1、智能體溫計摘要:本系統采用AT89S52單片機作為智能溫度計控制核心.采用溫度傳感器和A/D轉換進行溫度數據采集,利用液晶顯示器記錄數據和顯示以及顯示某個階段的溫度變化曲線,采用按鍵掃描電路對溫度設定,再加之溫度數字語音播報、越限報警等功能使本設計更加完善。整個系統小巧緊湊，控制準確。關鍵字：單片機 溫度傳感器 LCD A/D目錄1.    系統方案選擇與論證31.1 題目要求31.1.1 基本要求31.1.2 發揮部分31.2 基本模塊設計31.2.1 測量部分模塊31.2.1 A/D轉換模塊.31.2.3 顯示模塊.42 系統具體實現與設計 42.1 系統總體

2、設計方案.42.2 硬件電路的設計.52.2.1 主機電路的設計.52.2.2 I/O通道的硬件電路設計52.2.3 數據采集電路的設計.52.2.4 保護電路的設計.72.2.5 按鍵及顯示電路設計72.2.6 語音播報電路設計92 .3 系統軟件設計102. 3.1 程序流程圖103 調試.113.1 硬件調試.113.2 軟件調試113.3 軟硬綜合調試.114、 數據指標測試114.1 測試儀器114.2 測試方法114.3 測試數據.115.總結126.參考文獻.12 1.系統方案選擇與論證1.1 題目要求1.1.1 基本要求 系統前端部分歸一化輸出，即0 50 線性對應0

3、 5 V； 系統前端部分應具有輸出保護電路，使其輸出電壓不超過5V； 系統每秒采集一次溫度，經濾波、計算等處理后實時顯示溫度值，測量精度為±0.1； 系統每分鐘用語音報告一次所測溫度當前值； 系統可在050的范圍內任意設預警溫度值（默認值設定為37.0），當所測溫度超過預警溫度值時，系統立即報警，預警值的設定應可隨時更改。1.1.2 發揮部分 記錄測試結果并在點陣式LCD屏上顯示2分鐘內的溫度變化曲線； 非接觸式測量。（測量精度為±0.2）；1.2 基本模塊設計1.2.1 測量部分模塊方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復性、可靠性

4、較差，對于檢測小于1攝氏度的信號是不適用的。方案二：采用溫度傳感器鉑電阻，鉑熱電阻的物理化學性能在高溫和氧化性介質中很穩定，它能用作工業測溫元件，且此元件線性度較好，在攝氏度時，最大非線性偏差小于.攝氏度。方案三：集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優點， AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流  變化1mA，相當于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。AD590的測溫范圍為-55+150。 AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度

5、最高，在-55+150范圍內。重復性優于.，其良好的非線性可以保證優于.的測量精度，利用其重復性較好的特點，通過非線性補償，可以達到.測量精度。基于上述分析，擬選擇方案三。1.2.3 轉換模塊方案一: 采用單片高速12位模數轉換器AD574, 內置雙極性電路構成的混合集成轉換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只需外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉換器，其主要功能特性如下： 分辨率：12位非線性誤差：小于±1/2LBS或±1LBS轉換速率：25us模擬電壓輸入范圍：0-10V和0-20V，0-±5V和0-

6、7;10V兩檔四種電源電壓：±15V和5V數據輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式方案二:采用8位逐次逼近型A/D轉換器ADC0809, 主要特性:1）具有轉換起停控制端。2）8路8位AD轉換器，即分辨率8位。3）轉換時間為100s4）單個5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。基于對A/D轉換器的分辨率、轉換速率、量化誤差、偏移誤差等綜合考慮,擬選擇方案一.1.2.3 顯示模塊方案一：采用LED數碼管顯示器。LED數碼管亮度高，醒目，但是其電路復雜，占用資源較多且信息量小

