專利名稱：一種基于usb存儲設(shè)備的溫度采集系統(tǒng)的制作方法
一種基于USB存儲設(shè)備的溫度采集系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于嵌入式溫度采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)溫度采集系統(tǒng)。
技術(shù)背景
數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition)是獲取信息的基本手段.是指將溫度、壓力、流量、 位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、處理、和輸出處理結(jié)果的過程。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition system) (DAS)。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度采集系統(tǒng)可用來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本提供信息和手段。在科學(xué)研究中，溫度采集系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)對研究目標(biāo)的定量分析和動態(tài)模擬，是揭示科學(xué)奧秘的重要手段。
目前，市場上的溫度采集系統(tǒng)都是簡單的將測量到的溫度通過數(shù)碼管或者LCD顯示出來，或者通過容量較小的ROM進(jìn)行存儲。沒有體現(xiàn)出數(shù)字信號便于處理和存儲的優(yōu)點(diǎn)， 也無法對長時(shí)間測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶和存儲，更不方便對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
為了解決現(xiàn)有的溫度采集系統(tǒng)不方便存儲或者存儲容量小，不便于大量統(tǒng)計(jì)分析的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種可以掛接USB存儲設(shè)備的溫度采集系統(tǒng)，溫度傳感器對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，單片機(jī)把采集到的數(shù)據(jù)處理成直觀的十進(jìn)制小數(shù)形式，并通過USB接口芯片 CH375將單片機(jī)轉(zhuǎn)換好的十進(jìn)制數(shù)據(jù)以文件的形式寫入U(xiǎn)SB存儲設(shè)備，利用USB存儲設(shè)備容量大、存儲穩(wěn)定的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，為之后的離線統(tǒng)計(jì)分析提供了便利。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的溫度采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)不方便存儲或者存儲容量小的問題，提供一種存儲容量大，便于大量統(tǒng)計(jì)分析的溫度采集系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的溫度采集系統(tǒng)，是基于USB存儲設(shè)備的，即該溫度采集系統(tǒng)利用一種USB接口芯片，實(shí)現(xiàn)USB存儲設(shè)備與單片機(jī)的掛接。單片機(jī)將溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，通過USB接口芯片以文件的形式寫入U(xiǎn)SB存儲設(shè)備中，從而解決了溫度采集系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)存儲的問題。本發(fā)明的溫度采集系統(tǒng)，由中央控制處理器、USB接口電路、溫度傳感器、串口電路和電源電路組成，在電路連接上，中央控制處理器與溫度傳感器的連接為單總線形式，USB接口芯片(如CH375)的地址端口、數(shù)據(jù)端口、讀寫控制、中斷控制與中央控制處理器(如單片機(jī)ATmegal6L)相應(yīng)的端口連接。可以對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過USB接口芯片存儲到掛接的USB存儲設(shè)備中。
溫度傳感器(如DS18B20)將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由中央控制處理器(如單片機(jī) ATmegalBL)對溫度傳感器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行采樣，并將二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的溫度信息，然后通過對USB接口芯片(如CH375)的控制，將得到的溫度信息以文件的形式存儲到USB存儲設(shè)備中；串口電路用于對溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，上位機(jī)可以通過串口電路向溫度采集系統(tǒng)發(fā)送指令，以控制溫度采集系統(tǒng)的采樣率，啟動/結(jié)束采集。
本發(fā)明中，中央控制處理器(單片機(jī))通過控制USB接口芯片實(shí)現(xiàn)USB總線的功能， 可以方便地與USB存儲設(shè)備連接。此外，利用USB接口芯片(如CH375芯片)內(nèi)的固件函數(shù)， 將數(shù)據(jù)以文件的形式寫入U(xiǎn)SB存儲設(shè)備，不需要第三方軟件即可在操作系統(tǒng)下打開數(shù)據(jù)， 方便對溫度數(shù)據(jù)處理。此外，設(shè)置相應(yīng)的過程監(jiān)控指示燈，以提示采集系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
本發(fā)明的特點(diǎn)是高存儲量，能耗低，穩(wěn)定性強(qiáng)，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)多種環(huán)境下的溫度采集。
本發(fā)明的有益效果是，可以將進(jìn)行長時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲到易得的USB存儲設(shè)備中，便于在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。


圖1本發(fā)明的電路原理框圖。
圖2本發(fā)明的電路原理圖。
圖3本發(fā)明中單片機(jī)的軟件結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
本系統(tǒng)的工作原理如圖1所示，處理器(如單片機(jī))用于控制溫度傳感器定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并采集溫度傳感器輸出的數(shù)字信號，通過其內(nèi)部的轉(zhuǎn)換函數(shù)，將二進(jìn)制格式的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的直接可讀的溫度信息。進(jìn)一步，單片機(jī)通過對USB接口芯片的控制，將得到的溫度信息以文件的形式存儲到USB存儲設(shè)備中。串口電路用于對溫度采集系統(tǒng)的控制，上位機(jī)可以通過串口向溫度采集系統(tǒng)發(fā)送指令，以控制溫度采集系統(tǒng)的采樣率，啟動/ 結(jié)束米集。
