Компьютерный USB-термометр для цифровых видов связи и APRS.
Появление IgorPlug-USB (приемник инфракрасного ДУ с USB-подключением к
компьютеру) [1] показало, что во многих случаях для периферийных
USB-устройств необязательно использовать специализированные чипы -
микроконтроллер семейства AVR способен программно выполнять обмен
данными по интерфейсу USB. Кроме основной функции (прием сигнала от
пульта ДУ для управления WinAmp-ом и другими программами), IgorPlug-USB
позволяет компьютеру управлять выходами одного из параллельных портов
микроконтроллера, а также вводить данные с этого порта в компьютер.
Казалось бы: дорога открыта, пора переводить все любительские
разработки, которые для этого использовали COM- и LPT-порты компьютера
(программаторы ПЗУ, переключатели антенн радиостанции, выключатели
света в комнате и т.п.) на "рельсы" USB.
Не тут-то было. А дело даже не в низкой пропускной способности (всего
несколько килобайт в секунду) шины USB в режиме Low Speed [7], в
котором и работает микроконтроллер AVR. Главная проблема, с которой
сталкивался разработчик - необходимость создания драйвера устройства
для операционной системы Windows, а это дело исключительно сложное и
кропотливое, а главное - требующее опыта и больших затрат времени. И
если не заниматься этим профессионально, ничего хорошего не выйдет...
Один из выходов из этой ситуации - использование спецификации HID
(Human Interface Device) [7]. Таким же образом, к примеру, работают
USB-клавиатуры и мышки. Разработчик соблюдает спецификацию, а Windows
(Linux, MacOS и т.д.) использует стандартные (готовые) драйвера, когда
устройство оказывается подключенным к компьютеру. Далее, управляющую
программу для этого устройства можно написать даже на Бейсике...
Джойстик MJoy [2] - это разработка, которая иллюстрирует работу
контроллера AVR с шиной USB, используя спецификацию HID.
Созданный на базе MJoy цифровой термометр имеет следующие отличительные
особенности:
- Дешевый микроконтроллер AVR (вместо спец-чипов USB) плюс цифровой датчик температуры.
- Спецификация HID позволяет обойтись без написания драйвера для Windows.
- Управляющая программа, кроме отображения температуры на экране
компьютера, передает ее другим программам (для передачи в эфир в
цифровых видах связи, например).
Firmware (программа микроконтроллера)
Программа "перекроена" из MJoy [2] - убраны процедуры опроса АЦП и кнопок джойстика, добавлены подпрограммы работы с микросхемой термометра (спасибо Виктору Голутвину, UT1WPR [3], за помощь в освоении этого чипа термометра).
HID report [7], то есть формат передаваемых в компьютер данных, описан следующим образом:
USAGE (Vendor Usage 1) 09 01
COLLECTION (Application) A1 01
USAGE_PAGE (Generic Desktop) 05 01
USAGE (Vno) 09 46
LOGICAL_MINIMUM (0) 15 00
LOGICAL_MAXIMUM (1000) 26 E8 03
UNIT (SI Lin:Temperature) 67 01 00 01 00
UNIT_EXPONENT (0) 55 00
REPORT_COUNT (1) 95 01
REPORT_SIZE (16) 75 10
INPUT (Data,Var,Abs) 81 02
END_COLLECTION C0
В компьютер передается 16-битное число - текущая температура в Кельвинах (в отличие от джойстика или мыши, где передаются координаты X и Y, а также состояния кнопок ). Конечно, HID report для этого термометра можно было описать как "просто число", но спецификация HID содержит, в числе прочих, такую сущность как "температура", для того чтобы программное обеспечение компьютера при необходимости смогло просмотреть список всех подключенных устройств и выбрать из них только те, которые измеряют температуру.
Сейчас эта возможность не используется, и программа в компьютере "распознает" этот термометр по идентификаторам VID (=0000) и PID (=0003) [7].
Для компиляции программы используется ассемблер AVRA [4]. Запрограммировать микроконтроллер (то есть, занести в его память содержимое готового hex-файла) можно, например, используя программу AVREAL [5] с несколькими проводами, подключенными к LPT-порту компьютера.
Для чипов термометра DS18B20 и DS18S20 подготовлены соответствующие hex-файлы: usbthermb.hex и usbtherms.hex, а в исходном тексте firmware присутствует строка ".define DS18B20", которая определяет тип используемого чипа.
Программа для компьютера
Программа работает под операционными системами Windows 98/ME/2000/XP. Написана для компилятора Visual C++ 6 с использованием HID-библиотек Windows DDK [8]. Основой послужила аналогичная программа Cypress USB Thermometer (HIDTHERM) [6].
В окне отображается температура в градусах Цельсия, а при сворачивании в system tray температура появляется при наведении курсора мыши на иконку. Цвет иконки красный, если температура положительная, синий - если нулевая или отрицательная, серый - термометр не подключен к USB-порту.
Использование термометра для цифровых видов связи и APRS
При работе программы в ее директории создаются следующие текстовые файлы:
- celsius.txt - температура в градусах Цельсия
- fahrenheit.txt - температура в градусах Фаренгейта
- temperature.txt - обе температуры, например "Temperature: 26C (78F)"
Это будет работать с MixW, начиная с версии 2.16. При запуске программы в ее командной строке можно указать формат, в котором фраза появится в файле temperature.txt (первое и второе "%d" соответствуют температуре по Цельсию и Фаренгейту), например:
Такие хитрости с файлом temperature.txt нужны для того, чтобы если программа не запущена (или термометр не подключен к компьютеру), в эфир ничего не передавалось.
- ui-view.txt - файл в формате WX data file для программы UI-VIEW:
Ссылки
- Приемник ДУ IgorPlug-USB (Igor Cesko) - www.cesko.host.sk
- USB-джойстик MJoy (Mindaugas Milasauskas) - www.mindaugas.com
- USB - это просто! (Виктор Голутвин, UT1WPR) - www.qsl.net/ut1wpr/
- Ассемблер AVRA - avra.sourceforge.net
- Программатор AVREAL (Александр Редчук) - ln.com.ua/~real/
- Cypress USB Thermometer Example - www.cypress.com
- Спецификации USB и HID - usb.org
- Windows DDK - Microsoft Corporation - microsoft.com
Денис Нечитайлов, UU9JDR
www.mixw.net
uu9jdr(at)qsl.net