郭玉芬

摘 要：溫室大棚廣泛在林業(yè)種苗和農(nóng)業(yè)作物培育中，該文提出應(yīng)用TI超低功耗MSP430單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，應(yīng)用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用于溫室大棚智能溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)，并給出設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：MSP430 單總線 智能監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0113-02

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和林業(yè)的快速發(fā)展，溫室大棚技術(shù)越來越普及，被廣泛用于樹苗培育和農(nóng)作物種植當(dāng)中。溫室大棚能克服環(huán)境對生物生長的限制，使季節(jié)對農(nóng)作物的生長不再產(chǎn)生過度影響，在于尋求適合作物生長的溫度和濕度。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展使大棚生產(chǎn)日常管理智能化成為可能，從而取代人工從事溫度和濕度等指標(biāo)的監(jiān)控，本文提出應(yīng)用TI超低功耗MSP430單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，應(yīng)用單總線（1-wire）技術(shù)研制智能溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能監(jiān)控系統(tǒng)由控制核心、溫濕度傳感器、模擬量輸入通道、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示和報(bào)警電路構(gòu)成。以應(yīng)用大棚培育越冬龍柏樹苗為例，龍柏樹苗喜溫暖不耐嚴(yán)寒，生長對溫度要求嚴(yán)格，最適宜生長溫度為20～28 ℃，白天應(yīng)適當(dāng)加大棚室通風(fēng)量，使棚內(nèi)溫度保持在25 ℃，夜間溫度保持在10～20 ℃之間。這就要求監(jiān)控系統(tǒng)具有兩種或多種工作模式，由時(shí)鐘電路來區(qū)分工作模式，溫度檢測范圍為0～50 ℃，測量精度為0.5 ℃，擬定8點(diǎn)至17點(diǎn)為日間模式，棚內(nèi)溫度在20～28 ℃，超出范圍提醒工人進(jìn)行通風(fēng)或覆蓋；同樣擬定19點(diǎn)至次日6點(diǎn)為夜間模式，棚內(nèi)溫度控制在10～20 ℃。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

選擇TI的超低功耗MSP430G2553單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內(nèi)置的16位定時(shí)器、多達(dá)24個(gè)支持觸摸感測的I/O引腳、一個(gè)通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內(nèi)置通信能力。此外，還具有一個(gè)10位模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器。這些功能能夠保障系統(tǒng)的定時(shí)、數(shù)據(jù)處理和A/D轉(zhuǎn)換等功能[1]。本設(shè)計(jì)采用TI的MSP430 Launch Pad 開放工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，該工具集成有XDS100v2 USB仿真器使用起來非常方便。

選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為系統(tǒng)溫度傳感器，芯片性能特點(diǎn)為寬電壓，可以工作在3.0～5.5 v，這樣就可以省略調(diào)整工作電壓的麻煩；測溫范圍-55～125 ℃，在-10～85 ℃時(shí)精度為±0.5 ℃；可編程的分辨率為9～12位，可以實(shí)現(xiàn)高精度測溫，在9位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換速度為93.75 ms，而12位時(shí)轉(zhuǎn)換速度為750 ms；獨(dú)特的單總線接口方式，DS18B20與單片機(jī)通信時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊，而且支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫，在大棚中需要測量溫度的位置是多個(gè)以免造成局部溫度過高或過低。

濕度傳感器選用HM1500LF，這是一款低價(jià)位的線性電壓輸出濕度傳感器，測濕原理是利用濕敏電容的電容量與相對濕度的函數(shù)關(guān)系即可測量濕度。搭配一片符合單總線協(xié)議的可組網(wǎng)的集成A/D芯片DS2450，一片DS2450可以連接4個(gè)濕度傳感器。

其他電路包括LCD段式液晶，由于整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)盡量考慮低功耗這一特點(diǎn)，所以選用單色LCD段式液晶作為監(jiān)控顯示屏幕；還有揚(yáng)聲器和鍵盤輸入等硬件電路。