本系統(tǒng)的硬件電路如圖2所示，溫度傳感器采用DS18B20，處理器采用單片機(jī) ATmegal6L, USB接口芯片采用CH375 ；單片機(jī)與溫度傳感器的連接為單總線形式，在與溫度傳感器進(jìn)行通信時(shí)，單片機(jī)模擬其串行通信協(xié)議；單片機(jī)與串口電路的連接是通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，RX和TX都經(jīng)過MAX232實(shí)現(xiàn)將邏輯電平的轉(zhuǎn)換，使其符合串口通信電平，以實(shí)現(xiàn)串口通信協(xié)議；單片機(jī)與CH375的連接，采用并行方式，并口信號線包括8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳 INT#以及地址輸入引腳AO ；此外，通過設(shè)置LED信號燈來實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，方便發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障；整個(gè)系統(tǒng)采用外部的5V單電壓供電，不需要額外的電壓轉(zhuǎn)換電路。
本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，是單片機(jī)內(nèi)部程序的框架，采用模塊化方法編寫， 包括九個(gè)不同功能的子函數(shù)串口初始化函數(shù)，串口中斷函數(shù)，CH375讀寫時(shí)序函數(shù)，CH375 讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)，DS18B20初始化函數(shù)，溫度采集函數(shù)，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換函數(shù)，文件寫入函數(shù)，時(shí)間函數(shù)。通過調(diào)用九個(gè)不同功能的子函數(shù)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。串口的子程序主要包括串口初始化函數(shù)和串口中斷函數(shù)，包括設(shè)置串口的工作模式，包括倍速、數(shù)據(jù)位寬、校驗(yàn)位、波特率等，這部分是保證上位機(jī)的控制信息能夠順利的傳輸給單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對溫度采集系統(tǒng)的控制。上位機(jī)通過發(fā)送不同的指令，可以實(shí)現(xiàn)溫度采集系統(tǒng)的開啟/停止，可以改變溫度采集系統(tǒng)的采樣率。溫度傳感器的兩個(gè)子函數(shù)是單片機(jī)控制溫度傳感器的，單片機(jī)通過模擬溫度傳感器定義的單總線協(xié)議初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序，實(shí)現(xiàn)指令的寫入和數(shù)據(jù)的讀出。在單片機(jī)內(nèi)部，還有一個(gè)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換函數(shù)，由于溫度傳感器返回給單片機(jī)的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制的比特流形式，不是直觀的數(shù)據(jù)，需要轉(zhuǎn)換函數(shù)處理成直觀的十進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過CH375讀寫時(shí)序和讀寫數(shù)據(jù)函數(shù)與USB接口芯片進(jìn)行通信，并通過文件寫入函數(shù)實(shí)現(xiàn)以文件格式寫入溫度數(shù)據(jù)。時(shí)間函數(shù)配合單片機(jī)完成定時(shí)和時(shí)序控制的功能。
權(quán)利要求
1.一種基于USB存儲設(shè)備的溫度采集系統(tǒng)，其特征在于由中央控制處理器、USB接口芯片、溫度傳感器和串口電路組成；在電路連接上，中央控制處理器與溫度傳感器的連接為單總線形式；USB接口芯片的地址端口、數(shù)據(jù)端口、讀寫控制、中斷控制與中央控制處理器相應(yīng)的端口連接；其中溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由中央控制處理器對溫度傳感器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行采樣，并將二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的溫度信息，然后通過對USB 接口芯片的控制，將得到的溫度信息以文件的形式存儲到USB存儲設(shè)備中；串口電路用于對溫度采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，上位機(jī)通過串口電路向溫度采集系統(tǒng)發(fā)送指令，以控制溫度采集系統(tǒng)的采樣率，啟動/結(jié)束采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB存儲設(shè)備的溫度采集系統(tǒng)，其特征在于中央控制處理器采用單片機(jī)，USB接口芯片采用CH375芯片，單片機(jī)通過控制CH375實(shí)現(xiàn)USB總線的功能，方便地與USB存儲設(shè)備連接；通過CH375芯片內(nèi)的固件函數(shù)，將數(shù)據(jù)以文件的形式寫入 USB存儲設(shè)備，方便對溫度數(shù)據(jù)處理。
全文摘要
本發(fā)明屬于嵌入式溫度采集技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于USB存儲設(shè)備的溫度采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中央控制處理器、USB接口電路、溫度傳感器電路和電源電路等組成。該溫度采集系統(tǒng)通過溫度傳感器實(shí)時(shí)采集溫度，將數(shù)據(jù)通過USB總線接口存儲到USB設(shè)備中，便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行離線的統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目的。溫度傳感器部分選擇單總線結(jié)構(gòu)的DS18B20，控制處理器選擇低功耗的ATmega16L，USB總線芯片選擇CH375。本發(fā)明具有高存儲量，能耗低，穩(wěn)定性強(qiáng)，體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)多種環(huán)境下的溫度采集。
文檔編號G06F13/38GK102521422SQ20111041995
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者井冰, 任俊彥, 葉凡, 姚遠(yuǎn), 李寧, 趙樂軍, 陳昊 申請人:復(fù)旦大學(xué)