電子溫度計設(shè)計報告1

1、智能體溫計摘要:本系統(tǒng)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(zhuǎn)換進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集,利用液晶顯示器記錄數(shù)據(jù)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(shè)定,再加之溫度數(shù)字語音播報、越限報警等功能使本設(shè)計更加完善。整個系統(tǒng)小巧緊湊，控制準(zhǔn)確。關(guān)鍵字：單片機 溫度傳感器 LCD A/D目錄1.    系統(tǒng)方案選擇與論證31.1 題目要求31.1.1 基本要求31.1.2 發(fā)揮部分31.2 基本模塊設(shè)計31.2.1 測量部分模塊31.2.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊.31.2.3 顯示模塊.42 系統(tǒng)具體實現(xiàn)與設(shè)計 42.1 系統(tǒng)總體

2、設(shè)計方案.42.2 硬件電路的設(shè)計.52.2.1 主機電路的設(shè)計.52.2.2 I/O通道的硬件電路設(shè)計52.2.3 數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計.52.2.4 保護(hù)電路的設(shè)計.72.2.5 按鍵及顯示電路設(shè)計72.2.6 語音播報電路設(shè)計92 .3 系統(tǒng)軟件設(shè)計102. 3.1 程序流程圖103 調(diào)試.113.1 硬件調(diào)試.113.2 軟件調(diào)試113.3 軟硬綜合調(diào)試.114、 數(shù)據(jù)指標(biāo)測試114.1 測試儀器114.2 測試方法114.3 測試數(shù)據(jù).115.總結(jié)126.參考文獻(xiàn).12 1.系統(tǒng)方案選擇與論證1.1 題目要求1.1.1 基本要求 系統(tǒng)前端部分歸一化輸出，即0 50 線性對應(yīng)0

3、 5 V； 系統(tǒng)前端部分應(yīng)具有輸出保護(hù)電路，使其輸出電壓不超過5V； 系統(tǒng)每秒采集一次溫度，經(jīng)濾波、計算等處理后實時顯示溫度值，測量精度為±0.1； 系統(tǒng)每分鐘用語音報告一次所測溫度當(dāng)前值； 系統(tǒng)可在050的范圍內(nèi)任意設(shè)預(yù)警溫度值（默認(rèn)值設(shè)定為37.0），當(dāng)所測溫度超過預(yù)警溫度值時，系統(tǒng)立即報警，預(yù)警值的設(shè)定應(yīng)可隨時更改。1.1.2 發(fā)揮部分 記錄測試結(jié)果并在點陣式LCD屏上顯示2分鐘內(nèi)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(shè)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(fù)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(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)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(yōu)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(dāng)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(nèi)。重復(fù)性優(yōu)于.，其良好的非線性可以保證優(yōu)于.的測量精度，利用其重復(fù)性較好的特點，通過非線性補償，可以達(dá)到.測量精度?；谏鲜龇治?，擬選擇方案三。1.2.3 轉(zhuǎn)換模塊方案一: 采用單片高速12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574, 內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器ADC0809, 主要特性:1）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。2）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。3）轉(zhuǎn)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(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW?；趯/D轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)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(shù)碼管顯示器。LED數(shù)碼管亮度高，醒目，但是其電路復(fù)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(yōu)點：工作電流比LED小幾個數(shù)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(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)2.1.系統(tǒng)總體設(shè)計方案按照系統(tǒng)的設(shè)計功能要求，本智能溫度系統(tǒng)的設(shè)計必須采用單片機軟件系統(tǒng)實現(xiàn)，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(tǒng)由下幾個部分組成。溫度傳感器放大器A/D轉(zhuǎn)換器保護(hù)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(zhuǎn)換電路2.2硬件電路的設(shè)計 硬件電路主要由兩大部分組

8、成:模擬部分和數(shù)字部分;從功能模塊上由主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、按鍵顯示電路、保護(hù)電路、語音播報電路組成。硬件具體方框圖:保護(hù)電路由4066組成語音芯片ISD1420溫度傳感器AD590AD轉(zhuǎn)換器AD574單片機AT89S52液晶顯示器LCD顯示2.2.1主機電路的設(shè)計 主機選用INTEL公司的MCS-51系列單片機89S52來實現(xiàn),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(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串

9、行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。,可使本系統(tǒng)整體電路結(jié)構(gòu)更為簡單、實用.2.2.2 I/0通道的硬件電路的設(shè)計 就本系統(tǒng)來說,需要采集水溫數(shù)據(jù),然后通過A/D,轉(zhuǎn)換為數(shù)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(shè)定值進(jìn)行比較.2.2.3數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集電路主要由AD590,AD574,358組成.為了達(dá)到測量高精度

