摘要：為實現農業的智能化管理，本文基于DSP技術利用節點可擴展的溫度傳感器DS18B20芯片設計了一款具有GPRS遠程報警功能，經濟、實用型溫度檢測系統。結果證明，該系統可實時檢測環境溫度，報警靈敏，可廣泛應用在農業及其他領域。

隨著物聯網時代的到來，農業正朝著智慧農業發展。“智慧農業”就是充分應用現代信息技術成果，集成應用計算機與網絡技術、物聯網技術、音視頻技術、無線通信技術及專家智慧與知識，實現農業的智能化管理。溫度作為農業生產過程中的一個重要指標，溫度檢測系統是智能農業的一個子系統。以DSP技術為核心，利用接口簡單、性能穩定的DS18B20溫度傳感器芯片，設計了具有溫度檢測、溫度閾值設定、現場蜂鳴器報警、遠程智能短信報警、溫度值實時顯示、溫度節點可擴展等功能的溫度檢測系統。該系統在農業領域可廣泛進行應用推廣。

1 智能溫度檢測系統

智能溫度檢測系統在智慧農業中發揮著重要的作用，成為智慧農業中信息采集必不可少的一部分。精確的獲取農業生產或農業產品管理中的溫度參數，有助于提升我國農業管理水平和農業生產效能，促進農業的現代化精準管理、加速智慧農業時代的到來。

1.1 系統實現整體方案

本智能溫度檢測系統主要由DSP主控單元、CPLD譯碼單元、鍵盤掃描單元、溫度檢測單元、蜂鳴器/LED燈報警單元、GSM單元、液晶屏顯示單元組成，當系統檢測的溫度高于或低于設定的閾值，系統可通過現場的蜂鳴器報警，或通過智能手機模塊將信息遠程發送。溫度閾值和系統發送的手機終端號碼均可通過鍵盤掃描單元設定或修改，液晶屏顯示操作進程。

該系統框圖如圖1所示。

1.2 DSP主控單元

本智能溫度檢測系統采用TMS320C54x DSP芯片作為主處理器。TMS320C54x是TI公司生產的一款16位定點型DSP處理器，內部采用程序總線和數據總線分開的增強型哈佛結構，存儲空間包括數據存儲空間、程序存儲空間、I/O空間，具有專門的硬件乘法器，采用流水線操作，提供特殊的數字信號處理指令。TMS320C54x采用核電壓和外設電壓分開供電的雙電壓供電模式，具有豐富的外設接口，內置看門狗定時器，提供多種程序固化方式。主處理器的選擇為系統的低功耗、功能擴展、產品升級提供了保障。

1.3 CPLD譯碼單元

CPLD(Complex Programmable Logic Device)為復雜可編程邏輯器件，是一種用戶根據自身設計要求而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法實現，生成相應的目標文件，通過下載電纜(“在系統”編程)將代碼傳送到目標芯片中，實現設計的數字系統。在本設計中，選用XILINX公司的XC95144XL-T0100芯片，用來完成系統硬件資源分配、邏輯譯碼、鍵盤掃描等工作，利用原理圖及VHDL硬件編程語言混合模式進行譯碼實現，編譯環境為Xilinx ISE 10.1版本軟件。

1.4 智能手機單元

智能手機單元(GSM)采用Qisda公司的M33G模塊，此模塊具有開放的44引腳接口，可以方便用戶進行二次開發。M33G為串口通信模塊，在系統硬件設計時，選用16C450芯片實現并口到串口的轉換，使DSP處理器可以快速高效的與M33G通訊。在硬件設計時一定要考慮M33G模塊天線及SIM卡座的固定方式。本單元可實現遠程智能短信報警功能，此單元與系統的連接如圖2所示。(備注：系統中各功能單元的+5 V、+3.3 V、GND與系統的+5 V、+3.3 V、GND連接，不在圖中體現，下同。)

1.5 鍵盤掃描單元

鍵盤掃描單元由CPLD硬件描述語言VHDL程序設計實現，采用4x4鍵盤，自行定義鍵值。掃描輸入端共需四根信號線，掃描輸出端共需四根信號線，八條信號線均接到CPLD芯片上的I/O引腳，通過CPLD軟件譯碼實現鍵盤的功能，這樣的設計節省硬件資源，進一步提高了系統的性價比。通過本單元實現遠程手機號碼的輸入、更改、刪除等功能。此單元與系統的連接如圖3所示。

