基于USB接口的温度控制器.docx

1、基于USB接口的温度控制器 摘 要USB（Universal Serial Bus）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

2、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 AbstractUSB (Universal Serial Bus) is a kind of new Uni

3、versal Serial Bus, it is a serial bus which is very fast, dual channel, synchronous, can be pulled and plugged with the power on (Hot Swap), can be connected dynamically and very cheap. Because of this characteristic, nowadays, a great many type of computers have USB interface. The project presented

4、 in this dissertation used this new USB interface to design the communication between upper computer and down computer system. With the one wire temperature sensor, I measure the temperature and communicate with the computer application through the USB interface.At the beginning of this dissertation

5、, some basic knowledge about the system and communication protocol of USB (Universal Serial Bus) will be described, and later, introduced the basic meaning of temperature control, This dissertation also brought forward this idea: to develop the temperature control system which is base on the USB, an

6、d those tools the system will need are USB device chip CH372, one wire digital temperature sensor DS18B20 and single chip AT89C51.The temperature system got will upload to the upper computers application through USB interface. The upper computers application is programmed in the environment of C+ bu

7、ilder; the software I programmed used the DLL (dynamic link library) of CH372 and built the communication system between upper computer and down computer. The upper computer will display the temperature got by the sensor, and display the data on the screen of the PC, and display the temperature acqu

8、isition graphics simultaneously.Besides, the applications on the upper computer can control the down computer to set the temperature limits, things like this, when the temperature exceed a temperature set in advanced, the system will alert. The down computers also keep some resources for future exte

9、nsions.Keywords: AT89C51; USB specification; temperature acquisition; one wire temperature sensor; CH372目 录 引言 11 背景知识 12 系统概述 22.1 系统的特性 22.2 系统的功能 22.3 系统开发平台 23 系统总体设计 33.1 系统整体方框图 33.2 系统方案比较 33.2.1系统两种可行方案 33.2.2方案最终选择 44 系统硬件设计 54.1 中央处理器-AT89C51 54.2 温度传感器DS18B20 84.3 温度采集模块电路设计 134.4 系统接口模块电

10、路设计 154.4.1 USB简介 154.4.2 USB芯片选择 164.4.3 USB设备端接口设计 184.5 系统硬件整体实现 205 系统软件设计 205.1 软件设计工具 205.2 系统软件设计 215.2.1下位机的软件设计 215.2.2上位机的软件设计 246 系统调试 256.1 硬件调试 256.2 软件调试 266.2.1 下位机的软件调试 266.2.2 上位机的软件调试 276.2.3 上位机和下位机联机调试 286.3 系统性能指标 297 系统的简单操作说明 298 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

11、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

12、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、Digital Equipment、IBM、Intel、Microsoft 、NEC和Northern Telecom 7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

13、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

14、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Windows 98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

15、、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

16、。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