一种USB虚拟串口型热电偶测温仪的制作方法

一种usb虚拟串口型热电偶测温仪
1.技术领域：
2.本实用新型属于仪器仪表应用领域，具体涉及一种usb虚拟串口型热电偶测温仪。
3.

背景技术：

4.在众多手持测温和工业测温领域，因热电偶测温具有测温范围广、精度高、响应速度快、成本低、易于维护等特点，被大量应用。然而，现有的测温仪大多都是面向临时测温应用而开发的，因此仅具有显示温度的功能，不具备存储功能。某些具备存储功能的测温仪需要使用移动存储介质如u盘、tf卡等转存到电脑上以备分析，过程比较繁琐，而且这类测温仪大多不能实时动态显示温度曲线。某些能显示温度曲线的测温仪大多使用3.5寸小屏幕，无法观看到动态数据的某些细节温度变化，且对图表进行分析和操作都比较繁琐。而且这类测温仪价格昂贵，不易推广。
5.实用新型cn214200420公开了“一种usb接口的热电偶采集模块”。采用了usb转spi的方案对热电偶进行测量。这种方式比传统的测温仪表方便，实现了在线连续测温。但其在采集模块中没有处理器，只有pc机作为模块的大脑。所以pc机软件的逻辑比较复杂，开发难度较高，且采集模块受pc操作系统的实时性限制，实时性不足。
6.

