引言

現今已進入全面信息社會，信息農業的迅猛發展為傳感器在農業方面的應用開拓了廣闊的空間。在各種農作物的育苗、生產、收獲、儲藏與流通等環節，廣泛使用各種傳感器，使智能型傳感器接口研究得到重視。

不同類型的現場總線在功能、性能和價格等方面有很大區別，各有其特色應用領域。就目前而言，沒有哪一種現場總線能夠完全適用所有的應用領域，多種現場總線并存的局面還將在一個很長的時間內存在。為解決在現實生產中多種傳輸方式并行、轉換單一的問題，對農業裝備中智能型傳感器接口的研究具有重要意義和應用價值。RS－485 標準適合多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模抑制范圍，所以選擇 RS－485 作為本研究智能型傳感器接口的輸出傳輸總線通信。

1 控制系統設計

智能型傳感器接口實現了多種信息采集與 RS－485 信號的轉換處理，簡化了當前農業機械中多線路信號處理的監控系統操作，可方便地應用于使用 RS－485 接口通信的網絡接口、工農業現場控制單元和智能網絡接口中。

為使本系統硬件接口簡單化、降低成本、適當縮短開發周期，系統中應盡可能減少外圍器件。智能傳感器接口協議轉換應用程序采用了模塊化和結構化的設計思想，總體結構由 4 部分組成: 數據采集，數據轉換模塊、數據選擇與處理及數據輸出。硬件整體結構如圖 1 所示。數據采集與轉換模塊中，CAN/RS－485 模塊完成 CAN 總線與 RS － 485 轉化功能，RS －232 / RS－485 模塊完成 RS－232 與 RS－485 轉化功能。

數據選擇與處理為主控模塊，負責完成整個系統的控制，最終數據輸出模塊采用 RS－485 作為通信網絡與上位機信號傳輸方式。該智能型接口適配器適用于接收 CAN 總線、RS－232 和 RS－485 的信息網絡環境?！緢D1】


智能型傳感器接口適配器是以 AT89C52 為核心的具有 RS－485 通信功能的數據傳輸中介，輸入端CAN、RS－232、RS －485 接口與相應傳感器相連; 輸出端 RS－485 與上位機相連，實現相關的參數設置。適配器在正常工作時，通信端口指示燈閃爍，液晶顯示屏顯示工作狀態; RS－485 設備接收數據會自動根據接收到的幀，自動判斷該幀是否發往本節點，然后做出相應處理。該適配器已經成為對農業現場播種機、耕地機和收獲機等信息采集向人機交互界面傳遞的橋梁。

1． 1 CAN－RS－485 轉換模塊

由于 CAN 總線具有通信速率高、開放性好、報文短、糾錯能力強以及控制簡單、擴展能力強、系統成本低等特點，已成為現場總線中的應用熱點。為實現終端信息采集接口統一，將 CAN－RS－485 作為本適配器數據轉換重要模塊之一。

CAN 接口電路由 CAN 控制器 SJA1000、CAN 總線收發器 TJA1050T 及協議控制器 MCP2505 組成，轉換原理如圖 2 所示?！緢D2.略】

在 RS－485 接口電路中，采用 MAX485 芯片作為總線接收器，該芯片是 + 5V 低功耗半雙工器件。

MAX485 的驅動器輸出是差分輸出，完全滿足 RS－485串行協議的要求，兼容工業標準規范。

為了使硬件正常而有序地工作，需要對 CPU 進行軟件編制、調試和優化。CAN 總線通信模塊包括對SJAl000 的初始化以及數據接收和發送程序，如圖 3所示?！緢D3】


主程序循環部分循環檢測是否有錯誤: 如果有錯誤，進入錯誤處理程序進行處理; 如果沒有錯誤，繼續循環，等待中斷請求，響應中斷后進入相應的中斷程序。

初始化部分包括單片機初始化和 SJA1000 的初始化。AT89C52 的初始化主要是對總線片選、串口工作方式、串口波特率、中斷等賦初值?？刂破?SJAl000是一種獨立控制器，能夠儲存一個完整的報文，具有可編程的 CAN 輸出驅動器配置。它完成 CAN 總線數據幀的發送和接收任務，初始化主要設置模式寄存器、時鐘分頻寄存器、驗收濾波寄存器、驗收屏蔽寄存器、總線定時器和輸出控制器。

