專利名稱：一種低功耗便攜式溫度自動(dòng)記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于單片機(jī)控制的溫度實(shí)時(shí)測(cè)量記錄裝置，
尤其是低功耗，大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，帶USB接口，通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)溫 度測(cè)量參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)管理，例如數(shù)據(jù)下載備份建檔、數(shù)據(jù)分析等。
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背景技術(shù)：
出口食品生產(chǎn)企業(yè)以及其他企業(yè)的冷庫、高溫庫、倉庫、罐頭高 溫殺菌工序、食品蔬菜果晶的集裝箱等都需要溫度檢測(cè)，有的還需要 溫度記錄，以便對(duì)溫度進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，在發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)要查閱溫度 記錄來查找原因。特別是食品、蔬菜、果品的集裝箱長(zhǎng)途運(yùn)輸，所保 存的每天溫度記錄更是在出現(xiàn)問題時(shí)解決貿(mào)易糾紛、判斷責(zé)任歸屬的
第一手資料。微機(jī)的出現(xiàn)及其應(yīng)用使溫度自動(dòng)記錄成為現(xiàn)實(shí)，市場(chǎng)上 也出現(xiàn)了相應(yīng)的產(chǎn)品，但由于存在功耗高、體積大、質(zhì)量大、功能不 全等缺點(diǎn)，而使其應(yīng)用受到限制。其中大部分產(chǎn)品不具有掉電自動(dòng)保 存數(shù)據(jù)的功能。有些便攜式產(chǎn)品又不能記憶歷史數(shù)據(jù)(而且這類產(chǎn)品由 于沒有采用低功耗設(shè)汁，實(shí)際上體積還是偏大)。在總結(jié)上述產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn) 教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，通過廣泛查閱資料，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、 數(shù)理統(tǒng)計(jì)和控制論的有關(guān)知識(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)出能自動(dòng)檢測(cè)并記憶溫度的 低功耗便攜式又具有智能性的溫度記錄儀，經(jīng)專家論證有可行性和良 好的應(yīng)用前景，特別適合于內(nèi)外貿(mào)食品生產(chǎn)企業(yè)和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。即使 一般家庭也需要這種測(cè)溫裝置，尤其是用來對(duì)嬰幼兒，高齡老人等生 活環(huán)境溫度的監(jiān)控。
G)發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種低功耗便攜式溫度自 動(dòng)記錄裝置，按用戶設(shè)定的頻度自動(dòng)完成溫度測(cè)量存儲(chǔ)，還可與PC連 接，實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)管理，例如數(shù)據(jù)建檔備份，數(shù)據(jù)分 析等。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 "便攜"就必須用電池供電，小體積，所以方案必須低功耗和盡量 少的電子元器件實(shí)現(xiàn)，綜合考慮，選擇單片機(jī)Atmega88作為主控IC, 并設(shè)計(jì)了基于該單片機(jī)的WDT (Watch Dog Timer)中斷觸發(fā)循環(huán)運(yùn)行 的超低功耗模式，溫度傳感器選擇PSB型負(fù)溫?zé)崦綦娮鑀T-25E2-H1,特 別是結(jié)合單片機(jī)捕獲中斷功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用RC充放電計(jì)時(shí)法完成溫度測(cè) 量。其特征還在于與單片機(jī)Atmega88 ( Ul )相連的有實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 PCF8563 (U3)、存儲(chǔ)器M25P10 (U2 )、按鍵(Sl)、指示燈LEDO、 LED1、 蜂鳴器Bell、溫度傳感器Rt、標(biāo)準(zhǔn)電阻Rp、電池BTl,與USB接口芯片 FT232相連的有USB接口座,且通過引腳Txd (25)、 Rxd (24)分別與單 片機(jī)引腳Rxd (PDO)、 Txd ( PD1 )相連。
本實(shí)用新型中是基于Atmega88單片機(jī)WDT中斷喚醒觸發(fā)循環(huán)運(yùn)行的 超低功耗運(yùn)行模式控制實(shí)現(xiàn)的。
