【技术研发】ｉ§－一 基于ＵＳＢ接口的多路温湿度采集系统设计 陈华龙陈正军钟清莲 （江西陶瓷工艺美术职业技术学院江西景德镇３３３０００） 摘要： 基于ｕｓＢ接口的多路温湿度采集系统，采用微控制器与多个一体化的数字温湿度传感器相连，采集温度和湿度数据，并将数据传送到ｕｓＢ设备端，由 设备端传向主机。ＵＳＢ接口以其方便易用的接口数据传输方式，更适合大多数场所的应用。 关键词：ＵＳＢ；多路温湿度采集；传感器 中图分类号：ＴＰ２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０６１００８３－－０１ ０引言 ２．３温湿度传感器ＳＨＴ１１绍。ＳＨＴ１１是一款高度集成的温湿度传感器芯 温湿度传感器在气象、环保、纺织、生化等行业应用量很大，另外温 片，提供全量程标定的数字输出。它采用专利的ＣＭＯＳ技术，确保产品具有 湿度传感器在农业、食品、木材、煤炭、陶瓷原料陈腐等行业也起着相当 极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器中集成有一个电容性聚合体湿 重要的作用。温湿度是两个的参量，在很多场合彼此不分离，因此， 度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一 两个传感器往往给工作带来不便，采用一体化的温湿度传感器受到很 个１４位的Ａ／Ｄ转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。该传感 大欢迎。 器品质卓越、响应速度快、抗干扰能力强，具有极高的性价比。每个传感 现代工业生产和科学研究对数据采集系统的要求日益提高，目前比较 器芯片都在极为精确的恒温室中进行标定，以镜面冷凝式露点仪为参照。 通用的方法已逐渐不能适应其要求。例如在Ｐｃ机或工控机内安装数据采集 通过标定得到的校准系数以程序形式储存在芯片本身的０ＴＰＰ￣存中。通过两 卡，如Ａ／Ｄ卡、４２２卡或４８５卡等，这些数据采集卡存在很多缺点，比如说安 线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单。微 装麻烦，价格昂贵，受Ｐｃ机插槽数量、地址和中断资源，可扩展性 小体积、极低功耗等优点使其成为各类应用中的首选。 差。随着计算机技术的发展，ＵＳＢ作为一种通用串行总线，以其方便易用、 ３系统实现 快速、价格低廉的特性，已经被广泛应用于各种数据传输设备。 ３．１ ＵＳＢ设备的控制传输。ＵＳＢ设备的的枚举是通过端点０的控制传输 １系统原理设计 完成的。控制传输总是在ＳＥＴＵＰ阶段开始，之后为可选的的ＤＡＴＡ阶段，然后 本系统的硬件模块包括数字温湿度传感器、微控制器、ＵＳＢ通信接口 在状态阶段结束。 等，硬件总体结构如图ｌ所示。 当设备首次插入计算机以后，操作系统首先要对设备进行枚举一次， 以确认该设备是否正常 在确认了设备正常以后，按照设备枚举过程中所 Ｉ通道 — 监 Ｉ兰 提供的信息查找驱动。 片 ＜：＝＝＝ 。…温湿度传感器 ｌ 一 ＵＳＢ设备的枚举过程可分为以下几部分： 机 １ １）总线复位；２）主机读取设备描述符；３）设置地址；４）主机重新 Ｃ一 — ｉ 温湿度传感器 ｌ 读取设备描述符；５）主机读取设备配置描述符。 