一種USB接口的溫濕度測量裝置的設計

摘 要：文章利用ST公司的STM32F103單片機結合美國SILABS的Si7005溫濕度傳感器技術而開發設計了本裝置。其中選用的Si7005的優勢在于低功耗、尺寸小、測量精度高、抗干擾能力強等優點，而且價格低廉，使用壽命長。選用的STM32單片機是一款專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計的ARM Cortex-M3內核單片機，具有性能高、外設豐富、超強抗干擾等優點，是目前同類技術中性價比較高的產品。本裝置還可以通過USB接口與上位機進行通信，是一種結構簡單、性能穩定、使用方便、價格低廉、智能化的溫濕度測量裝置，具有一定的實用價值。

關鍵詞：溫濕度；STM32；USB；傳感器；Si7005；CP2102

引言

隨著物聯網的發展，傳感器技術應用領域越來越廣泛。傳感器技術已成為衡量一個國家科學技術發展水平的重要標志之一。為了提高對溫濕度傳感器的深入研究，基于物聯網技術設計了本裝置。

1 系統原理及組成框圖

本裝置主要由USB接口轉換器、STM32F103單片機、Si7005溫濕度傳感器幾部分組成。它的USB接口可以方便地和上位機或其他物聯網系統相連接組成物聯網的組件。如圖1所示。

2 單片機的選型和電路設計

單片機是本裝置的核心部件，一方面它要和溫濕度傳感器進行通信，獲取實時的溫濕度數據，另一方面它還要通過串口和CP2102進行通信，將數據傳輸到上位機或物聯網系統。我們選用的STM32F103單片機是一款專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計的ARM Cortex-M3內核單片機，具有性能高、外設豐富、超強抗干擾等優點，是目前同類技術中性價比較高的產品。其電路設計如圖2。

3 USB接口電路設計

USB接口芯片我們選用CP2102，其集成度高，內置USB2.0全速功能控制器、USB收發器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數據總線（UART），支持調制解調器全功能信號，無需任何外部的USB器件。內含時鐘電路，無需外接電路器，內含上電復位電路，片內電壓調節可輸出3.3V電壓。其電路設計如圖3。

4 溫濕度傳感器及其電路設計

溫濕度傳感器我們采用美國SILABS的Si7005，它是一個將濕度和溫度傳感器元件、一個模擬-數字轉換器和信號處理功能集成到單片集成的CMOS傳感器IC。溫度傳感器和濕度傳感器都經過工廠校準并且校準數據存儲在片上非易失性存儲器中。精度高、性能穩定、采用I2C通信接口，寬工作電壓范圍（2.1-3.6V）。其電路設計如圖4。

5 軟件設計

本裝置只要接入USB端口，安裝好驅動，就可以通過USB接口將測量的數據進行上傳。程序的整體流程圖如圖5所示。

6 結束語

文章在對溫濕度技術進行深入研究的基礎上，全面比較國內外同類產品的技術特點，合理地確定系統的設計方案。它可以方便的接入到物聯網中，具有廣闊的市場空間與發展前景。在文章研制的溫濕度測量裝置的基礎上，可以再做適當的功能擴展，使其功能更加完善，如歷史溫濕度記錄，溫濕度報警等。

參考文獻

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