2 單總線數(shù)據(jù)傳輸

單總線（1-wire）即只用一根信號線，既供電又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的是DALLAS公司設(shè)計(jì)的一種通信技術(shù)，具有與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信、總線負(fù)載量大、布線簡單、精度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜等多方面優(yōu)點(diǎn)，在各種測控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。

設(shè)計(jì)中采用的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HM1500LF都是采用一根總線讀寫數(shù)據(jù)所以對讀寫數(shù)據(jù)位有嚴(yán)格的時(shí)序要求。首先應(yīng)該遵守相應(yīng)的通信協(xié)議從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該通信協(xié)議定義了多種信號時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將單片機(jī)作為主機(jī)，傳感器作為從機(jī)。DS18B20復(fù)位發(fā)送時(shí)序如圖2所示。

每一次命令和數(shù)據(jù)傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求從機(jī)回送數(shù)據(jù)，在寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序接收數(shù)據(jù)。所有的讀、寫時(shí)序至少需要60 us，且每兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要1 us的恢復(fù)時(shí)間。數(shù)據(jù)命令的傳輸都是低位優(yōu)先。傳感器的復(fù)位時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過拉低單總線并保持至少480 μs產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后由主機(jī)釋放總線，進(jìn)入接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，從機(jī)檢測到該上升沿后，延時(shí)15～60 us，然后通過拉低總線60～240 us產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。單片機(jī)接收到傳感器應(yīng)答脈沖后就開始對傳感器進(jìn)行ROM命令和功能命令操作。傳感器的讀時(shí)序是主機(jī)將單總線拉為低電平，在5μs之內(nèi)釋放單總線，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。傳感器發(fā)送1，總線保持高電平，若發(fā)送0，則總線為低電平。由于傳感器發(fā)送據(jù)后保持15 us有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序時(shí)必須釋放總線，且保持15 us的采樣總線狀態(tài)，以便接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù) [4]。

3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用MSP430G2553單片機(jī)對溫度傳感器、濕度傳感器數(shù)據(jù)的讀寫、與預(yù)定目標(biāo)的比較做出判斷，通過LCD顯示器和蜂鳴器提示工作人員進(jìn)行合理操作。軟件編寫、調(diào)試和下載通過TI公司推出的集成開發(fā)環(huán)境CCS（Code Composer Studio）來進(jìn)行，CCS支持所有的TI公司推出的處理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。

部分主程序如下所示：

void main （void）{

GPIO_init（）；

DS18B20_init（）；//配置DS18B20

DS18220_reset（）；//DS18B20數(shù)據(jù)線復(fù)位

HM1500_init（）；//配置HM1500LF

HM1500_reset（）；//HM1500LF數(shù)據(jù)線復(fù)位

convert_DS18B20（）；//啟動(dòng)DS18B20

delay_ms（800）；

temperature_data=read_DS18B20（）；//讀溫度數(shù)據(jù)

onvert_HM1500（）；//啟動(dòng)HM1500

delay_ms（800）；//

humidity_data=read_DS18B20（）；//讀濕度度數(shù)據(jù)

}

主程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語

該文提出的設(shè)計(jì)方案在林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證了其可靠性和實(shí)用性。將低功耗的MSP430單片機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)林生產(chǎn)中，在提高生產(chǎn)效率節(jié)省人力資源，提高控制精度的同時(shí)也在逐步提高現(xiàn)代農(nóng)林生產(chǎn)水平，也為農(nóng)林生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化管理提供了底層硬件基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Texas Instruments.MSP430G2x33 Mixed Signal Microcontroller. slas 734f.

[2] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線測溫系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2005（6）.

[3] 李軍.關(guān)于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（12）.

