一种USB接口的温湿度测量装置的设计

摘 要：文章利用ST公司的STM32F103单片机结合美国SILABS的Si7005温湿度传感器技术而开发设计了本装置。其中选用的Si7005的优势在于低功耗、尺寸小、测量精度高、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。选用的STM32单片机是一款专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M3内核单片机，具有性能高、外设丰富、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。本装置还可以通过USB接口与上位机进行通信，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的温湿度测量装置，具有一定的实用价值。

关键词：温湿度；STM32；usb；传感器；Si7005；CP2102

引言

随着物联网的发展，传感器技术应用领域越来越广泛。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。为了提高对温湿度传感器的深入研究，基于物联网技术设计了本装置。

1 系统原理及组成框图

本装置主要由USB接口转换器、STM32F103单片机、Si7005温湿度传感器几部分组成。它的USB接口可以方便地和上位机或其他物联网系统相连接组成物联网的组件。如图1所示。

2 单片机的选型和电路设计

单片机是本装置的核心部件，一方面它要和温湿度传感器进行通信，获取实时的温湿度数据，另一方面它还要通过串口和CP2102进行通信，将数据传输到上位机或物联网系统。我们选用的STM32F103单片机是一款专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M3内核单片机，具有性能高、外设丰富、超强抗干扰等优点，是目前同类技术中性价比较高的产品。其电路设计如图2。

3 USB接口电路设计

USB接口芯片我们选用CP2102，其集成度高，内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线（UART），支持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件。内含时钟电路，无需外接电路器，内含上电复位电路，片内电压调节可输出3.3V电压。其电路设计如图3。

4 温湿度传感器及其电路设计

温湿度传感器我们采用美国SILABS的Si7005，它是一个将湿度和温度传感器元件、一个模拟-数字转换器和信号处理功能集成到单片集成的CMOS传感器IC。温度传感器和湿度传感器都经过工厂校准并且校准数据存储在片上非易失性存储器中。精度高、性能稳定、采用I2C通信接口，宽工作电压范围（2.1-3.6V）。其电路设计如图4。

5 软件设计

本装置只要接入USB端口，安装好驱动，就可以通过USB接口将测量的数据进行上传。程序的整体流程图如图5所示。

6 结束语

文章在对温湿度技术进行深入研究的基础上，全面比较国内外同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案。它可以方便的接入到物联网中，具有广阔的市场空间与发展前景。在文章研制的温湿度测量装置的基础上，可以再做适当的功能扩展，使其功能更加完善，如历史温湿度记录，温湿度报警等。

参考文献

[1]周航慈，吴文广.基于嵌入式实时操作系统的程序[M].航空航天大学出版社.

[2]彭军.传感器与检测技术[M].西安电子科技大学出版社，2003： 263-315.

[3]DIGITAL I2C HUMIDITY AND TEMPERATURE SENSOR Si7005，SILICON LABS.

[4]SINGLE-CHIP USB TO UART BRIDGE CP2102/9，SILICON LABS.