即將原來的雙向通訊方式改為單向，控制器改為單片機控制，只發(fā)送控制碼，不接收和識別空調主機的狀態(tài)參數(shù)，只在收到主機的確認信息后對其進行各種控制。

2.2 數(shù)據(jù)采集

命令碼的采集需要采集設備，本文所用虛擬儀器型號DSO2902，具體參數(shù)為：20 Gb/s等效采樣，250 MHz或500 MHz實時采樣速率，采樣速率從1 Hz/s~20 GHz/s。測量帶寬80 MHz，用數(shù)學插值計算提高帶寬；通過計算機并口或USB 2.0口連接計算機；最大512 kB/1 MB存儲深度；多種先進觸發(fā)方式；采集和通道參數(shù)能自動設置；帶125 MHz或200 MHz的頻譜分析儀功能/FFT，8通道250 MHz/s邏輯分析儀；外觸發(fā)既可用正負電平也可外部時鐘觸發(fā)，示波器與邏輯分析儀可交叉觸發(fā)；帶XY繪圖功能；計算機屏幕進行彩色顯示，并能多屏幕顯示； 對采集波形進行運算，10多種自動測量參數(shù)；顯示數(shù)據(jù)可存儲的計算機硬盤，以便事后分析。用戶可編制LabVIEW驅動，連接LabVIEW圖形化設計^[4]。

空調命令碼的采集端應該在命令碼進入MM1192總線控制模塊之前(控制器端)或者MM1192解碼之后(主機端)，因為控制器端的MM1192是將命令碼編碼發(fā)送，其碼形是不可讀的，主機端的MM1192將總線上的命令碼解碼，解碼之后的碼形和進入控制端MM1192之前的碼是一樣的。如圖4所示。

圖4 碼形傳輸示意圖

圖像采集使用雙通道，分別標以不同的顏色，在顯示區(qū)域以可自定義的上下兩部分對應顯示，可清晰的看出發(fā)送碼與回復碼，采集到的圖像如圖5所示。

圖5 獲取的空調控制碼

采集到的命令碼通過軟件可放大成百上千倍，將圖5展開便可得到清晰可讀的控制碼與回復碼，如圖6所示。

從放大后的波形圖可以清楚地看到上下兩個波的具體信息，下面的碼是命令碼，上面長出命令碼的部分是空調主機的回復碼，命令碼的結束部分為00-0000，回復碼為0101000。

2.3 軟件流程

為了達到控制系統(tǒng)的最優(yōu)化，軟件設計是至關重要的，簡潔有效的程序能節(jié)省單片機的運行時間從而提高系[CM(22]統(tǒng)穩(wěn)定性和準確率，同時使CPU工作在掉電或者空閑模[CM)][LL]式下，也能有效降低功耗。掉電模式時功耗要比空閑模式更低，但由于掉電模式需要硬件復位喚醒，所以設計中選用CPU空閑模式。

圖6 讀取命令碼

軟件整體設計流程：上電后單片機進入空閑模式。用戶通過外部按鍵中斷喚醒處理器，處理器掃描按鍵，得到要發(fā)送的命令碼并將其發(fā)送到HBS總線上，HBS總線上的空調主機會收到這個命令碼并執(zhí)行?？刂破髟谝欢〞r間里沒有發(fā)送命令的話則進入空閑模式。

空調控制器軟件設計流程圖如圖7所示。

圖7 軟件流程

3 結 語

通過MM1192總線控制器，利用單片機能夠對中央空調系統(tǒng)進行包括開關機、制冷、除濕、加熱等常規(guī)控制，大大降低了控制成本，使基于HBS總線的空調設備很方便地安裝到溫室控制系統(tǒng)中，通過對日立空調系統(tǒng)進行試驗，達到了預期效果。本控制單元有較強的可移植能力，在HBS系統(tǒng)總線上，只要有控制目標的命令碼，就可以通過本文設計的控制器控制總線上不同的目標設備。

參 考 文 獻

［1］鄒吉平.基于現(xiàn)場總線的智能照明控制系統(tǒng)分析與應用\\[J\\].建筑電氣，2007，26(4):49-53.

［2］胡漢才.單片機原理及其接口技術\\[M\\].北京:清華大學出版社，2002.

［3］MITSUMI.HBS-Compatible Driver and Receiver MM1192.

［4］北京迪陽科技公司.DSO2902使用說明書\\[M\\].

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作者簡介

宋 濤 男，1980年出生，河北工業(yè)大學信息工程學院在讀研究生。從事傳感器及傳輸系統(tǒng)研究。

葛慧杰 男，河北工業(yè)大學信息工程學院在讀研究生。從事傳感器及傳輸系統(tǒng)研究。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。