SDI-12 基于微处理器的传感器基于微处理器的传感器 串行数据接口标准串行数据接口标准 版本版本 1.4 2016 年年 8 月月 10 日日 I 2016-08-10 版本 1.4 目 录 1.0 介绍 1 2.0 SDI-12 的优点 1 3.0 SDI-12 电气接口 2 3.1 数据线 2 3.1.1 电压跃变 . 3 3.1.2 阻抗匹配 . 3 3.2 地线 3 3.2.1 暂态保护 . 4 3.3 12V 电源线 . 4 3.4 连接器 4 4.0 SDI-12 通讯协议 4 4.1 波特率与帧的格式 5 4.2 允许的字符 5 4.3 设备地址 5 4.4 SDI-12 命令与回复 6 4.4.1 确认激活命令（a!） 7 4.4.1.1 确认激活命令示例（a!） . 7 4.4.2 发送身份验证命令(aI!) 7 4.4.2.1 发送验证命令（aI!）的示例 8 4.4.3 地址查询命令(?!) . 8 4.4.4 更改地址命令(aAb!) . 8 4.4.5 启动测量命令(aM!) 9 4.4.5.1 退出测量 10 4.4.6 服务请求(a) . 10 4.4.7 启动并发测量命令(aC!) . 10 4.4.7.1 退出并发测量 11 4.4.8 发送数据命令(aD0!,aD1!.aD9!) 11 4.4.8.1 连续测量 (aR0!…aR9!) 12 4.4.8.2 aR0!命令的示例 12 4.4.8.3 传感器多重测量（参数）的回复(D1!…D9!) . 13 4.4.8.4 启动测量(aM!)和发送数据命令示例 . 13 II 2016-08-10 版本 1.4 4.4.8.5 并发测量命令(aC!)和数据发送命令(aD!)示例 14 4.4.9 附加测量命令(aM1!,aM2!.aM9!) . 14 4.4.9.1 附加测量命令(aMn!)示例 . 14 4.4.10 附加并发测量命令(aC1!,aC2!.aC9!) . 15 4.4.11 启动验证命令(aV!) . 15 4.4.11.1 启动验证命令(aV!)示例 15 4.4.12 要求循环冗余校验(CRC) 15 4.4.12.1 CRC-16 的计算 . 16 4.4.12.2 将 CRC 数据编码为 ASCII 码 . 16 4.4.12.3 带 CRC-16 的测量命令(aMC!)和数据发送命令(aD0!)示例 . 16 4.4.13 扩展命令 . 18 4.4.13.1 透传模式 18 5.0 大容量命令 18 5.1 启动大容量 ASCII 测量 19 5.1.1 大容量 ASCII 测量示例 . 19 5.2 启动大容量二进制测量 19 5.2.1 大容量二进制数据类型 . 20 5.2.2 大容量二进制命令示例 . 21 5.3 大容量命令的并发 21 5.4 与大容量命令的兼容 22 6.0 元数据命令 22 6.1 确定测量命令 22 6.1.1 确定测量命令示例 . 23 6.2 确定测量参数命令 23 6.2.1 字段 1 23 6.2.2 字段 2 24 6.2.3 可选字段 . 24 6.2.4 确定测量参数命令示例 . 25 6.3 与元数据命令兼容 25 7.0 SDI-12 时序 26 7.1 中断信号规则 27 7.2 重发 27 III 2016-08-10 版本 1.4 附 录 . 28 附录 A SDI-12 推荐电路 29 附录 B SDI-12 数据记录仪和传感器设计建议流程图 31 附录 C SDI-12 词汇表 34 1 2016-08-10 版本 1.4 SDI-12 基于微处理器的传感器基于微处理器的传感器 串行串行数据接口标准数据接口标准 SDI-12 版本号版本号 1.4 1.0 介绍介绍 本文描述了 1.4 版的 SDI-12 标准。