本實(shí)用新型中，所述溫度傳感器選擇PSB型負(fù)溫?zé)崦綦娮?PT-25E2-H1,特別是結(jié)合單片機(jī)捕獲中斷功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)用RC充放電計(jì) 時(shí)法完成溫度測(cè)量。
本實(shí)用新型中是采用鈕扣電池供電，功耗極低。
本實(shí)用新型中是通過USB接口配合上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量參數(shù)設(shè)
置和數(shù)據(jù)管理。
本實(shí)用新型中的自動(dòng)測(cè)溫頻度可以從l ~ 250分鐘任意設(shè)定，溫度測(cè) 量范圍為-10。C ~80°C,上下限"t艮警臨界溫度可在該范圍任意設(shè)定。
本實(shí)用新型的有益效果是，設(shè)計(jì)一種體積小、可長(zhǎng)時(shí)間工作的便攜 式溫度自動(dòng)測(cè)量存儲(chǔ)、超溫報(bào)警提示的裝置，特別適合用在內(nèi)外貿(mào)食品生產(chǎn)企業(yè)和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的食品倉庫，集裝箱等對(duì)溫度要求苛刻的場(chǎng) 所，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度長(zhǎng)期連續(xù)檢測(cè)。
本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)
a. 低功耗，電池供電。
b. 體積小，便于攜帶。
c. 帶USB接口，方便數(shù)據(jù)管理。
d. 自動(dòng)測(cè)溫頻度可以i殳定。
e. 測(cè)溫范圍為-10°C ~80°C。
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圖l是本實(shí)用新型的成品外觀主視圖； 圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是本實(shí)用新型的低功耗運(yùn)行模式流程圖； 圖4是本實(shí)用新型的溫度測(cè)量原理示意圖； 圖5是本實(shí)用新型的溫度測(cè)量程序流程圖； 圖6是本實(shí)用新型的主程序流程圖； 圖7是本實(shí)用新型的核心電路圖； 圖8是本實(shí)用新型的USB接口電路圖。
(E)具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述
外觀設(shè)計(jì)參考圖l，尺寸55腿x 30腿x 13mm,溫度傳感器l, LED指 示燈2、 3，按鈕4, USB接口5。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要由溫度傳感器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、按鍵輸 入、聲光提示、FLASH存儲(chǔ)、USB接口和主控單片機(jī)構(gòu)成。
考慮實(shí)際應(yīng)用情況，溫度^r測(cè)頻度要求并不高，從1分鐘到"0分鐘 任意時(shí)間間隔自動(dòng)測(cè)量，結(jié)合單片機(jī)Atmega88的的WDT特性，設(shè)計(jì)低功耗運(yùn)行模式如圖3所示，上電系統(tǒng)初始化，執(zhí)行一次任務(wù)，進(jìn)入掉電 模式，看門狗定時(shí)喚醒MCU,返回循環(huán)體，再次執(zhí)行任務(wù)，完成任務(wù)后 又進(jìn)入掉電模式。由于一次任務(wù)執(zhí)行時(shí)間很短，總體上MCU處在掉電模 式，從而實(shí)現(xiàn)超低功耗設(shè)計(jì)。
溫度測(cè)量過程如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)電阻Rp,熱敏電阻Rt,電容C1與AVR 單片機(jī)三個(gè)引腳相連。其中PD6、 PD7為一般普通I0引腳，PBO(ICP)為 捕獲觸發(fā)輸入引腳，可以設(shè)定上升沿觸發(fā)捕獲中斷。利用單片機(jī)捕荻 中斷功能并采用RC充放電計(jì)時(shí)法完成溫度測(cè)量。
Rp為100k的精密電阻，Rt為100K-精度為1%的熱敏電阻，Cl為O. 1 in的電容。溫度測(cè)量流程圖如圖5所示，先將PD6、 PD7、 PBO都設(shè)為低 電平輸出，使C1完全放電；接著將PD7、 PBO設(shè)置為輸入狀態(tài)，PD6設(shè)為 高電平輸出，通過Rt電阻對(duì)Cl充電，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器從零開始計(jì) 時(shí)，當(dāng)C1上的電壓逐步升高，PBO檢測(cè)出電壓達(dá)到單片機(jī)高電平輸入門 檻電壓時(shí)，將定時(shí)器計(jì)數(shù)值捕獲，從而測(cè)出從開始充電到PBO轉(zhuǎn)變?yōu)楦?電平的時(shí)間Tt;再次將PD6、 PD7、 PBO都設(shè)為低電平輸出，使C1完全放 電；隨后將PD6、 PBO設(shè)置為輸入狀態(tài)，PD7設(shè)為高電平輸出，通過Rp電 阻對(duì)C1充電，過程同上，得到時(shí)間Tp。
