1、基于總線（通信協(xié)議）的數(shù)據(jù)采集技術(shù)（一）概述：目前產(chǎn)品越來越豐富，應(yīng)用也越來越廣泛，關(guān)鍵在于其智能化，數(shù)字化。眾多儀器廠商，系統(tǒng)集成商， 開始關(guān)注該項(xiàng)技術(shù)， 幾乎所有的數(shù)據(jù)采集器生產(chǎn)商都在自己的產(chǎn)品中增加了總線接口， 在大趨勢的推動(dòng)下， 傳感器廠家也開始加入這個(gè)協(xié)議。通過組建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，由于使用了總線技術(shù)， 所有的傳感器連接在一條總線上，所以放棄了以往的復(fù)雜接線，讓用戶一目了然， 即使供應(yīng)商不提供服務(wù)，用戶自己也能很好的來改變觀測方案甚至是對系統(tǒng)升級。關(guān)于 的技術(shù)背景即串行數(shù)字接口，是一種基于微處理器的智能化傳感器系統(tǒng)。通訊標(biāo)準(zhǔn)是由美國水文組織提出的的一種串行數(shù)據(jù)通訊接口協(xié)議，在協(xié)

2、會(huì)支持下，近年來歐美國家在環(huán)境監(jiān)測中加以推廣使用。此技術(shù)廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)多參數(shù)測控、江河湖海的水文和氣象等地球環(huán)境監(jiān)測、養(yǎng)殖和食品生產(chǎn)中，可以遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。目前此協(xié)議最新的版本是年月號公布的版，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本是版的升級版。小組的技術(shù)支持遍及全球。 國外有很多從事智能傳感器開發(fā)的公司對通信技術(shù)的應(yīng)用都非常成熟，生產(chǎn)了一大批高性能智能傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)品。國內(nèi)近年來從事傳感器開發(fā)的公司逐步興起，有些公司也開發(fā)出了很多不錯(cuò)的智能傳感器。我國的技術(shù)也已應(yīng)用到如氣候變化追蹤、水采集及水測試、生態(tài)調(diào)查、土壤監(jiān)測、農(nóng)業(yè)及氣候分析等領(lǐng)域。一、關(guān)于接口、總線與通信協(xié)議我們常見的、等這些都是接口標(biāo)準(zhǔn)，它并沒有

3、規(guī)定通信的內(nèi)容，在定義了接口的機(jī)械與電氣標(biāo)準(zhǔn)后， 各種組織或廠家制定出標(biāo)準(zhǔn)的通信內(nèi)容約定，即形成通信協(xié)議。 在這些協(xié)議的約定下，各生產(chǎn)廠家的相同或不同類型的產(chǎn)品可以兼容在一起組成網(wǎng)絡(luò)。這些設(shè)備都是并聯(lián)在接口上的，形成總線連接方式，同時(shí)它也限定接入總線的數(shù)量。既約定了接口的電氣規(guī)范又約定了通信的內(nèi)容。但在其軟件協(xié)議功能優(yōu)越性的推動(dòng)下，一些廠家也在接口的產(chǎn)品上使用了該協(xié)議的通信格式?？偩€技術(shù)屬于單線總線技術(shù)，即在一根數(shù)據(jù)線上進(jìn)行雙向半雙工數(shù)據(jù)交換，但這并不代表一根電線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了，它是和電源線的負(fù)極共用的。在短距離的應(yīng)用中它并不強(qiáng)調(diào)線路使用雙絞線， 對計(jì)算機(jī)通信有過研究的人都知道，數(shù)字信號

4、的傳輸距離和線路的阻抗匹配有很大關(guān)系， 用平行線路做為數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺樱瑫?huì)在很大程度上縮短通信距離，這是由于構(gòu)成通信信號電流回路的兩根線在處于并行時(shí)，這條線路的電容增加，對傳輸?shù)臄?shù)字脈沖的上升沿和下降沿產(chǎn)生畸變，造成接收方無法辨認(rèn)是“”或是 “”。另一個(gè)影響通信距離的因素是通信速率 ,即每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)。通信速率越高，對線路的要求越高。因此在進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信中，選用雙絞線是有必要的。但這對于 總線來說，情況好多了，總線的通信速率為。二、 接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容接口的電氣性能接口規(guī)定了總線使用三芯電纜，定義如下：一根為串行數(shù)據(jù)線，雙向半雙工通信一根為供電線，向傳感器供電一根為地線，即作為電源的回路又作

