英文翻译

外文原文出处：

《Intelligent Network Temperature and Humidity Measuring System Based on USB Interface》Huang Zhiguo*1, Huang Zhixin2, Cui Xihe3, Han Shengli4

基于USB接口的智能网络温度和湿度测量系统

摘要：多数字输出相对湿度和温度传感器 -SHT71是设置在系统中，它可以随时对环境监测点的温度和湿度进行实时测量。温湿度值、露点值和每个测量点的日期和时间都显示在LCM显示模块（液晶显示模块）HY-12864K上。与此同时，这些数据被保存在非易失性FRAM（铁电随机存取内存）的FM31256中，即可以保证在系统电源出现故障的情况下数据不丢失。获得的数据可以直接上传到电脑中的USB主机模式或间接地被复制到电脑而不经过USB设备模式磁盘领域的测试。该应用软件不仅可以绘制出温度、湿度和露点曲线，计算出最大值，最小值，平均值，同时还可以做进一步的统计分析，报表打印和对系统的基本测量参数进行设置。

关键词：温湿度，USB接口，网络，FRAM。

1. 简介

温湿度测量广泛使用在工业和农业生产，日常生活和研究开发中。例如，湿度大可造成粮食变质，使药品、香烟和茶叶存储仓库发霉。如果存放棉花的仓库中温度和湿度不合适，将会引起自燃。同时，若温度控制不当，将会使精密仪器和半导体器件的性能降低。所以，温度和湿度在许多环境领域都需要严格得测量和控制。

传统的温湿度测量采用了对温度和湿度分别进行测量，这不能很好地摆脱彼此测量时的相互干扰，此外，该传感器的互换性差，电路复杂，它需要长期而复杂的校准。截至目前，温度和湿度的测量在国内的研究是焦点课题，如南京航空航天大学、北京智能拓维技术研究所、河北师范大学科学技术大学、电子信息工程学院湖南大学、黑龙江省八一农垦大学等都对此课题进行了深入的研究。但是，上述测量是基于离散传感器完成的，其测量精度低，单点测量不适合大温室环境，而且采用RS232串行通信，其较低的数据传输带宽难以满足目前计算机接口的发展趋势。在国外，在该领域的研究较为成熟，具有很高的准确度，如美国DeltaTRAK和QUATRONIX公司，德国德图公司，奥地利，芬兰，日本等，但他们的产品价格昂贵，使我国广大用户承担不起。

对于上述国内和国际的现状，该系统采用新型集成数字输出温湿度传感器-SHT11，完成对测量网络各节点的测量，其具有测量精度高、良好的长期稳定性和响应时间断等优点。智能传感器SHT11获得的数据不仅可以直接通过USB接口上传到电脑，也可保存在非易失性FRAM-FM31256中，即使系统掉电，数据也不会丢失。更重要的是，微机和PC之间的沟通取代了传统的RS232串行接口的双模式USB接口（USB主机和USB设备）的应用，它不仅可以直接实现，而且间接地闪存盘。因此，该系统具有小的接口，即插即用和更好的通用性能。

2 该系统的总体结构

该系统是由电脑和微机组成。微机AT89C52单片机为核心芯片，它是由数据采集网络，液晶显示模块，数据存储模块和USB通信模块来完成对温湿度数据的采集、显示、存储和上传。该系统不仅可以获取数据，或在任何关键时间暂停，而且还可以通过该系统相应的应用软件设置启动时间、停止时间和时间间隔。此外，当环境温度和湿度超过了预先设定的范围时，它具有声光报警功能。PC机是由数据处理和参数设置装置组成，它可以绘制曲线、列表显示、数学分析、统计分析、报表打印和设计微型计算机的参数，如启动和停止时间，时间间隔，报警的上下限值等。该系统的总体结构是图1所示：

