《自制USB接口温度仪.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自制USB接口温度仪.doc（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自制USB接口温度记录仪日常生产、生活中温度计是一种不可或缺的仪器仪表，比如我们常用的室温温度计、体温计，它们都有一个共同的特点：就是只能显示即时的温度，不能记录温度变化的过程，需要操作人员定时查看并记录，如果要记录温度变化的过程需要专门的温度记录仪，一般价格不菲。微型计算机的普及为温度记录工作打开了一扇新的窗户，这里介绍一个笔者自制的温度记录仪，自制价格低于100元，同时体积不大，可以随身携带，有计算机的地方随时可以记录温度的变化，本温度记录仪即可用于日常生活中，如记录病人体温的变化，也可用于科研、生产活动中，比如冷藏库温度监测、电信机房监控、过程温度控制和空调监测等。探头经过适当的封装完全
2、可以用于化学实验过程中温度变化的记录，图1是温度记录仪运行时的情况：图1一、性能指标采样通道：1温度测量范围：-55-+125精度：在-10+85范围内,精度为0.5记录点数：5000采样周期：2秒、4秒、5秒、10秒、15秒、30秒、60秒和300秒八档可调，记录时间最短约3小时，最长约17天。二、电路原理电原理图请参考无线电200911期图2电原理图如图2所示，电路比较简单，测温元件采用了最常见的单总线温度传感器DS18B20，DS18B20支持“单总线”接口，测量温度范围为-55+125，在-10+85范围内,精度为0.5。现场温度直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性
3、。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B20的指令见表1、表2，具体的使用方法可以参见元件手册。电路核心是一片来自MICROCHIP的USB单片机PIC18F2550，PIC18F2550是一款采用纳瓦技术的28引脚高性能增强型闪存USB单片机，拥有32KB闪存，2KB RAM，256字节EEPROM, 3个外部中断，4个定时器模块（Timer0到Timer3），2个捕捉/比较/PWM（CCP）模块，其USB接口兼容USB V2.0
4、，支持低速（1.5 Mbit/s）和全速（12 Mbit/s）数据传输，支持控制、中断、等时和批量数据传输模式。DS18B20共有三条引线，分别是电源线、数据线和地线，其中数据线接在了PIC18F2550的BO脚，PIC18F2550通过软件模拟单总线时序，由于只有一片DS18B20，所以仅模拟了读ROM、跳过ROM、温度变换和读暂存器四条指令。单片机与晶振等周边元件构成了USB单片机最小系统。表1 ROM指令表指 令约定代码功 能读ROM33H读DS1820温度传感器ROM中的编码（即64位地址）。符合ROM55H发出此命令之后，接着发出64位ROM编码，访问单总线上与该编码相对应的DS18
5、20使之作出响应，为下一步对该DS1820的读写作准备。搜索ROMFOH用于确定挂接在同一总线上DS1820的个数和识别64位ROM地址。为操作各器件作好准备。跳过ROMCCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820发温度变换命令。适用于单片工作。告警搜索命令ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应。表2RAM指令指 令约定代码功 能温度变换44H启动DS1820进行温度转换，12位转换时最长为750ms（9位为93.75ms）。结果存入内部9字节RAM中。读暂存器BEH读内部RAM中9字节的内容。写暂存器4EH发出向内部RAM的3、4字节写上、下限温度数据命令，紧跟该命令之后
6、，是传送两字节的数据。复制暂存器48H将RAM中第3、4字节的内容复制到EEPROM中。重调EEPROMB8H将EEPROM中内容恢复到RAM中的第3、4字节。读供电方式B4H三、软件编程温度记录仪的单片机软件采用PICC编写，其中主要有USB编程和单总线编程两部分，USB接口部分主要采用了PICC提供的几个库函数：usb_task、usb_enumerated、usb_kbhit、usb_get_packet和usb_put_packet，按顺序首先调用usb_task初始化本地环境，调用usb_enumerated初始化与USB主机的联接环境，然后进入主循环调用usb_kbhit判断主机是
7、否发出命令，如果有命令调用usb_get_packet接收数据，调用usb_put_packet发送数据，各个库函数的使用方法可参考PICC手册。PIC18F2550本身没有提供硬件的单总线接口，本机采用软件模拟的方法实现了单片机与DS18B20间的通迅，通过单片机B0口的三种状态配合接在BO口的4.7K的上拉电阻模拟了单总线的时序，本刊2009年第1期对DS18B20的时序进行了详尽分析，同时读者也可在网上下载到DS18B20的用户手册，这里不再赘述，这里给出一段读单总线数据的代码，写单总线数据的代码与此类似：BYTE touch_read_byte() BYTE i,data; for(i
8、=1;i=8;+i) output_low(TOUCH_PIN); delay_us(14); output_float(TOUCH_PIN); delay_us(5); shift_right(&data,1,input(TOUCH_PIN); delay_us(100); return(data);有了读写单总线函数后就可以编写DS18B20的程序了，参考前面的DS18B20命令表，按次序发出0x33，0xCC，0x44和0xBE命令就可以取得温度值了。PC机上面的程序采用VC6.0编写，由于本机使用了USB中的UID协议，因此在WINDOWS平台上面无需任何驱动程序。程序使用了文档-视结
9、构，在程序的MainForm中设定了一个时钟，最低每两秒与单片机通迅一次，读取其中的温度值，其中温度若为零上转换公式为：(out_data0+ out_data1*256) * 0.0625温度若为零下转换公式为：out_data0+( out_data1-0xf8)* 256-2048) * 0.0625读取的温度值写入文档，然后更新视图，实现了温度记录仪功能。四、制作调试电路比较简单，单面板PCB即可胜任，图3为单面PCB布线图供参考，图4是笔者使用热转印法制作的PCB，图5是组装完成后的照片，为了适应手边的外壳，所以布线不是很紧凑，读者可以根据自已外壳的实际情况重新布线，重新布线时只要注
10、意一下各器件，特别是晶振要安排在单片机尽可能近的地方。单片机需要写好程序才能工作，可以使用任何支持PIC编程的编程器，笔者使用了MICROCHIP的ICD2完成了程序烧写工作。将PC机程序复制到PC机硬盘中，PC机程序是一个绿色软件，可以复制到PC机的任一目录下；硬件组装完成后，将温度记录仪插入任一PC机USB口中，系统会发现一名为的设备并自动安装相应的设备驱动程序，运行PC机软件即可看到即时的温度和温度记录曲线。图3图4图5五、操作指南针对不同的测量对象可能要对温度传感器进行适当的封装，特别是化学实验的温度过程记录需要特殊的封装，网上有现成的不锈钢、黄铜等各类封装的DS18B20出售，可以选购适当封装的DS18B20使用，也可以根据工作介质的不同自制适当的封装。PC机软件主要提供了即时温度显示、最大、最小值显示和温度变化曲线记录功能，当鼠标在程序窗口内移动时程序会给出对应点的温度记录和时间点。同时程序还提供了历史数据保存和再现功能，可以再现过去某一时刻的记录曲线，当打开历史数据时移动鼠标给出的是历史数据的温度和时刻，可能通过菜单关闭历史数据的显示。程序的打印功能可以打印当前窗口内的温度记录曲线。采样周期和波形展宽操作可以通过鼠标点击操作完成。所有功能未能尽述，操作比较简单，略加摸索即可上手。