5、為數(shù)據(jù)信號線的回路。串行數(shù)據(jù)的邏輯和電壓值矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴賃軔。二進(jìn)制值電壓范圍? 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈禍測。1 / 5傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三、的 通信 協(xié)議 通信 速率 和字幀結(jié)構(gòu)協(xié)議規(guī)定了通信的波特率為字幀結(jié)構(gòu)起始位：數(shù)據(jù)位：校驗(yàn)： 偶校驗(yàn)停止位：可實(shí)現(xiàn)特性所有在總線上發(fā)送的字符必須是可印刷的字符。所有的指令以地址碼開始，以“！ ”為結(jié)束符。所有的傳感器響應(yīng)以地址碼開始，以為結(jié)束符。的地址范圍規(guī)范約定地址由 、 ，出廠初始化地址為，但大部分廠家沒有對這個(gè)范圍進(jìn)行限制，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所有的可顯示的鍵盤碼都可以做為地址，但建議用戶在地址資源充足的情況下，不要將地址設(shè)置超出該范圍，以免帶來不必要的麻

6、煩。四、 傳感器傳感器的特點(diǎn)傳感器自身具有微處理器，可以實(shí)現(xiàn)適合自身特點(diǎn)的算法可以通過指令對其進(jìn)行校準(zhǔn)內(nèi)部采用，用來放置校準(zhǔn)信息和其他配置信息。單總線的串行接口簡化了數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)傳感器在未來的發(fā)展上可以獨(dú)立完成。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟婭騍。傳感器的組成結(jié)構(gòu)傳感器的休眠與喚醒機(jī)制2 / 5這個(gè)協(xié)議里最特殊的點(diǎn)是它的休眠與喚醒機(jī)制和標(biāo)識。由于傳感器低功耗模式，當(dāng)不進(jìn)行工作時(shí)即進(jìn)入休眠，因此每個(gè)命令前需要加上一個(gè)的標(biāo)識信號，用于喚醒總線上所有的傳感器， 傳感器從低功耗模式中喚醒后，在收到下一個(gè)標(biāo)識信號后，開始尋找和自己匹配的地址，地址匹配開始測量。如果地址無效或空閑超過將返回到低功耗待機(jī)狀態(tài)。注意

7、：這項(xiàng)功能是由數(shù)據(jù)采集器或協(xié)議轉(zhuǎn)換器自動(dòng)執(zhí)行的，用戶只要理解就可以了。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐顧葒?；诳偩€（通信協(xié)議）的數(shù)據(jù)采集技術(shù)（二）五、的常用指令初看這個(gè)協(xié)議的時(shí)候有很多不理解的地方，特別是數(shù)據(jù)獲取指令，、 ，筆者在對一個(gè)傳感器進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)后， 便徹底明白了這個(gè)協(xié)議。 采用一個(gè)接口適配器， 在上使用一個(gè)串口調(diào)試軟件，將協(xié)議的指令都運(yùn)行一遍后，才發(fā)現(xiàn)它并不神秘了。對一個(gè)傳感器測量操作，一個(gè)測量任務(wù)共分為四步：第一步：數(shù)據(jù)采集器發(fā)送一個(gè)測量命令，傳感器即做出響應(yīng)。一個(gè)測量命令格式如下：! 小寫的 “”是傳感器的地址碼， “”是通知傳感器進(jìn)行測量， “！”是命令結(jié)束符，由這三個(gè)元素構(gòu)成一個(gè)完