7、。方案二：采用LCD液晶顯示器。LCD有明顯的優點：工作電流比LED小幾個數量級，故其功耗很低，尺寸小，厚度約為LED的1/3；字跡清晰、美觀、使人舒服；壽命長，使用方便。 基于上述的比較，采用方案二。2 .系統的具體設計與實現2.1.系統總體設計方案按照系統的設計功能要求，本智能溫度系統的設計必須采用單片機軟件系統實現，用單片機的自動控制能力配合按鍵控制，來控制溫度查詢、顯示、播報以及顯示某階段的變化曲線。本系統由下幾個部分組成。溫度傳感器放大器A/D轉換器保護電路 單片機按鍵控制越限報警顯示電路語音播報 圖C-1-1  A/D轉換電路2.2硬件電路的設計 硬件電路主要由兩大部分組

8、成:模擬部分和數字部分;從功能模塊上由主機電路、數據采集電路、按鍵顯示電路、保護電路、語音播報電路組成。硬件具體方框圖:保護電路由4066組成語音芯片ISD1420溫度傳感器AD590AD轉換器AD574單片機AT89S52液晶顯示器LCD顯示2.2.1主機電路的設計 主機選用INTEL公司的MCS-51系列單片機89S52來實現,利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點,力求用軟件完善各種控制運算法和邏輯控制. AT89S52具有以下標準功能： 8k字節Flash，256字節RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串

9、行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。,可使本系統整體電路結構更為簡單、實用.2.2.2 I/0通道的硬件電路的設計 就本系統來說,需要采集水溫數據,然后通過A/D,轉換為數字信號,送入單片機中的特定單元,然后一部分送去顯示和播報;另一部分與設定值進行比較.2.2.3數據采集電路的設計 數據采集電路主要由AD590,AD574,358組成.為了達到測量高精度

10、的要求, 選用AD轉換器AD574和溫度傳感器AD590,具有較高精度和重復性(重復性優于.，其良好的非線性可以保證優于.的測量精度，利用其重復性較好的特點，通過非線性補償，可以達到.測量精度。)高精度運算放大器358將溫度-電壓信號進行放大,便于A/D進行轉換,以提高溫度采集電路的可靠性.模擬電路方框圖為: AD590運算放大器358A/D轉換器AD574由4066組成保護電路輸出溫度與電壓的數字信號 由AD590和358組成的溫度轉化為電壓的電路圖為2-2-3 圖2-2-3電路分析如下:AD590的輸出電流值說明如下：其輸出電流是以絕對溫度零度(-273)為基準,每增加1,它會增加1A輸出

11、電流,因此在室溫25時,其輸出電流Io=(273+25)=298A。Vo的值為Io乘上10K,以室溫25而言,輸出值為2.98V(10K×298A)。 量測輸出電壓Vo時,不可分出任何電流,否則量測值會不準。  AD590的輸出電流I=(273+T)A(T為攝氏溫度),因此量測的電壓V為(273+T)A ×10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來,我們使用電壓追隨器其輸出電壓即”7”腳V2等于輸入電壓V。 由于一般電源供應較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩壓零件,再利用可變電阻分

12、壓,其輸出電壓V1需調整至2.73V。  接下來我們使用差動放大器其輸出電壓Vo為 (100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果現在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。這樣可以使得系統每秒采集一次溫度,經濾波、計算等處理后實時顯示溫度值,測量精度可達到正負0.1攝氏度.AD轉換器AD574的連接圖為圖2-2-3-1: 圖2-2-3-12.2.4保護電路的設計此部分電路由4066組成,主要保證歸一化輸出測試點測量準確,從而實現從050線性對應05V,當大于50時,液晶顯示器LCD就顯示50,使測量精度達到最大. 2.2.5按鍵及顯示電路設計 按鍵采用軟件查詢和外部中斷

13、相結合的方法來設計,低電平有效,圖中2-2-5按鍵AN1,AN2,AN3,其中按鍵AN2,AN3分別與P0.1和P0.2相連接,采用軟件查詢方式;按鍵AN1與P0相連,采用外部中斷方式,并且優先級定為最高.還有按鍵AN4為復位鍵,其功能是使系統復位.按鍵鍵名功能AN1功能轉換鍵按鍵按下時,顯示溫度設定值，此時可以按AN2，AN3調加減溫度直，再按下后，顯示當前溫度。AN2加1鍵設定溫度漸次加1AN3減1鍵設定溫度漸次減1 圖2-2-5為了減少外部鎖存器和譯碼模塊,液晶顯示器全部使用軟件進行靜態顯示.顯示采用液晶顯示器LCD顯示方式,顯示內容有溫度值的十位、個位及小數點后一位,還可以顯示溫度曲線