图1总体结构的系统框图

2.1 数据采集网络

该系统采用多功能集成数字输出温湿度传感器-SHT11做多点顺序测量，其集成温度和湿度的测量元件与一身，如信号放大器，A / D转换器，光盘的OTP（一次性可编程只读存储器），I2C总线等外围电路。它在校准后直接输出相对湿度和温度的数字信号，它可以增强信号强度和抗干扰能力，具有长期的稳定性，有效地解决了传统的温度和湿度传感器的不足。此外，它也可以准确地测量露点，不会因为不同的温度和湿度产生误差。

从图2（相对湿度数字输出特性曲线）中我们可以看到它出现了非线性。该系统采用软件方法进行补偿以获得准确的数据。该湿度值修正公式如下：

RH _Linear =C₁ C₂*SO _RH C₃*SO_RH*SO_RH

在上面的公式，SO_RH是测量传感器的相对湿度测量值，这是作为如下情况的值（湿度可以选择14或12位，温度可以选择12或8位）：

12位 SO_RH ：C₁ =-4 C₂ =0.0405 C₃ =-2.8*10^-6

8位 SO_RH ：C₁ =-4 C₂ =0.6480 C₃ =-7.4*10^-4

上面的公式用于计算在25℃情况下湿度值，但真正的测量温度是在特定的范围内变化，因此应考虑湿度传感器的温度系数，其可按下列公式进行补偿：

RH _true = (T-25)*(t₁ t₂*SO_RH) RH _Linear

在上面的公式中，T是实际温度值。其系数如下：

12位 SO_RH ：t₁=0.01 t₂=0.00008

8位 SO_RH ： t₁=0.01 t₂=0.00128

该SHT71温度的线性度非常好，因此数字输出的温度的实际值可以通过下列公式转换：

TC =d₁ d₂*SO_T

在上面的公式，SO_T是传感器的温度输出值，该系统的电源电压为5V。

当温度传感器的分辨率为14位时，d₁ =-40 d₂ =0.01

当温度传感器的分辨率为12位时，d₁ =-40 d₂ =0.04

环境的露点值可根据由下列公式的相对湿度和温度值计算：

Log EW = (0.66077 7.5*T)/ (237.3 T) (Log 10(RH)-2)

DP = ((0.66077- Log EW)*273.3)/ (Log EW-8.16077)

图2 相对湿度数字输出特性曲线的SHT71

2.2 液晶显示模块（液晶显示模块）

液晶显示模块采用低功耗海鹰-12864K模块，它可以同时显示每个监测点的温度、湿度、露点、实时时间和日期，以便它可以使用户更方便的对环境进行监测。LCM采用LED蓝色背光控制的关键就是它可以使用户在昏暗场合能够读取温湿度值。

2.3 数据存储器模块

在许多场合（如高风险之际，密封的环境等），个人电脑和微机之间的交流不能直接和实时的执行，因此温度和湿度的历史数据需要记录，然后将数据绘制成曲线图，分析处理，报表打印等。该系统采用先进的非易失性FRAM-FM31256，其在掉电后仍有10年的保留时间，无限的读写能力。因此，该系统需要可靠地保证历史数据的存储。此外，内存集成了RTC（实时时钟），低电压复位电路（而不是独立的时钟芯片 -DS1302的）和看门狗定时器电路（而不是X5045的芯片），这使得该系统具有更高的集成度和更好的可靠性^[3]。

2.4 USB通信模块

USB接口以其即插即用、方便、易于扩展和高速的特点被大量广泛的推广和应用。但是，要开发、研制USB接口不是一件容易的事情，因为它要求开发者深入地理解USB标准，固件和驱动程序编译，这将会抑制一般硬件工程应用到USB接口产品中去^[4]。但是，在本系统中，普遍使用的USB接口芯片CH375得到应用，它只需要开发人员对单片机和PC应用软件进行编程，其具有易于使用，缩短开发周期的许多特点。更重要的是，它支持USB主机方式和USB设备模式。

该系统突破传统单一的USB外部设备，并采用双USB插头座模式，这使它不仅可以工作在USB设备模式，也可以在USB主机模式下使用，因此它为不同的用户和场合提供了更多的方便。CH375和单片机的接口电路如图3所示：