8、整的命令。第二步：傳感器的響應(yīng)對于傳感器來說， !是一個(gè)常規(guī)的測量命令，傳感器可以完成一個(gè)基本的測量任務(wù)。并且會(huì)做出一個(gè)響應(yīng)： ，這是傳感器接到 !后的一個(gè)反應(yīng)，響應(yīng)中：為本傳感器的地址為本次測量需要的時(shí)間，以秒為單位為數(shù)據(jù)數(shù)量為回車符為換行符 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡詒爾。第三步：數(shù)據(jù)采集器發(fā)送數(shù)據(jù)獲取命令通常，數(shù)據(jù)采集器發(fā)送一個(gè)！命令來向傳感器獲取數(shù)據(jù)。第四步：傳感器向數(shù)據(jù)采集返回測量結(jié)果其中可以是一個(gè)值也可以是多個(gè)值，多個(gè)值用“”或 “”來區(qū)分。 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔點(diǎn)鉍。常用命令與響應(yīng)的解釋（其他指令請參考原文或我們提供的譯文）廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷巹癩。命令響應(yīng)？！查詢地址指令！ 應(yīng)答激活

9、指令！識別指令 傳感器型號、版本、序列號等！修改地址指令表示新地址為！ 測量指令為地址為一次測量需要的時(shí)間本次測量可產(chǎn)生的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)!獲取數(shù)據(jù)指令煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚鍍齊。數(shù)據(jù)采集器的命令始終以“！ ”為結(jié)尾，而傳感器的響應(yīng)始終以結(jié)尾擴(kuò)展指令，它是各個(gè)傳感器生產(chǎn)廠家根據(jù)傳感器本身的特有性能， 自定義一些特殊功能的指令。 但這些命令也是符合的約束的。3 / 5擴(kuò)展指令的格式： ！需要加一個(gè) “”來區(qū)別， “”由廠家自定義。 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴縈詰。六、通信距離實(shí)驗(yàn)協(xié)議規(guī)定了的通信距離為英尺， 但實(shí)際遠(yuǎn)不止這些， 我們選用了一些不同廠家的傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)它們有很好的兼容性，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒有特殊

10、的要求，傳輸距離都超過了。取得的數(shù)據(jù)僅供參考， 因各廠家生產(chǎn)的傳感器接口性能不盡相同，組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、 傳感器接入數(shù)量以及電纜的紐絞形式都是影響傳輸距離的因素。平行線實(shí)驗(yàn)結(jié)果無屏蔽籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)櫧撻。雙絞線實(shí)驗(yàn)結(jié)果無屏蔽七、支持總線的產(chǎn)品類型基于協(xié)議的產(chǎn)品涵蓋了環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域大部分產(chǎn)品主要有以下三大類氣象：溫度，濕度，雨量、風(fēng)速、風(fēng)向，如的等。水文：水位、水質(zhì)、流量、溫度等等。土壤：水分、水勢、溫度等的 、溫度鏈等。具有接口的數(shù)據(jù)采集器、 等。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴買闥。八、如何組建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器的選用如果系統(tǒng)簡單，選用的傳感器全部為接口，可選用的,這個(gè)產(chǎn)品本身具有個(gè)模擬量輸入通道，一個(gè)接口， 該采集器不需要編程，只用進(jìn)行簡單的通道設(shè)置就可以了，支持個(gè)通道，且集成了一個(gè)模塊，可組成網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)雜的測量并含有控制邏輯的系統(tǒng)中建議采用，該采集器界面友好， 接口豐富， 個(gè)接口，具有數(shù)字及開關(guān)量輸出接口，在測控系統(tǒng)中使用很方便。不同的數(shù)據(jù)采集器對的使用上有區(qū)別，但基本指令是不可改變的關(guān)于供電問題傳感器本身具備低功耗休眠模式，但由于野外使用時(shí)需進(jìn)一步節(jié)約功耗，所以建議采用數(shù)據(jù)采集器控制供電方式，即到達(dá)采集時(shí)刻，提前秒供電，采集完成后即關(guān)閉總線電源。大多數(shù)數(shù)據(jù)采集器均具備這種功能，即功能。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦鋇絨。九、與相結(jié)合組成環(huán)境觀測網(wǎng)絡(luò)