當協議轉換器接收到某一側總線上有數據發送時，立即做出反應，對數據進行解析并將其封裝為相應格式存入緩沖區; 然后，按設定的工作方式處理并轉換到另一側的總線，實現數據格式的轉換，即把RS485 總線上的數據幀從接收到的 CAN 數據幀中提取出來發往 RS－485 設備。由此該模塊實現了 CAN總線數據與 RS－485 總線數據之間的互聯通訊，成為一種過渡銜接性器件。

1． 2 RS－232 和 RS－485 轉換模塊

在現代農業控制中，RS－232 適合短距離、低速率通信，作為通信中標準的串行接口，較廣泛地應用于傳感器信息采集與通信中; 但大多數分布式控制系統，通信距離為幾十米到幾千米不等，RS－232 接口不能滿足系統的要求。目前，廣泛采用的是 RS－485 收發器，RS－232 和 RS－485 串口通信轉換模塊實現該部 分的協議轉換，其硬件電路如圖 4 所示?！緢D4.略】

RS －485 是差分方式收發數據，所以具有更高的抗干擾能力。在 RS－485 接口電路中采用 MAX485 芯片作為總線接收器，它是+5V 低功耗半雙工器件。

MAX485 的驅動器輸出是差分輸出，完全滿足 RS－485串行協議的要求，兼容工業標準規范。RS－485 接口的處理芯片 MAX485 中接收和發送管腳連接到單片機的 RXD 和 TXD 腳上，所以 RS－485 模塊的接收發送就是單片機串口進行接收和發送。RS－485 的接收和發送也是采用中斷方式，由于發送數據和接收數據都會引起串口中斷，進入中斷服務程序后判斷是接收還是發送主要通過查看 RI 和 TI 標志位，并根據標志位跳轉到相應的處理部分。主控制器可以接收來時RS－485 總線的數據，在任意時刻，MAX485 芯片中的“接收器”和“發送器”只能有 1 個處于工作狀態。

2 現場監控單元中的應用

由于缺乏成熟的低成本高密度、高精度、高可靠性的獲取農機作業信息的技術，在田間信息采樣的間距較大時，采集不同實時數據使用傳感器種類不同造成接口的信息傳輸障礙。為提高農機作業數據傳輸效率，需解決數據傳輸與處理過程出現多線、多轉換的問題。本設計避免人工頻繁切換接口和控制接口通斷，實現遠程計算機能按需求檢測接口數據并儲存，監控系統運行時負責各個單元數據采集器下傳感器的數據狀態，判斷和顯示各傳感器的實時情況。該接口適配器可便攜地安置在農間作業機器上，整個監控系統\\( 見圖 5\\) 實時接收對包括播種機、耕地機和收獲機等多處的數據信息，分別采用 RS－232、RS－485、CAN 總線網絡對數據進行采集，通過 RS－485 接口與監控機通信。因此，本設計中多種數據與 RS－485 的智能型傳感器接口轉換器成為信息傳輸的媒介?！緢D5.略】

在整個系統中，總線上傳感器采集的數據傳輸到監控機以及監控機對總線上的數據下達控制命令都需要借助本傳感器接口來完成，實現了現場信號采集與計算機之間的數據交換與通信。通過該轉換器能夠將現場數據準確、穩定地傳輸給計算機，提高了工作效率，減少了系統在拔插接口時的硬件損耗; 同時，在農作環境中減少人力和物力，具有很好的實踐價值和廣闊的應用前景。

3 結語

目前多種現場總線標準并存已成為客觀事實，在實際應用中常常需要在不同種類的總線間進行數據通信。為了解決此問題，本文所研究的智能型傳感器接口可實現所在農業現場播種機、耕地機和收獲機等多信號參數進行數據轉換、監控及顯示當前數據傳輸狀態，并設置其開關接收狀態，將這些參數統一通過RS－485 網絡送至主控計算機，供主監控人員了解及掌握相關信息，將人們長期對農機設備使用經驗融入到對現場硬件的改善中。協議轉換技術的深入研究和應用，將有助于在更大程度上推動現場總線的發展和普及。

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