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        一種USB接口的溫濕度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

        2016-12-31 00:00:00卜顯武
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年19期

        摘 要:文章利用ST公司的STM32F103單片機(jī)結(jié)合美國(guó)SILABS的Si7005溫濕度傳感器技術(shù)而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了本裝置。其中選用的Si7005的優(yōu)勢(shì)在于低功耗、尺寸小、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),而且價(jià)格低廉,使用壽命長(zhǎng)。選用的STM32單片機(jī)是一款專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核單片機(jī),具有性能高、外設(shè)豐富、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn),是目前同類技術(shù)中性價(jià)比較高的產(chǎn)品。本裝置還可以通過(guò)USB接口與上位機(jī)進(jìn)行通信,是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的溫濕度測(cè)量裝置,具有一定的實(shí)用價(jià)值。

        關(guān)鍵詞:溫濕度;STM32;USB;傳感器;Si7005;CP2102

        引言

        隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,傳感器技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。為了提高對(duì)溫濕度傳感器的深入研究,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了本裝置。

        1 系統(tǒng)原理及組成框圖

        本裝置主要由USB接口轉(zhuǎn)換器、STM32F103單片機(jī)、Si7005溫濕度傳感器幾部分組成。它的USB接口可以方便地和上位機(jī)或其他物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相連接組成物聯(lián)網(wǎng)的組件。如圖1所示。

        2 單片機(jī)的選型和電路設(shè)計(jì)

        單片機(jī)是本裝置的核心部件,一方面它要和溫濕度傳感器進(jìn)行通信,獲取實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)據(jù),另一方面它還要通過(guò)串口和CP2102進(jìn)行通信,將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)或物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。我們選用的STM32F103單片機(jī)是一款專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核單片機(jī),具有性能高、外設(shè)豐富、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn),是目前同類技術(shù)中性價(jià)比較高的產(chǎn)品。其電路設(shè)計(jì)如圖2。

        3 USB接口電路設(shè)計(jì)

        USB接口芯片我們選用CP2102,其集成度高,內(nèi)置USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數(shù)據(jù)總線(UART),支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號(hào),無(wú)需任何外部的USB器件。內(nèi)含時(shí)鐘電路,無(wú)需外接電路器,內(nèi)含上電復(fù)位電路,片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)可輸出3.3V電壓。其電路設(shè)計(jì)如圖3。

        4 溫濕度傳感器及其電路設(shè)計(jì)

        溫濕度傳感器我們采用美國(guó)SILABS的Si7005,它是一個(gè)將濕度和溫度傳感器元件、一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和信號(hào)處理功能集成到單片集成的CMOS傳感器IC。溫度傳感器和濕度傳感器都經(jīng)過(guò)工廠校準(zhǔn)并且校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片上非易失性存儲(chǔ)器中。精度高、性能穩(wěn)定、采用I2C通信接口,寬工作電壓范圍(2.1-3.6V)。其電路設(shè)計(jì)如圖4。

        5 軟件設(shè)計(jì)

        本裝置只要接入U(xiǎn)SB端口,安裝好驅(qū)動(dòng),就可以通過(guò)USB接口將測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。程序的整體流程圖如圖5所示。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        文章在對(duì)溫濕度技術(shù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,全面比較國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn),合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。它可以方便的接入到物聯(lián)網(wǎng)中,具有廣闊的市場(chǎng)空間與發(fā)展前景。在文章研制的溫濕度測(cè)量裝置的基礎(chǔ)上,可以再做適當(dāng)?shù)墓δ軘U(kuò)展,使其功能更加完善,如歷史溫濕度記錄,溫濕度報(bào)警等。

        參考文獻(xiàn)

        [1]周航慈,吳文廣.基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的程序[M].航空航天大學(xué)出版社.

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        [3]DIGITAL I2C HUMIDITY AND TEMPERATURE SENSOR Si7005,SILICON LABS.

        [4]SINGLE-CHIP USB TO UART BRIDGE CP2102/9,SILICON LABS.

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