[4] 廖琪梅，韓彬.基于單總線器件DS18B20的溫度測量儀[J].國外電子元器件，2008（2）.endprint

摘 要：溫室大棚廣泛在林業(yè)種苗和農(nóng)業(yè)作物培育中，該文提出應(yīng)用TI超低功耗MSP430單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，應(yīng)用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用于溫室大棚智能溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)，并給出設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：MSP430 單總線 智能監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0113-02

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和林業(yè)的快速發(fā)展，溫室大棚技術(shù)越來越普及，被廣泛用于樹苗培育和農(nóng)作物種植當(dāng)中。溫室大棚能克服環(huán)境對生物生長的限制，使季節(jié)對農(nóng)作物的生長不再產(chǎn)生過度影響，在于尋求適合作物生長的溫度和濕度。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展使大棚生產(chǎn)日常管理智能化成為可能，從而取代人工從事溫度和濕度等指標(biāo)的監(jiān)控，本文提出應(yīng)用TI超低功耗MSP430單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，應(yīng)用單總線（1-wire）技術(shù)研制智能溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能監(jiān)控系統(tǒng)由控制核心、溫濕度傳感器、模擬量輸入通道、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示和報(bào)警電路構(gòu)成。以應(yīng)用大棚培育越冬龍柏樹苗為例，龍柏樹苗喜溫暖不耐嚴(yán)寒，生長對溫度要求嚴(yán)格，最適宜生長溫度為20～28 ℃，白天應(yīng)適當(dāng)加大棚室通風(fēng)量，使棚內(nèi)溫度保持在25 ℃，夜間溫度保持在10～20 ℃之間。這就要求監(jiān)控系統(tǒng)具有兩種或多種工作模式，由時(shí)鐘電路來區(qū)分工作模式，溫度檢測范圍為0～50 ℃，測量精度為0.5 ℃，擬定8點(diǎn)至17點(diǎn)為日間模式，棚內(nèi)溫度在20～28 ℃，超出范圍提醒工人進(jìn)行通風(fēng)或覆蓋；同樣擬定19點(diǎn)至次日6點(diǎn)為夜間模式，棚內(nèi)溫度控制在10～20 ℃。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

選擇TI的超低功耗MSP430G2553單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內(nèi)置的16位定時(shí)器、多達(dá)24個(gè)支持觸摸感測的I/O引腳、一個(gè)通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內(nèi)置通信能力。此外，還具有一個(gè)10位模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器。這些功能能夠保障系統(tǒng)的定時(shí)、數(shù)據(jù)處理和A/D轉(zhuǎn)換等功能[1]。本設(shè)計(jì)采用TI的MSP430 Launch Pad 開放工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，該工具集成有XDS100v2 USB仿真器使用起來非常方便。

選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為系統(tǒng)溫度傳感器，芯片性能特點(diǎn)為寬電壓，可以工作在3.0～5.5 v，這樣就可以省略調(diào)整工作電壓的麻煩；測溫范圍-55～125 ℃，在-10～85 ℃時(shí)精度為±0.5 ℃；可編程的分辨率為9～12位，可以實(shí)現(xiàn)高精度測溫，在9位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換速度為93.75 ms，而12位時(shí)轉(zhuǎn)換速度為750 ms；獨(dú)特的單總線接口方式，DS18B20與單片機(jī)通信時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊，而且支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫，在大棚中需要測量溫度的位置是多個(gè)以免造成局部溫度過高或過低。

濕度傳感器選用HM1500LF，這是一款低價(jià)位的線性電壓輸出濕度傳感器，測濕原理是利用濕敏電容的電容量與相對濕度的函數(shù)關(guān)系即可測量濕度。搭配一片符合單總線協(xié)議的可組網(wǎng)的集成A/D芯片DS2450，一片DS2450可以連接4個(gè)濕度傳感器。

其他電路包括LCD段式液晶，由于整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)盡量考慮低功耗這一特點(diǎn)，所以選用單色LCD段式液晶作為監(jiān)控顯示屏幕；還有揚(yáng)聲器和鍵盤輸入等硬件電路。

2 單總線數(shù)據(jù)傳輸

單總線（1-wire）即只用一根信號線，既供電又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的是DALLAS公司設(shè)計(jì)的一種通信技術(shù)，具有與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信、總線負(fù)載量大、布線簡單、精度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜等多方面優(yōu)點(diǎn)，在各種測控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。

