SDI-12總線說明

1、基于SDI-12總線（通信協(xié)議）的數(shù)據(jù)采集技術（一）概述：目前 SDI-12 產(chǎn)品越來越豐富，應用也越來越廣泛，關鍵在于其智能化，數(shù)字化。眾多儀器廠商，系統(tǒng)集成商，開始關注該項技術，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 SDI-12 總線接口，在大趨勢的推動下，傳感器廠家也開始加入這個協(xié)議。通過 SDI-12 組建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構簡潔，由于使用了總線技術，所有的傳感器連接在一條 SDI-12 總線上，所以放棄了以往的復雜接線，讓用戶一目了然，即使供應商不提供服務，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。關于SDI-12 的技術背景SDI-12SerialDigitalI

2、nterface 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)。SDI-12 通訊標準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SDI-12 協(xié)會支持下,近年來歐美國家在環(huán)境監(jiān)測中加以推廣使用。此技術廣泛應用在工農(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，可以遠距離傳送數(shù)據(jù)。目前此協(xié)議最新的版本是 2005 年 7 月 18 號公布的 V1.3 版，這個標準版本是 V1.2 版的升級版。SDI-12 小組的技術支持遍及全球。國外有很多從事智能傳感器開發(fā)的公司對 SDI-12 通信技術的應用都非常成熟，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。

3、國內(nèi)近年來從事 SDI-12 傳感器開發(fā)的公司逐步興起，有些公司也開發(fā)出了很多不錯的 SDI-12 智能傳感器。我國的SDI-12 技術也已應用到如氣候變化追蹤、水采集及水測試、生態(tài)調查、土壤監(jiān)測、農(nóng)業(yè)及氣候分析等領域。一、關于接口、總線與通信協(xié)議我們常見的 RS232、RS485、RS422、CAN 等這些都是接口標準，它并沒有規(guī)定通信的內(nèi)容，在定義了接口的機械與電氣標準后，各種組織或廠家制定出標準的通信內(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。這些設備都是并聯(lián)在接口上的，形成總線連接方式，同時它也限定接入總線的數(shù)量。SDI-12既

4、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)越性的推動下，一些廠家也在 RS485 接口的產(chǎn)品上使用了該協(xié)議的通信格式。SDI-12 總線技術屬于單線總線技術，即在一根數(shù)據(jù)線上進行雙向半雙工數(shù)據(jù)交換，但這并不代表一根電線就可以進行數(shù)據(jù)傳輸了，它是和電源線的負極共用的。在短距離的應用中它并不強調線路使用雙絞線，對計算機通信有過研究的人都知道，數(shù)字信號的傳輸距離和線路的阻抗匹配有很大關系，用平行線路做為數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺?，會在很大程度上縮短通信距離，這是由于構成通信信號電流回路的兩根線在處于并行時，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是“

5、1或是0”。另一個影響通信距離的因素是通信速率 bps/S,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。因此在進行遠距離通信中，選用雙絞線是有必要的。但這對于SDI-12 總線來說，情況好多了,SDI-12 總線的通信速率為 1200bps/S。二、SDI-12 接口標準規(guī)范內(nèi)容1 .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 12V 供電線，向傳感器供電一根為地線，即作為電源的回路又作為數(shù)據(jù)信號線的回路。2.串行數(shù)據(jù)的邏輯和電壓值二進制值-0.5V?1.0V3.5V5.5V電壓范圍三、SDI-12 的通信協(xié)議1.通信速率和字幀結構協(xié)議

6、規(guī)定了通信的波特率為 1200字幀結構起始位：1數(shù)據(jù)位：7校驗：偶校驗停止位：12.可實現(xiàn)特性所有在 SDI-12 總線上發(fā)送的字符必須是可印刷的 ASCII 字符所有的指令以地址碼開始，以”為結束符。所有的傳感器響應以地址碼開始，以為結束符。3.SDI-12 的地址范圍規(guī)范約定地址由 0-9、a-z、A-Z,出廠初始化地址為 0,但大部分廠家沒有對這個范圍進行限制，經(jīng)過實驗驗證，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，不要將地址設置超出該范圍，以免帶來不必要的麻煩。四、SDI-12 傳感器1 .傳感器的特點傳感器自身具有微處理器，可以實現(xiàn)適合自身特點的算法可以通

7、過指令對其進行校準內(nèi)部采用 EEPROM,用來放置校準信息和其他配置信息。單總線的串行接口簡化了數(shù)據(jù)采集器的設計傳感器在未來的發(fā)展上可以獨立完成。2.傳感器的組成結構3.SDI-12 傳感網(wǎng)絡結構ElPROM3.傳感器的休眠與喚醒機制這個協(xié)議里最特殊的點是它的休眠與喚醒機制 12mS 和 8.33mS 標識。由于SDI-12 傳感器低功耗模式，當不進行工作時即進入休眠，因此每個命令前需要加上一個 12mS 的標識信號，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 8.33mS 標識信號后，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 100ms 將