1.4 版是 1.3 版的升级版本，发送于 2016 年 1 月 28 日 本文目的是详细描述 SDI-12 的技术细节， 并提供所有 SDI-12 的命 令和响应示例 SDI-12 是数据记录仪和基于微处理器的传感器之间的一种接口标准SDI-12 定义了在 1200 波特率的串行/数字接口本文描述了电气接口、通信协议以及针 对 SDI-12 数据记录仪和传感器的时序要求 SDI-12 的设计目标是应用于有以下需求的应用： 电池供电低耗电 低成本 一个数据记录仪通过一根线缆连接多个传感器（详见 3.0） 2.0 SDI-12 的优点的优点 在数据记录仪和基于微处理器的传感器之间采用串行数据接口是一个合理 的选择这对传感器和数据记录仪都有好处 特有的和复杂的自校准算法可以由基于微处理器的传感器实现 传感器被替换时无需对数据记录仪的校准或其他信息重新编程 可以通过接口供给传感器供电 混合电路和表面贴装技术使得在小型传感器中包含电源稳压器、微处理 器以及其他必要电路更易于实现 传感器可使用低成本的 EEPROMs 来存储校准系数和其它信息，而不用 进行内部修正操作。
标准串行接口的使用避免了数据记录仪设计的复杂性 数据记录仪可独立的设计、生产而不受传感器的发展影响 SDI-12 数据记录仪接口可适应多种传感器 SDI-12 传感器接口可适应多种数据记录仪 针对SDI-12进行的员工培训可获得应对各种SDI-12传感器和数据记录仪 的能力 SDI-12 最新版本的传感器可兼容早期版本的数据记录仪，反之亦然 2 2016-08-10 版本 1.4 3.0 SDI-12 电电气气接口接口 SDI-12 电气接口通过 SDI-12 总线在传感器与数据记录仪之间传输串行数据 SDI-12 总线是连接多个 SDI-12 设备的线缆，线缆有三根导线： 1） 串行数据线 2） 地线 3） 12 伏电源线 在以下的说明中， 所有数值在没有注明有特殊限制的情况下， 都有±10％的 可允许误差 图 1 所示 SDI-12 总线连接两个传感器到一个数据记录仪 SDI-12 总线至少可 以连接 10 个传感器，每个传感器线缆长度可以是 200 英尺传感器越少，线缆 就可以更长 图 1. SDI-12 总线 3.1 数据线数据线 数据线是双向三态的数据传输线路。
表 1 所示为 SDI-12 标准定义的串行数 据的逻辑值和电压数据线使用负逻辑 状态 位状态 电压范围 —————————————————————————————————— 传号 1 -0.5~1.0v 空号 0 3.5~5.5v 跃变 未定义 1.0~3.5v —————————————————————————————————— 表 1. 串行数据的逻辑值与电压 3 2016-08-10 版本 1.4 3.1.1 电压电压跃变跃变 在正常操作期间，数据线电压摆率不得大于 1.5 伏/微秒 3.1.2 阻抗匹配阻抗匹配 当一个 SDI-12 设备的发送发送器打开时，其直流源阻抗必须在 1000~2000 欧姆之间因为这一阻抗要求，最长电缆长度取决于数据线上所有连接电缆的分 布电容当任何 SDI-12 设备的发送器关闭时包括低功耗待机模式在内，其对地 直流阻抗必须在 160K~360K 欧姆之间如果 SDI-12 传感器没有使用 12V 电源线 供电， 那么在关机状态下它的数据线对地阻抗也必须在 160K~360K 欧姆之间。