設(shè)計(jì)中采用的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HM1500LF都是采用一根總線讀寫數(shù)據(jù)所以對讀寫數(shù)據(jù)位有嚴(yán)格的時(shí)序要求。首先應(yīng)該遵守相應(yīng)的通信協(xié)議從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該通信協(xié)議定義了多種信號時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將單片機(jī)作為主機(jī)，傳感器作為從機(jī)。DS18B20復(fù)位發(fā)送時(shí)序如圖2所示。

每一次命令和數(shù)據(jù)傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求從機(jī)回送數(shù)據(jù)，在寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序接收數(shù)據(jù)。所有的讀、寫時(shí)序至少需要60 us，且每兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要1 us的恢復(fù)時(shí)間。數(shù)據(jù)命令的傳輸都是低位優(yōu)先。傳感器的復(fù)位時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過拉低單總線并保持至少480 μs產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后由主機(jī)釋放總線，進(jìn)入接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，從機(jī)檢測到該上升沿后，延時(shí)15～60 us，然后通過拉低總線60～240 us產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。單片機(jī)接收到傳感器應(yīng)答脈沖后就開始對傳感器進(jìn)行ROM命令和功能命令操作。傳感器的讀時(shí)序是主機(jī)將單總線拉為低電平，在5μs之內(nèi)釋放單總線，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。傳感器發(fā)送1，總線保持高電平，若發(fā)送0，則總線為低電平。由于傳感器發(fā)送據(jù)后保持15 us有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序時(shí)必須釋放總線，且保持15 us的采樣總線狀態(tài)，以便接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù) [4]。

3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用MSP430G2553單片機(jī)對溫度傳感器、濕度傳感器數(shù)據(jù)的讀寫、與預(yù)定目標(biāo)的比較做出判斷，通過LCD顯示器和蜂鳴器提示工作人員進(jìn)行合理操作。軟件編寫、調(diào)試和下載通過TI公司推出的集成開發(fā)環(huán)境CCS（Code Composer Studio）來進(jìn)行，CCS支持所有的TI公司推出的處理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。

部分主程序如下所示：

void main （void）{

GPIO_init（）；

DS18B20_init（）；//配置DS18B20

DS18220_reset（）；//DS18B20數(shù)據(jù)線復(fù)位

HM1500_init（）；//配置HM1500LF

HM1500_reset（）；//HM1500LF數(shù)據(jù)線復(fù)位

convert_DS18B20（）；//啟動(dòng)DS18B20

delay_ms（800）；

temperature_data=read_DS18B20（）；//讀溫度數(shù)據(jù)

onvert_HM1500（）；//啟動(dòng)HM1500

delay_ms（800）；//

humidity_data=read_DS18B20（）；//讀濕度度數(shù)據(jù)

}

主程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語

該文提出的設(shè)計(jì)方案在林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證了其可靠性和實(shí)用性。將低功耗的MSP430單片機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)林生產(chǎn)中，在提高生產(chǎn)效率節(jié)省人力資源，提高控制精度的同時(shí)也在逐步提高現(xiàn)代農(nóng)林生產(chǎn)水平，也為農(nóng)林生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化管理提供了底層硬件基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Texas Instruments.MSP430G2x33 Mixed Signal Microcontroller. slas 734f.

[2] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線測溫系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2005（6）.

[3] 李軍.關(guān)于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（12）.

[4] 廖琪梅，韓彬.基于單總線器件DS18B20的溫度測量儀[J].國外電子元器件，2008（2）.endprint

摘 要：溫室大棚廣泛在林業(yè)種苗和農(nóng)業(yè)作物培育中，該文提出應(yīng)用TI超低功耗MSP430單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，應(yīng)用單總線技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用于溫室大棚智能溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)，并給出設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：MSP430 單總線 智能監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0113-02

