基于USB接口的温度控制器.docx

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基于USB接口的温度控制器

摘要

USB（UniversalSerialBus）是一种新型的通用串行总线，它是快速的、双向的、同步的、可以热插拨的、动态连接且价格低廉的串行接口。

正是基于这一特点，现在很多的计算机外设都有USB接口。

本文正是利用这一新型USB接口来设计上位机与下位机系统之间的通信。

利用新型的一线式数字温度传感器测量温度，并通过USB接口和计算机端应用软件进行通信。

本文首先介绍了本系统相关的背景知识以及USB的通信协议，进而介绍温度控制的基本意义，提出利用USB设备芯片CH372、一线式数字温度传感器DS18B20和单片机AT89C51来开发基于USB温度控制系统。

采集的温度数据通过USB接口上传到上位PC机上，并利用应用软件对其进行处理。

上位机应用软件用C++builder编写，其运用CH372接口芯片的动态链接库建立起上位机和下位机之间的通信机制。

上位机将采集到的温度数据在PC机上显示出来，并且显示实时温度采集图像。

此外，应用软件可以对下位机进行温度极限设置等简单控制功能，当采集到的温度超过某一设定极限温度，则对系统进行报警。

另外下位机还为今后的扩展保留一定的资源。

关键词：

AT89C51；USB协议；温度采集；一线式温度传感器；CH372

Abstract

USB（UniversalSerialBus）isakindofnewUniversalSerialBus,itisaserialbuswhichisveryfast,dualchannel,synchronous,canbepulledandpluggedwiththepoweron（HotSwap）,canbeconnecteddynamicallyandverycheap.Becauseofthischaracteristic,nowadays,agreatmanytypeofcomputershaveUSBinterface.TheprojectpresentedinthisdissertationusedthisnewUSBinterfacetodesignthecommunicationbetweenuppercomputeranddowncomputersystem.Withtheonewiretemperaturesensor,ImeasurethetemperatureandcommunicatewiththecomputerapplicationthroughtheUSBinterface.

Atthebeginningofthisdissertation,somebasicknowledgeaboutthesystemandcommunicationprotocolofUSB（UniversalSerialBus）willbedescribed,andlater,introducedthebasicmeaningoftemperaturecontrol,Thisdissertationalsobroughtforwardthisidea:

todevelopthetemperaturecontrolsystemwhichisbaseontheUSB,andthosetoolsthesystemwillneedareUSBdevicechipCH372,onewiredigitaltemperaturesensorDS18B20andsinglechipAT89C51.Thetemperaturesystemgotwilluploadtotheuppercomputer'sapplicationthroughUSBinterface.Theuppercomputer'sapplicationisprogrammedintheenvironmentofC++builder;thesoftwareIprogrammedusedtheDLL（dynamiclinklibrary）ofCH372andbuiltthecommunicationsystembetweenuppercomputeranddowncomputer.Theuppercomputerwilldisplaythetemperaturegotbythesensor,anddisplaythedataonthescreenofthePC,anddisplaythetemperatureacquisitiongraphicssimultaneously.

Besides,theapplicationsontheuppercomputercancontrolthedowncomputertosetthetemperaturelimits,thingslikethis,whenthetemperatureexceedatemperaturesetinadvanced,thesystemwillalert.Thedowncomputersalsokeepsomeresourcesforfutureextensions.

Keywords:

AT89C51;USBspecification;temperatureacquisition;onewiretemperaturesensor;CH372

目录

引言1

1背景知识1

2系统概述2

2.1系统的特性2

2.2系统的功能2

2.3系统开发平台2

3系统总体设计3

3.1系统整体方框图3

3.2系统方案比较3

3.2.1系统两种可行方案3

3.2.2方案最终选择4

4系统硬件设计5

4.1中央处理器----AT89C515

4.2温度传感器DS18B208

4.3温度采集模块电路设计13

4.4系统接口模块电路设计15

4.4.1USB简介15

4.4.2USB芯片选择16

4.4.3USB设备端接口设计18

4.5系统硬件整体实现20

5系统软件设计20

5.1软件设计工具20

5.2系统软件设计21

5.2.1下位机的软件设计21

5.2.2上位机的软件设计24

6系统调试25

6.1硬件调试25

6.2软件调试26

6.2.1下位机的软件调试26

6.2.2上位机的软件调试27

6.2.3上位机和下位机联机调试28

6.3系统性能指标29

7系统的简单操作说明29

8总结29

谢辞31

参考文献32

附录33

引言

温度是工、农业生产的主要环境因素，它对工农业的生产有着重要的影响，所以对其进行准确快速的测量并进行处理是具有很特殊的重要意义。

测量温度模块是否正确、快速、及时决定着工农业生产的产品的质量是否符合预期设计的要求，而在当今是世界中,质量是企业生存的基本，所以许多对温度要求很高的工、农业生产企业把温度测量控制系统看成是企业生存的基本。