1.6 液晶屏顯示單元

液晶屏顯示單元采用AM—17622液晶屏，AM—17622是臺灣晶采光電科技股份有限公司生產的2.0英寸TFT-LCD屏，具有白色LED背光，驅動芯片采用HX8309，支持8/9/16/18位并行接口設計，并具有豐富的命令功能。本系統采用16位并行接口設計，與系統的連接如圖4所示。通過液晶屏可實時顯示監控的溫度值，在手機號碼的輸入、更改、刪除時，液晶屏顯示當前操作內容。

1.7 蜂鳴器/LED燈單元

蜂鳴器/LED燈單元在本系統中負責系統報警，當系統的溫度與設定溫度的偏差不在設定的控制范圍時，蜂嗚器/LED燈報警。設計中，利用TMS320C54x的XF、HD2引腳分別通過電流放大電路控制蜂鳴器和LED燈工作。

2 溫度檢測單元硬件設計

溫度傳感器選擇性價比較高的DS18B20芯片。該芯片是DALLAs公司生產的單總線器件，能夠直接讀取被測物體的溫度值，電壓適用范圍為3～5 V。DS18B20抗干擾能力強，轉換精度高，接口電路簡單，可實現多點組網測溫，給硬件設計工作帶來了極大的方便。

2.1 DS18B20特點

DS18B20提供9～12位精度的溫度測量，溫度測量范圍為-55～+125℃，在-10～85℃范圍內，測量分辨率為±0.5℃，增量值最小可為0.0625℃，電源供電范圍3.0～5.5 V。將測量溫度轉換為12位的數字量最大需要750 ms，DS18B20有外部供電和寄生電源兩種供電方式，采用信號線寄生供電，不需額外的外部供電，在需要遠程溫度探測和空間受限的場合特別有用。每個DS18B20有唯一的64位序列號，這使得可以有多個DS18B20同時在一條單總線上工作。

2.2 硬件電路

DS18B20與TMS320C54x DSP處理器的硬件接口連接極其簡單，設計中DSl8820采用外部3.3 V電源供電，與TMS320C54x DSP處理器的外設供電電壓一致;DS18B20的關鍵信號線與TMS320C54x DSP的一條GPIO口相連，利用GPIO口的雙向輸入輸出特性完成對DS18B20芯片的讀寫功能，選用TMS320C54x DSP外設HPI主機接口單元的數據引腳HD1與其連接，將HD1引腳配置成通用輸入輸出功能，實現DS18B20芯片對溫度的適時采集：DQ信號線需加4.7 KΩ的上拉電阻，保證HD1數據線的驅動能力。DS18B20的GND端與系統的GND相連即可。

3 溫度檢測軟件實現

基于DSP的智能溫度檢測系統整體實現的流程如圖6所示。

DS18B20芯片對時序和電性參數要求很高，在軟件程序編寫時，必須嚴格遵守其工作時序，任何一個環節有誤，DS18B20均不能正常工作。本系統采用一個DS18B20芯片，在軟件程序編寫時可以忽略對序列號的讀取。當硬件中增加溫度節點控制時，需要對多個DS18B20進行溫度采集，可以通過讀取DS18B20序列號用匹配ROM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。在DS18B20芯片復位時，如果芯片復位不成功，DS18B20就不會產生應答信號，應用數字示波器跟蹤檢查其工作時序是否正確。溫度檢測單元軟件實現的流程如圖7所示。

4 結論

基于DSP的智能溫度檢測系統經實驗驗證可以實時檢測當前環境的溫度值，測量結果誤差小、精度高，并且可以通過顯示屏進行實時顯示測量結果，當系統檢測到當前溫度大于或小于設定的溫度閾值范圍時，系統通過現場蜂鳴器/LED燈報警或通過遠程智能短信進行報警.該系統可實現多個溫度節點組網測溫，省去了ZigBee組網通信技術，提高了系統的性價比，為農業實現智能化管理奠定了一定的技術基礎，該智能溫度檢測系統具有良好的經濟性和實用性。