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和林業(yè)的快速發(fā)展，溫室大棚技術(shù)越來越普及，被廣泛用于樹苗培育和農(nóng)作物種植當(dāng)中。溫室大棚能克服環(huán)境對生物生長的限制，使季節(jié)對農(nóng)作物的生長不再產(chǎn)生過度影響，在于尋求適合作物生長的溫度和濕度?，F(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展使大棚生產(chǎn)日常管理智能化成為可能，從而取代人工從事溫度和濕度等指標(biāo)的監(jiān)控，本文提出應(yīng)用TI超低功耗MSP430單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，應(yīng)用單總線（1-wire）技術(shù)研制智能溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

1 智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能監(jiān)控系統(tǒng)由控制核心、溫濕度傳感器、模擬量輸入通道、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示和報(bào)警電路構(gòu)成。以應(yīng)用大棚培育越冬龍柏樹苗為例，龍柏樹苗喜溫暖不耐嚴(yán)寒，生長對溫度要求嚴(yán)格，最適宜生長溫度為20～28 ℃，白天應(yīng)適當(dāng)加大棚室通風(fēng)量，使棚內(nèi)溫度保持在25 ℃，夜間溫度保持在10～20 ℃之間。這就要求監(jiān)控系統(tǒng)具有兩種或多種工作模式，由時(shí)鐘電路來區(qū)分工作模式，溫度檢測范圍為0～50 ℃，測量精度為0.5 ℃，擬定8點(diǎn)至17點(diǎn)為日間模式，棚內(nèi)溫度在20～28 ℃，超出范圍提醒工人進(jìn)行通風(fēng)或覆蓋；同樣擬定19點(diǎn)至次日6點(diǎn)為夜間模式，棚內(nèi)溫度控制在10～20 ℃。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

選擇TI的超低功耗MSP430G2553單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，MSP430G2553是超低功耗混合信號微控制器，具有內(nèi)置的16位定時(shí)器、多達(dá)24個(gè)支持觸摸感測的I/O引腳、一個(gè)通用型模擬比較器以及采用通用串行通信接口的內(nèi)置通信能力。此外，還具有一個(gè)10位模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器。這些功能能夠保障系統(tǒng)的定時(shí)、數(shù)據(jù)處理和A/D轉(zhuǎn)換等功能[1]。本設(shè)計(jì)采用TI的MSP430 Launch Pad 開放工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，該工具集成有XDS100v2 USB仿真器使用起來非常方便。

選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為系統(tǒng)溫度傳感器，芯片性能特點(diǎn)為寬電壓，可以工作在3.0～5.5 v，這樣就可以省略調(diào)整工作電壓的麻煩；測溫范圍-55～125 ℃，在-10～85 ℃時(shí)精度為±0.5 ℃；可編程的分辨率為9～12位，可以實(shí)現(xiàn)高精度測溫，在9位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換速度為93.75 ms，而12位時(shí)轉(zhuǎn)換速度為750 ms；獨(dú)特的單總線接口方式，DS18B20與單片機(jī)通信時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通訊，而且支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫，在大棚中需要測量溫度的位置是多個(gè)以免造成局部溫度過高或過低。

濕度傳感器選用HM1500LF，這是一款低價(jià)位的線性電壓輸出濕度傳感器，測濕原理是利用濕敏電容的電容量與相對濕度的函數(shù)關(guān)系即可測量濕度。搭配一片符合單總線協(xié)議的可組網(wǎng)的集成A/D芯片DS2450，一片DS2450可以連接4個(gè)濕度傳感器。

其他電路包括LCD段式液晶，由于整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)盡量考慮低功耗這一特點(diǎn)，所以選用單色LCD段式液晶作為監(jiān)控顯示屏幕；還有揚(yáng)聲器和鍵盤輸入等硬件電路。

2 單總線數(shù)據(jù)傳輸

單總線（1-wire）即只用一根信號線，既供電又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的是DALLAS公司設(shè)計(jì)的一種通信技術(shù)，具有與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字通信、總線負(fù)載量大、布線簡單、精度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜等多方面優(yōu)點(diǎn)，在各種測控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。