根據(jù)電容電壓公式^ =「0(1 — ^_^:)
可以得到/ = 7,即^ = 7助 印 附 7)
通過單片機(jī)計(jì)算得到熱敏電阻Rt的阻值，并通過查表法可以得到溫度值。
該裝置主程序流程圖如圖6所示，單片機(jī)完成溫度測(cè)量，溫度比較， 超溫報(bào)警，實(shí)時(shí)時(shí)鐘讀取，時(shí)間間隔到達(dá)自動(dòng)測(cè)量并存儲(chǔ)溫度，通過 UART接口轉(zhuǎn)USB口與PC通信。
電路圖如圖7所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(U2)選擇ST公司的串行閃存MMP10 (M25P40、 M25P80均可)，M25P10 ( U2 )與單片機(jī)Atmega88 ( Ul )采用增強(qiáng)4線SPI接口， Atmega88的SPI接口SCK、 MIS0、 MOSI分別接M25P10 引腳C、 Q、 D,另外Atmega88還需要一個(gè)引腳PB2提供閃存片選信號(hào)g。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘PCF8563 (U3)與單片機(jī)Atmega88 ( Ul )之間采用IIC連接， 單片機(jī)Atmega88引腳SDA、 SCL分別與實(shí)時(shí)時(shí)鐘PCF8563的引腳SDA、 SCL 相連。 一只按鍵(Sl )與單片機(jī)Atmega88 ( Ul )外部中斷輸入INTO ( PD2 ) 相連。指示燈(LEDO、 LED1)接單片機(jī)Atmega88 ( Ul ) PB1、 PD5,這 樣有利于PCB設(shè)計(jì)。蜂鳴器(Bell)接單片機(jī)Atmega88 ( Ul )的PB7。
USB接口電路如圖8所示，USB接口芯片F(xiàn)T232 ( U4 )實(shí)現(xiàn)USB到RS232 接口轉(zhuǎn)換，其中USB接口 (Jl)接PC機(jī)USB口，引腳Txd(25)、 Rxd ( 24 ) 分別與單片Atmega88 ( Ul )機(jī)引腳Rxd ( PDO )、 Txd ( PD1 )相連，實(shí)現(xiàn) 通過PC機(jī)USB接口與單片機(jī)通信。
權(quán)利要求1.一種低功耗便攜式溫度自動(dòng)記錄裝置，包括電路板及其安裝在電路板上的單片機(jī)、溫度傳感器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、FLASH存儲(chǔ)器、LED、蜂鳴器、按鍵和USB接口，其特征在于單片機(jī)選用Atmega 88，與單片機(jī)相連的有實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563、存儲(chǔ)器M25P10、按鍵、LED0、LED1、蜂鳴器Bell、溫度傳感器Rt、標(biāo)準(zhǔn)電阻Rp、電池BT1，與USB接口芯片F(xiàn)T232相連的有USB接口座，且通過引腳Txd(25)、Rxd(24)分別與單片機(jī)引腳Rxd、Txd相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低功耗便攜式溫度自動(dòng)記錄裝置，其 特征是溫度傳感器是采用PSB型負(fù)溫?zé)崦綦娮鑀T-25E2-H1 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低功耗便攜式溫度自動(dòng)記錄裝置，其 特征是釆用^^扣電池供電。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種低功耗便攜式自動(dòng)記錄裝置，其特征在于選擇單片機(jī)Atmega88作為主控IC，并設(shè)計(jì)超低功耗運(yùn)行模式；溫度傳感器選擇PSB型負(fù)溫?zé)崦綦娮鑀T-25E2-H1，結(jié)合單片機(jī)捕獲中斷功能實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量；實(shí)時(shí)時(shí)鐘IC選擇低功耗PC8563芯片；主要存儲(chǔ)IC選擇M25PX系列串行閃存，容量從1M到128M可選；USB接口IC選擇FT232；另外還有一只按鍵輸入和兩個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)蜂鳴器輸出部件；該裝置設(shè)計(jì)合理，功耗極低，體積小，便于攜帶，可根據(jù)用戶設(shè)定的頻度自動(dòng)完成溫度測(cè)量與存儲(chǔ)，帶USB接口，通過上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)管理。
文檔編號(hào)G01K7/22GK201152781SQ200720300298
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者田開坤 申請(qǐng)人:湖北師范學(xué)院