14、圖形,更形象地觀察溫度變化值。 226語音播報電路設計語音播報電路是智能溫度計最有特色的部分，使得智能體溫計更有人性化。制作語音芯片先用一塊沒錄音的芯片,然后再通過電路自己錄好自己要用的數據和文字.本設計采用ISD系列的語音芯片即位ISD1420，和其它同類語音電路相比具有以下特點：    所需外圍元件少，電路簡單，操作方便。    采用直接模擬量存貯技術DAST（Direct Analog Strorage Technology），再現優質原聲。    零功率信息存貯，省掉備用電源。 

15、;   信息可保存10年以上，可反復錄放達10萬次之多。    語音固化無需專用編程或開發裝置。    較強的選址能力，可把存儲器分成160段來進行管理。    具有自動省電模式，此時僅需0.5µA的保持電流。    單一電源供電。ISD1420單片機語音錄放電路，片內由鐘振蕩器、128K字節E2PROM（電可編程可擦除只讀存貯器）、微音放大器、自動增益控制電路、抗干擾濾波器、差動功率放大器等高品質語音錄放系統所需的全部基本功能電路。一個最小的錄

16、放系統僅由一個駐極體話筒、一個喇叭、兩個按鈕、一個電源和少量的電阻電容組成。其圖為2-2-6, 圖 2-2-6ISD1420可分段存貯20秒語音信息，按每秒鐘可讀3個漢字計算，20秒可分段貯存609多個漢字語音。將ISD1420的A2A7與單片機CPU的I/O口連接，這樣可單獨提取64段語凌晨信息，并在軟件的支持下可自動組合成若干段完整的長短語句。本系統此部分先在ISD1420語音芯片中錄入“現在”，“溫度”，“十”，“點”“度”，“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6“，”7“，”8“，”9“，然后通過程序調用這些數據和文字的地址,這樣就可以根據溫度值播報，這個是創新的做法，值

17、得推廣。 2.3系統軟件設計2.3.1 程序流程圖開始初始化啟動AD574采集數據數據處理顯示當前溫度有溫度設定否當前溫度與設定值比較否是越限報警1分鐘語音播報顯示報警溫度值顯示設定值 是顯示報警溫度值1秒鐘更新數據 否顯示當前溫度值日  3.調試3.1 硬件調試 硬件的調試主要體現在溫度傳感器采集得到的溫度經過放大器轉化為溫度電壓信號,只要選擇好輸出電壓與溫度的變化關系才能保證溫度與電壓成線形關系.經過反復調試,確定輸出電壓隨溫度變化為10MV/K效果最佳,而且可以使得測量精度為正負0.1攝氏度.為了排除干擾,采取了引線盡量短,減少交叉,對溫度傳感器進行保護等其

18、他的措施,調試表明,這些措施對消除某些引腳上的”毛刺”及外界的干擾起到很好的效果.3.2 軟件調試本系統的軟件部分,全部采用C語言編寫,除去語法錯誤和邏輯錯誤后,通過直接下載到單片機來具體調試.采用了自下到上的調試方法,即先單獨調試好每一項功能,然后再連接成一個完整的系統調試.這樣保證了軟件編寫的正確性和可行性.3.3軟硬綜合調試調試整個系統時,我們把軟件編出的每一項功能結合相應的硬件進行調試.這樣保證在綜合調試的時候,順利查找錯誤,具體分析解決.4、數據指標測試4.1 測試儀器表,水銀溫度計,數字萬用表等4.2測試方法用數字萬用表系統前端部分歸一化輸出測試點,得到溫度和電壓成線性關系.使系統運轉，采用同溫度計捆綁同時測量水溫變化情況，得出系統測量精度。4.3測試數據測量的攝氏溫度AD590經運算放大器358輸出電壓值U00 0V 10 1.0V 20 2.0V 30 3.0V40 4.0V50 5.0V  五、總結采用溫度傳感器對溫度采集進行溫度轉化為電壓信號、實時轉換（ADC部分）、按鍵控制等技術，可以對溫度進行高精度的測量并用語音播報該值。在系統的