8、返回到低功耗待機狀態(tài)。注意：這項功能是由數(shù)據(jù)采集器或SDI-12 協(xié)議轉換器自動執(zhí)行的,用戶只要理解就可以了?；赟DI-12總線（通信協(xié)議）的數(shù)據(jù)采集技術（二）五、SDI-12 的常用指令初看這個協(xié)議的時候有很多不理解的地方，特別是數(shù)據(jù)獲取指令，D0、D1-，筆者在對一個傳感器進行實際操作練習后，便徹底明白了這個協(xié)議。采用一個 SDI-12 接口適配器，在 PC 上使用一個串口調試軟件，將協(xié)議的指令都運行一遍后，才發(fā)現(xiàn)它并不神秘了。1.對一個 SDI-12 傳感器測量操作，一個測量任務共分為四步：第一步：數(shù)據(jù)采集器發(fā)送一個測量命令，傳感器即做出響應。一個測量命令格式如下：aM!小寫的“a 是

9、傳感器的地址碼，“M 是通知傳感器進行測量，T”是命令結束符，由這三個元素構成一個完整的命令。第二步：傳感器的響應對于傳感器來說，aM!是一個常規(guī)的測量命令，傳感器可以完成一個基本的測量任務。并且會做出一個響應：atttn，這是傳感器接到 aM!后的一個反應，響應中：a 為本傳感器的地址ttt 為本次測量需要的時間，以秒為單位n 為數(shù)據(jù)數(shù)量為回車符為換行符第三步：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 aD0!命令來向傳感器獲取數(shù)據(jù)。第四步：傳感器向數(shù)據(jù)采集返回測量結果a 其中 values 可以是一個值也可以是多個值，多個值用“+或，”來區(qū)分。2.SDI-12 常用命令與響應的解

10、釋（其他指令請參考 SDI-12 原文或我們提供的譯文）命令響應?!查詢地址指令 aa!應答激活指令 aaI!識別指令 allcccc 傳感器型號、版本、序列號等aAb!修改地址指令 b 表示新地址為 baM!測量指3XImm?JCH品次測量需要的時間雙絞線實驗結果2乂0.2mm2 無屏蔽filinAJTW：RS2A2SDI-I2SEX-E2Scnr七、支持 SDI-12 總線的產(chǎn)品類型基于 SDI-12 協(xié)議的產(chǎn)品涵蓋了環(huán)境監(jiān)測領域大部分產(chǎn)品主要有以下三大類氣象：溫度，濕度，雨量、風速、風向，如 Vaisala 的 WXT520 等。atttna為地ttt為一數(shù)據(jù)采集器的命令始終以 T”為結

11、尾，而傳感器的響應始終以結尾測量可產(chǎn)生的數(shù)據(jù)個數(shù)3.SDI-12 擴展指令,擴展指令的格式：aXNNN!需要加一個“X 來區(qū)別，“NNN 由廠家自定義。六、通信距離實驗協(xié)議規(guī)定了 SDI-12 的通信距離為 200 英尺，但實際遠不止這些，我們選用了一些不同廠家的傳感器進行實驗，發(fā)現(xiàn)它們有很好的兼容性，對網(wǎng)絡結構沒有特殊的要求，傳輸距離都超過了 1KM。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)的結構、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。平行線實驗結果 3X1mm2 無屏蔽n 本次aD0!獲取數(shù)據(jù)指令a它是各個傳感器生產(chǎn)廠家根據(jù)傳感器本身的特有性能，自定

12、義一些特殊功能的指令。但這些命令也是符合 SDI-12的約束的SDI-12SensorRS232tRS232tosr)M2osr)M2水文：水位、水質、流量、溫度等 YSI6600 等。土壤：水分、水勢、溫度等 GeoPrecision 的 pFmeter、GP220D、溫度鏈等。具有 SDI-12 接口的數(shù)據(jù)采集器 GeoPrecision、Campbell、DataTaker 等。八、如彳組建 SDI-12!勺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1 .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 SDI-12 接口，可選用 GeoPrecision 的 I-Logger,這個產(chǎn)品本身具有 5 個模擬量輸入通道

13、，一個 SDI-12 接口，該采集器不需要編程，只用進行簡單的通道設置就可以了，支持 48 個通道，且集成了一個 GPRS 模塊，可組成網(wǎng)絡。在復雜的測量并含有控制邏輯的系統(tǒng)中建議采用 DataTakeDT80，該采集器界面友好，接口豐富，4 個 SDI-12 接口，具有數(shù)字及開關量輸出接口，在測控系統(tǒng)中使用很方便。不同的數(shù)據(jù)采集器對 SDI-12 的使用上有區(qū)別，但基本指令是不可改變的2.關于供電問題SDI-12 傳感器本身具備低功耗休眠模式，但由于野外使用時需進一步節(jié)約功耗，所以建議采用數(shù)據(jù)采集器控制供電方式，即到達采集時刻，提前 3-5 秒供電，采集完成后即關閉總線電源。大多數(shù)數(shù)據(jù)采集器均具備這種功能，即 WarmUP 功能。九、SDI-12 與 GPRS 相結合組成環(huán)境觀測網(wǎng)絡基于 SDI-12 的