設(shè)計(jì)中采用的溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HM1500LF都是采用一根總線讀寫數(shù)據(jù)所以對讀寫數(shù)據(jù)位有嚴(yán)格的時(shí)序要求。首先應(yīng)該遵守相應(yīng)的通信協(xié)議從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該通信協(xié)議定義了多種信號時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。所有時(shí)序都是將單片機(jī)作為主機(jī)，傳感器作為從機(jī)。DS18B20復(fù)位發(fā)送時(shí)序如圖2所示。

每一次命令和數(shù)據(jù)傳輸都是從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序開始，如果要求從機(jī)回送數(shù)據(jù)，在寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序接收數(shù)據(jù)。所有的讀、寫時(shí)序至少需要60 us，且每兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)序之間至少需要1 us的恢復(fù)時(shí)間。數(shù)據(jù)命令的傳輸都是低位優(yōu)先。傳感器的復(fù)位時(shí)序包括主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和從機(jī)發(fā)出的應(yīng)答脈沖。主機(jī)通過拉低單總線并保持至少480 μs產(chǎn)生復(fù)位脈沖，然后由主機(jī)釋放總線，進(jìn)入接收模式。主機(jī)釋放總線時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)由低電平跳變?yōu)楦唠娖降纳仙?，從機(jī)檢測到該上升沿后，延時(shí)15～60 us，然后通過拉低總線60～240 us產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。單片機(jī)接收到傳感器應(yīng)答脈沖后就開始對傳感器進(jìn)行ROM命令和功能命令操作。傳感器的讀時(shí)序是主機(jī)將單總線拉為低電平，在5μs之內(nèi)釋放單總線，以便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。傳感器發(fā)送1，總線保持高電平，若發(fā)送0，則總線為低電平。由于傳感器發(fā)送據(jù)后保持15 us有效時(shí)間，因此，主機(jī)在讀時(shí)序時(shí)必須釋放總線，且保持15 us的采樣總線狀態(tài)，以便接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù) [4]。

3 軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用MSP430G2553單片機(jī)對溫度傳感器、濕度傳感器數(shù)據(jù)的讀寫、與預(yù)定目標(biāo)的比較做出判斷，通過LCD顯示器和蜂鳴器提示工作人員進(jìn)行合理操作。軟件編寫、調(diào)試和下載通過TI公司推出的集成開發(fā)環(huán)境CCS（Code Composer Studio）來進(jìn)行，CCS支持所有的TI公司推出的處理器，包括MSP430、ARM Cortex系列、C2000和DSP。

部分主程序如下所示：

void main （void）{

GPIO_init（）；

DS18B20_init（）；//配置DS18B20

DS18220_reset（）；//DS18B20數(shù)據(jù)線復(fù)位

HM1500_init（）；//配置HM1500LF

HM1500_reset（）；//HM1500LF數(shù)據(jù)線復(fù)位

convert_DS18B20（）；//啟動(dòng)DS18B20

delay_ms（800）；

temperature_data=read_DS18B20（）；//讀溫度數(shù)據(jù)

onvert_HM1500（）；//啟動(dòng)HM1500

delay_ms（800）；//

humidity_data=read_DS18B20（）；//讀濕度度數(shù)據(jù)

}

主程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)語

該文提出的設(shè)計(jì)方案在林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)證了其可靠性和實(shí)用性。將低功耗的MSP430單片機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)林生產(chǎn)中，在提高生產(chǎn)效率節(jié)省人力資源，提高控制精度的同時(shí)也在逐步提高現(xiàn)代農(nóng)林生產(chǎn)水平，也為農(nóng)林生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化管理提供了底層硬件基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Texas Instruments.MSP430G2x33 Mixed Signal Microcontroller. slas 734f.

[2] 董煒，王俊杰，楊士元.單總線測溫系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2005（6）.

[3] 李軍.關(guān)于單片機(jī)AT89S51的溫濕度控制儀的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（12）.

[4] 廖琪梅，韓彬.基于單總線器件DS18B20的溫度測量儀[J].國外電子元器件，2008（2）.endprint