在市场竞争日益激烈的压力面前，企业已经意识到要想提升自己企业的竞争能力，就必须采用新技术对企业产品进行质量等各方面的管理。

而对温度要求严格的产品，测量产品生产环境的温度的技术决定着系统能否生存并继续发展，所以很多工业生产企业都非常重视温度控制系统。

对温度进行采集，并送到PC机实时处理，以前往往采用的是计算机的串行接口，但这一老式计算机接口存在着不少缺陷。

比如接口规格不统一、非共享式接口、占用资源大等等这样那样的缺点。

随着计算机的发展，USB（通用串行总线）接口是一种计算机应用领域的新型接口，USB接口的出现是计算机端接口的技术重大变革，其最早是由Compaq、DigitalEquipment、IBM、Intel、Microsoft、NEC和NorthernTelecom7家公司于1994年提出的，在2000年做出了改进，提出了USB2.0版本，随着这一版本的提出，USB越来越流行，目前它已经成为了一种标准接口，现在市场上的所有PC机都百分之百支持USB接口，本文将采用这一USB接口来对采集到的温度实时传输。

基于USB接口的温度控制系统就是通过温度传感器对现场温度进行测量，并利用微型处理器（单片机），通过USB接口实时的传给计算机，计算机利用软件根据已经设计好的要求对其进行报警等相应的处理。

它是计算机技术、单片机技术、温度传感器技术的科技产物。

适合于工业等需要对温度进行实时大范围的精确的处理。

1背景知识

在USB产生之前，外设与PC机的通信主要是通过PC机主板上所提供的各种接口来

实现，如ISA接口、PCI接口、串行接口等，这些老式的接口存在着很多缺点：

非共享式接口、体积大、接口规格不统一、采用传统的I/O模式等等。

为了克服老式接口这些缺点，PC机制造商和用户迫切需要一种新型的外设连接方式。

这时USB应运而生，它是一种快速、快速、双向、同步、廉价、并支持热插拨功能的串行接口。

早在1995年，就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。

1998年后，随着微软在Windows98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。

这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。

在主机（host）端，最新推出的PC机几乎100%支持USB；而在外设（device）端，使用USB接口的设备也与日俱增，例如数码相机、扫描仪、游戏杆、磁带和软驱、图像设备、打印机、键盘、鼠标等等。

正是USB具有热插拔、共享式接口、携带方便、标准统一、可以连接多个设备等这样的优点，才使USB得于快速的发展。

本文将利用这一新型计算机接口来设计温度控制系统。

2系统概述

本章将对基于USB接口的温度控制系统在工业上的应用进行分析，并介绍系统的特点、功能以及使用到的开发工具。

2.1系统的特性

由于该系统利用USB接口，所以具有USB的实时传送数据，与上位机进行信息交流，而上位机又可以连接在互联网上，所以远程的PC机也可以利用互联网对温度检测系统进行查看等各种操作。

该系统利用先进的温度传感器，可以对温度快速的进行反应，把温度数据传到下位机进行初步处理数据，进而与上位机通信。

总的来说，该系统有以下几点特点：

·工作人员可以远离生产环境通过计算机对其进行查看处理；

·多点温度测量；

·全天候检测温度，并可以在没有工作人员的参与下对生产环境进行简单处理；

·对生产环境的温度进行设计极限温度，一旦超过极限温度，系统将对起进行报警，并停止生产环境的工作；

·测量温度误差比较精确，在0.5℃内；

2.2系统的功能

该系统主要有以下功能：

（1）对温度进行检测。

利用该系统可以远离恶劣生产环境的情况下，对其进行温度测量；

（2）对现场温度进行实时采集；并在PC机上显示出来；

（3）在PC机上实时做出温度图像；工作人员在电脑上便可以直观的得到系统温度图像；

（4）简单的系统控制；通过计算机上的应用软件可以对温度设置，一旦超过极限温度，发出