技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种工业现场和实验室在线、连续、快速、动态测温并实时在pc软件上显示温度趋势曲线及数据细节的热电偶测温仪。
8.为实现以上目的，本实用新型提供一种usb虚拟串口型热电偶测温仪。该测温仪插入pc机usb接口后，将会自动在操作系统中虚拟出一个串行通信接口。pc服务软件通过这个虚拟串口发送指令可启动测温仪下位子系统的运行，并开启热电偶的温度测量，同时读取温度测量值，实时显示在软件界面上。下位系统硬件由usb虚拟串口芯片、微处理器mcu、热电偶测温芯片、热电偶测温探头、ldo电源转换芯片组成。微处理器mcu是下位子系统的核心处理器，它通过spi接口和热电偶测温芯片连接，可实时控制热电偶测温芯片对热电偶探头进行快速测温和补偿，输出温度数值。下位测温仪子系统的硬件均由usb接口自带5v电源经过ldo电源转换芯片转换成3.3v低压供电。从而使得整个系统变得简洁高效。无需外部供电和任何辅助干预，打开软件即可开启测量和温度数据的动态展示，简单方便。
9.本实用新型具有如下优点：
10.1.测温仪子系统由微处理器负责实时测温和数据传输，不受上位pc操作系统延时的影响，保证测温时序的精确性和实时性。
11.2.pc端服务软件通过串口协议控制下位测温仪系统运行和读取数据，软件逻辑简单，易于开发和维护。
12.3.虚拟串口是pc机通用的通信接口，该系统可方便地为其他应用提供二次开发接口。
13.4.该测温仪下位系统无外部供电，无按钮，无显示屏，结构简单，成本低，易于推广。
14.附图说明：
15.附图用来对本实用新型的进一步理解，并构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
16.图1为测温仪功能架构图
17.图2为测温仪电路结构图
18.附图标号说明：
19.标号1：pc端服务软件；标号2：usb接口；标号3：usb虚拟串口芯片；标号4：ldo电源转换芯片；标号5：微处理器mcu；标号6：热电偶测温芯片；标号7：热电偶测温探头。
20.具体实施方式：
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.参照附图1和附图2，测温仪的usb接口采用usb2.0 typea接口，可以从pc获取5v标准电源，且通过data-和data+两根数据线连接到pc机usb总线。usb接口中的5v电源通过ldo电源转换芯片转换成3.3v电压后，为usb虚拟串口芯片、微处理器mcu、热电偶测温芯片供电。usb虚拟串口芯片采用ht42b534. usb虚拟串口芯片的data+与data-与pc的usb总线相连，uart_tx和uart_rx与微处理器mcu的通信端口相连。微处理器mcu采用32位微处理器芯片stm32f030c8t6. 微处理器的spi接口的spi_sck,spi_cs,spi_mosi,spi_miso与热电偶测温芯片的spi接口相连。热电偶测温芯片采用max31856. 热电偶测温芯片的t+和t-与热电偶相连。
23.工作时，当测温仪插入pc机usb接口后，usb接口自带的5v电源通过ldo电源转换芯片转换成3.3v电源，分别给微处理器mcu、usb虚拟串口芯片、热电偶测温芯片供电。微处理器供电后，启动上电复位，其内嵌入式软件开始运行。首先初始化处理器时钟、初始化spi接口、初始化uart串口通信。然后通过spi接口配置热电偶测温芯片中的寄存器，指定热电偶测温芯片的工作模式、热电偶类型、冷端补偿类型、故障检测等参数。然后进入等待上位机命令状态。
24.当pc端服务软件启动后，会主动搜索pc机中的所有可用串口设备，然后发送设备查询指令，若有回复则罗列设备到软件上。用户选择相应的设备后，启动测温仪数据采集。此时pc机通过串口先发送启动测量命令到下位嵌入式系统，随后发送生命帧信号到下位系统。下位系统接收到启动测量命令后，从准备状态跳转到测量状态。微处理器mcu通过spi接口控制热电偶测温芯片进行实时测温并读取测量结果。然后使用双数据缓冲的机制，把测量结果源源不断地从uart串口发送到pc端服务软件。pc端服务软件接收到数据后，立即展示在软件界面上、绘制出历史监控曲线，并存储数据到pc端文件中。
25.当用户测量结束，可通过服务软件的“停止测量”功能按钮结束测量。当用户停止测量后，pc端服务软件发送停止测量命令到下位系统，并停止接收和展示数据，同时停止生命信号的发送。下位系统接收到停止测量命令后，立即停止测量，停止数据发送，回到准备状态。从而完成一整套测温、数据收集、显示、存储过程。
26.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。尽管参照该实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对该实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在
本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种usb虚拟串口型热电偶测温仪，其特征在于：主要由pc端服务软件（1）、usb接口（2）、usb虚拟串口芯片（3）、ldo电源转换芯片（4）、微处理器mcu（5）、热电偶测温芯片（6）、热电偶测温探头（7）组成；pc端服务软件（1）通过usb接口（2）与usb虚拟串口芯片（3）读取微处理器mcu（5）中所测得的温度数据，实现温度测量、数据采集、数据动态曲线显示和存储。2.根据权利要求1所述的一种usb虚拟串口型热电偶测温仪，其特征在于： usb虚拟串口芯片（3）通过uart接口与微处理器mcu（5）连接，实现usb转串口通信。3.根据权利要求1所述的一种usb虚拟串口型热电偶测温仪，其特征在于：微处理器mcu（5）通过spi接口与热电偶测温芯片（6）连接，实时控制测温芯片采集温度数据。4.根据权利要求1所述的一种usb虚拟串口型热电偶测温仪，其特征在于：热电偶测温芯片（6）与热电偶测温探头（7）连接，并带有自动冷端补偿。5.根据权利要求1所述的一种usb虚拟串口型热电偶测温仪，其特征在于： usb虚拟串口芯片（3）、微处理器mcu（5）、热电偶测温芯片（6）均由ldo电源转换芯片（4）供电。

技术总结
本实用新型公开了一种USB虚拟串口型热电偶测温仪，包括PC端服务软件、USB接口、USB虚拟串口芯片、LDO电源转换芯片、微处理器MCU、热电偶测温芯片、热电偶测温探头。所述PC端服务软件通过所述USB接口与所述USB虚拟串口芯片读取所述微处理MCU中所测得的温度数据，实现温度测量、数据采集、数据动态曲线显示和存储。所述微处理器MCU是测温仪嵌入式核心处理器，它通过SPI接口与所述热电偶测温芯片连接，实时控制测温芯片采集温度数据。所述热电偶测温芯片与所述热电偶测温探头连接，并带有自动冷端补偿。所述热电偶测温探头与被测温物体接触，就能实时动态测量被测物的温度。所述LDO电源转换芯片从USB接口获取5V电源并转化为3.3V低压电源给所述USB虚拟串口芯片、所述微处理器MCU和所述热电偶测温芯片供电。该设计具有架构简洁、成本低廉、精度高、响应速度快等优点。尤其是能实时地对被测物进行温度测量，并以动态曲线的形式显示在PC屏幕上，直观方便。直观方便。直观方便。


技术研发人员：王顺坤 李改全
受保护的技术使用者：东莞大镓传感技术有限公司
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2022/5/25