图１系统组成框图 主机操作系统按照以上步骤完成第一次枚举，主机按照从设备获取的 单片机１控制数字温湿度传感器并监测其接口是否连有传感器，当该路 信息对设备进行识别，并按照获得的描述符信息查找驱动。 传感器出现问题或没有连接时，会占用很长的一段采集时间，使数据采集延 ３．２温湿度采集程序。单片机ｉ负责温湿度采集，在单片机２发送数据 迟。当多次没有检测到传感器的时候，放弃对该路接口的读取，以节省时间 传输请求时，单片机ｉ将采集到的数据通过串口发送出去。温湿度传感器 资源，只有在重新设定后，才会再次读取该路数据。数码管显示当前读取的 ＳＨＴＩ１的数字接口符合Ｉ２Ｃ协议，通过编程，利用单片机的输入输出引脚模 是哪路传感器。单片机１控制数字温湿度传感器进行温湿度转换，并读取转 拟Ｉ２Ｃ协议，实现对传感器ＳＨＴ１１的数据读取。在读取传感器ＳＨＴＩｌ过程，也 换后的结果，通过串口发送到设备端。单片机２负责控制ＵＳＢ接口芯片 是信息进行交互的过程。在这一过程，特别注意的是，当等待某种状态 ＰＤＩＵＳＢＤ１２，完成设备枚举，接收远端传过来的温湿度数据，并通过芯片 时，要设置最大的等待时间，超出这个时间，认为过程出错，程序继续向 ＰＤＩＵＳＤＤ１２发送到主机端。两个单片机的配合完成温湿度数据的采集和传输。 下执行，否则将进入无休止等待状态。在采集温湿度数据的同时，数码管 ２系统硬件设计 显示当前采集的通道数，并监测是否数据读取错误，当读取错误达到三次 ２．１ ＰＤＩＵＳＢＤ１２芯片。ＰＤＩＵＳＢＤＩ２是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的一款性价比很 时，将在下一次跳过该路温湿度数据的采集。 高的通用并行接口芯片，它支持多路复用、非多路复用和ＤＭＡ并行传输。芯 ４结论 片遵循ＵＳＢ１．１协议，支持不同用途的传输类型。 本系统将温度和湿度数据从远端传向ＵＳＢ设备端是利用了ＲＳ２３２串行通 ＰＤＩＵＳＢＤＩ２片内集成有一个３．３Ｖ的电压调整器，可用于为模拟收发器 信协议，理论传输距离只能达到ｌ５米，使本系统的应用受到一定，如 提供电源。该电压可以作为输出外接ｉ．５ｋＱ的上拉电阻，也可以连接内部 果采用ＲＳ４８５串行通信协议，可以将传输距离扩大到１００Ｏ米，系统应用范围 集成的１．５ｋＱ的上拉电阻作为ＳｏｆｔＣｏｎｎｅｃｔ的内部电源；由于片内集成了 将更广，现有的无线数据传输技术发展也较快，利用无线传输模块进行数 ６～４８删ｚ倍频ＰＬＬ，因此只需外接低频晶振就可以工作。位时钟恢复电路使 据传输，可以解决一些不方便布线的场所中温湿度的监测。 用４ｘ采样规则，从进入的ＵＳＢ数据流中恢复时钟，它能跟踪ＵＳＢ规定范围内 参考文献： 的抖动和频漂。ＳＩＥ（串行接口引擎）能完整地执行ＵＳＢ协议，它已经被完 ［ｉ］张波、刘志勤、张龙，基于ＵＳＢ接口的数据采集设备，电光与控制， 全固化在芯片内部，因此不需要任何固件干涉。 ２００６，（１０）． ２．２ ＡＴ８９Ｓ５２芯片。ＡＴ８９Ｓ５２是一种低功耗、高性能８位微控制器，具 ［２］王浩枫，基于ＵＳＢ总线的数据采集系统设计，计算机与网络，２００５， 有８ｋ在系统可编程Ｆｌａｓｈ存储器，程序下载方便。使用Ａｔｍｅｌ公司高密度非 （０８）． 易失性存储器技术制造，与８０Ｃ５１产品指令和引脚完全兼容。片上Ｆｌａｓｈ允 ［３］刘泽西、程晶晶、孔力，基于ＵＳＢ２．０接口的高速实时数据采集系统， 许程序存储器在系统可编程，方便程序得调试。 测控技术，２００７，（Ｏ２）．