图3 CH375和单片机之间的接口电路图

单片机判别哪个USB插头座正处于高或低的信号级别状态，然后确定使用哪些使系统工作的通信方式。如果端口P52与电脑连接，CH375就工作在工程设备的模式下。如果端口P51与USB设备（如闪存盘）连接，则CH375工作在主设备模式下。这两种情况不能工作在同一时间。在空闲的情况下，状态信号为低电平，单片机使CH375工作在主机模式下。当USB设备插入P51时， CH375将通知单片机使其自动处理相关的工作。当P52与PC机的USB端口相连时，PC的5V电压使状态变为低电平，然后单片机监控状态信号使CH375芯片切换到设备模式^[6]。

双模式USB接口，使系统更普及，更方便，同时满足许多场合。

• 1. PC的应用软件和驱动程序

图4 界面的结构和功能的个人电脑应用软件框图

个人电脑应用软件和驱动程序采用可视化编程语言 -Visual Basic的编程方法。该驱动程序完成了USB接口与系统软件的通信协议。应用软件是由数据处理和参数设置模块组成，其可实现以下功能：温湿度的测量，露点曲线图的绘制，在任何时间间隔显示最大值，和最小值。改变了微软Office Excel的传输显示数据的列表，统计分析和报表打印。此外，该软件可以设置系统（如启动和停止时间，时间间隔，启动模式，内存模式，温度和湿度的预警阈值等）的许多参数。该软件的界面结构总图4所示。

3 实验结果及分析

通过温室试验，该系统被证实其具有很高的精度和测量的影响。图5中的温度和湿度曲线是根据温室的实际数据采集而绘制的。这些数据测量的时间间隔为5秒，通过与标准温度湿度计分析系统相比较，温度误差不超过plusmn;0.4和湿度误差不超过plusmn; 3.0％，非易失性内存可存储超过16000组数据。当系统在温度和湿度缓慢变化的环境下使用时，它可以通过每20分钟一次的数据收集，连续测量约220天。

4 结论

该系统采用先进的单总线传感器，它具有可靠，稳定，全面的校准和完全互换的优点。它不仅可以自动的长期的获取和存储温度和湿度数据，还可以对获得的数据进行写保护。此外，这些数据不会在失电后丢失，因为这些数据存储在非易失性FRAM中。更重要的是，该系统不仅可以根据用户设置的开始时间，停止时间和间隔时间自动的采集数据，不需要人工监测，适用于许多危险场合，而且还可以摆脱电脑，作为一个便携式的测量仪器，随时可以实现启动和停止，这使用户使用更方便。双模式USB接口使数据传输更加方便和快捷，它可以将数据通过闪存盘复制在没有PC的语言环境的实验室电脑上。该系统具有精度高，稳定性好，可靠性高和通用性等诸多特点。

英文翻译

外文原文出处：

《Built-in USB3.0 receptacle connector》.Nai-Chien Chang, Tai Wan,China

内置USB3.0接口连接器

摘要

内置的USB3.0插座连接器被布置于计算机内的主电路板上，它包含了一个绝缘壳体，多个空腔，多个电路板，多个可连接的终端和多个导电端。空腔被从绝缘壳体的表面前端置入，电路板放置并挂起在空腔，他具有第一表面、第二表面以及在所述第一表面的前边缘的多个金手指。每一组可连接终端连接到第二表面的后端，并且电路相连于第一表面放置的金手指。导电终端被分别放置在空腔中，并且每一个都有一个通讯的模块，在第一便面的前端（金手指后面）。因此，绝缘壳具有多个长条的USB插座用于插入USB设备。

研究背景

1，研究领域。

本研究与连接器相关，特别是USB的插座连接器。

2，现有技术的描述

USB是被英特尔、微软等推广的传输接口。 USB正在变成计算机最流行的传输接口，因为他支持热插拔技术，又称，即插即用。而且，USB 的发展，包括USB1.0（低速，1.5Mbps），USB1.1(全速，12Mbps)，以及USB2.0（高速，480Mbps）。

因为电气设备总是不断地发展，对于传输速率

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