10、的要求, 選用AD轉(zhuǎn)換器AD574和溫度傳感器AD590,具有較高精度和重復(fù)性(重復(fù)性優(yōu)于.，其良好的非線性可以保證優(yōu)于.的測量精度，利用其重復(fù)性較好的特點，通過非線性補償，可以達(dá)到.測量精度。)高精度運算放大器358將溫度-電壓信號進(jìn)行放大,便于A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器AD574由4066組成保護(hù)電路輸出溫度與電壓的數(shù)字信號 由AD590和358組成的溫度轉(zhuǎn)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(zhǔn),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(zhǔn)。  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(yīng)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(wěn)壓零件,再利用可變電阻分

12、壓,其輸出電壓V1需調(diào)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(xiàn)在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。這樣可以使得系統(tǒng)每秒采集一次溫度,經(jīng)濾波、計算等處理后實時顯示溫度值,測量精度可達(dá)到正負(fù)0.1攝氏度.AD轉(zhuǎn)換器AD574的連接圖為圖2-2-3-1: 圖2-2-3-12.2.4保護(hù)電路的設(shè)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(zhǔn)確,從而實現(xiàn)從050線性對應(yīng)05V,當(dāng)大于50時,液晶顯示器LCD就顯示50,使測量精度達(dá)到最大. 2.2.5按鍵及顯示電路設(shè)計 按鍵采用軟件查詢和外部中斷

13、相結(jié)合的方法來設(shè)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(yōu)先級定為最高.還有按鍵AN4為復(fù)位鍵,其功能是使系統(tǒng)復(fù)位.按鍵鍵名功能AN1功能轉(zhuǎn)換鍵按鍵按下時,顯示溫度設(shè)定值，此時可以按AN2，AN3調(diào)加減溫度直，再按下后，顯示當(dāng)前溫度。AN2加1鍵設(shè)定溫度漸次加1AN3減1鍵設(shè)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(jìn)行靜態(tài)顯示.顯示采用液晶顯示器LCD顯示方式,顯示內(nèi)容有溫度值的十位、個位及小數(shù)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(shè)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(shù)據(jù)和文字.本設(shè)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(shù)DAST（Direct Analog Strorage Technology），再現(xiàn)優(yōu)質(zhì)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(fù)錄放達(dá)10萬次之多。    語音固化無需專用編程或開發(fā)裝置。    較強的選址能力，可把存儲器分成160段來進(jìn)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(nèi)由鐘振蕩器、128K字節(jié)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(zhì)語音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。一個最小的錄

16、放系統(tǒng)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(tǒng)此部分先在ISD1420語音芯片中錄入“現(xiàn)在”，“溫度”，“十”，“點”“度”，“0”，“1”，“2”，“3”，“4”，“5”，“6“，”7“，”8“，”9“，然后通過程序調(diào)用這些數(shù)據(jù)和文字的地址,這樣就可以根據(jù)溫度值播報，這個是創(chuàng)新的做法，值

17、得推廣。 2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計2.3.1 程序流程圖開始初始化啟動AD574采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理顯示當(dāng)前溫度有溫度設(shè)定否當(dāng)前溫度與設(shè)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(shè)定值 是顯示報警溫度值1秒鐘更新數(shù)據(jù) 否顯示當(dāng)前溫度值日  3.調(diào)試3.1 硬件調(diào)試 硬件的調(diào)試主要體現(xiàn)在溫度傳感器采集得到的溫度經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)化為溫度電壓信號,只要選擇好輸出電壓與溫度的變化關(guān)系才能保證溫度與電壓成線形關(guān)系.經(jīng)過反復(fù)調(diào)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(fù)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(jìn)行保護(hù)等其

18、他的措施,調(diào)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(diào)試本系統(tǒng)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(diào)試.采用了自下到上的調(diào)試方法,即先單獨調(diào)試好每一項功能,然后再連接成一個完整的系統(tǒng)調(diào)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(diào)試調(diào)試整個系統(tǒng)時,我們把軟件編出的每一項功能結(jié)合相應(yīng)的硬件進(jìn)行調(diào)試.這樣保證在綜合調(diào)試的時候,順利查找錯誤,具體分析解決.4、數(shù)據(jù)指標(biāo)測試4.1 測試儀器表,水銀溫度計,數(shù)字萬用表等4.2測試方法用數(shù)字萬用表系統(tǒng)前端部分歸一化輸出測試點,得到溫度和電壓成線性關(guān)系.使系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，采用同溫度計捆綁同時測量水溫變化情況，得出系統(tǒng)測量精度。4.3測試數(shù)據(jù)測量的攝氏溫度AD590經(jīng)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(jié)采用溫度傳感器對溫度采集進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號、實時轉(zhuǎn)換（ADC部分）、按鍵控制等技術(shù)，可以對溫度進(jìn)行高精度的測量并用語音播報該值。在系統(tǒng)的