一種USB接口的溫濕度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

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)，無需任何外部的USB器件。內(nèi)含時(shí)鐘電路，無需外接電路器，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

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.

[2]彭軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2003： 263-315.

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

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