图 2 显示了其等效电路 图 2 等效电路 3.2 地线地线 地线在数据记录仪中必须连接到电路地和大地接地端 在传感器中也要连接 到电路地，但并不要求连接到传感器的大地接地端如果传感器电路必须和大地 相连，则需要使用较粗（12AWG 或更粗）的连接线连接传感器和数据记录仪的 大地接地端，以用于防雷 地线阻抗必须足够小，以保证在所有连接的传感器处于最大耗电时，数据记 4 2016-08-10 版本 1.4 录仪和所有传感器之间的电压衰减小于 0.5V， 3.2.1 暂态暂态保护保护 推荐对 SDI-12 总线进行暂态保护建议的暂态保护方法详情见附录 A 3.3 12V 电电源源线线 当传感器负载电流处于最大的0.5安培时， 数据记录仪 （或者外部供电电源） 需要在 12v 电源线提供 9.6v 到 16v 之间的电压 SDI-12 并不强制要求数据记录仪 为 12V 电源线提电 如果连接到 12v 电源线上的传感器呈感性负载， 建议在电源线上串接一个二 极管SDI-12 不要求对传感器的瞬态保护作电压限制瞬时保护无论如何是被推 荐的瞬时保护回路见附录 A 3.4 连接器连接器 SDI-12 连接器类型没有明确要求。
4.0 SDI-12 通讯通讯协议协议 SDI-12 数据记录仪和传感器通过在数据线上传送 ASCII 码进行通讯数据记 录仪通过数据线发送中断信号唤醒传感器一个中断信号为至少 12ms 连续的空 号然后数据记录仪发送一个命令紧接着传感器返回一个命令响应每个命令 都指向一个确定的传感器，命令的第一个字符是该传感器独有的地址，该地址确 定了数据记录仪希望与之通讯的传感器 SDI-12 总线上的其他传感器忽略此命令 并进入低功耗待机模式当一个数据记录仪通知一传感器启动测量进程后，在从 该传感器的数据收集完成之前，数据记录仪不再与其他传感器进行通讯 （但是 在并发测量命令过程中，当一个或多个传感器正在进行测量时，数据记录仪是可 以和其他传感器通讯的参见 4.4.7） 一个典型的数据记录仪/传感器测量顺序过程如下： 步骤 1. 数据记录仪在 SDI-12 总线上通过中断信号唤醒所有传感器 步骤 2. 数据记录仪传送命令到特定地址标识的传感器，指示它进行一次测 量 步骤 3. 指定地址的传感器在 15ms 内回复，回复内容包含获取测量数据所 需最长时间和要返回的测量数据个数 步骤 4. 如果测量数据是立即可得的，数据记录仪就向传感器发送一个命令 5 2016-08-10 版本 1.4 指示其返回测量数据。
如果测量数据没有准备好，数据记录仪就一直等待，直到 传感器发送测量数据就绪请求然后数据记录仪发送一个测量数据回传命令 步骤 5. 传感器回复，返回一个或多个测量数据 4.1 波特率与帧的格式波特率与帧的格式 SDI-12 支持的波特率为 1200表 2 显示字节帧的格式 1 位起始位 7 位数据位， 最重要的数据最后 传输 1 奇偶效验位，如果需要 1 位停止位 表 2 . SDI-12 帧格式 4.2 允许的字符允许的字符 在 SDI-12 总线上传输的所有字符都必须是可打印的 ASCII 字符可打印字符 见表 3 空格，十进制 32 一直到 ～，十进制 126 表 3 可打印的字符 但有 3 项例外： 1）所有 SDI-12 传感器的响应必须以回车(0DH，十进制 13)和换行（0AH，十 进制 10）结束，在本文中表示为 2）在某些情况下 CRC 校验值的第二和第三个字符可能不是可打印的字符 3）大容量二进制命令返回的数据包 4.3 设备地址设备地址 每个命令的第一个字符必须是传感器地址 命令回复的第一个字符也是地址 这使 SDI-12 数据记录仪可以确证回复响应是来自正确的传感器。
（地址是一个单 字符表明是哪个传感器回复命令）地址代码见表 4 ASCⅡ地址（单字 符） 10 进制 16 进制 描述 “0” 48 30 默认地址，所有传感器出厂的地址都 为 0，以便用于单传感器系统 6 2016-08-10 版本 1.4 “1”～“9” 49～57 31～39 SDI-12 总线上的多传感器地址 表 4 传感器。