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1.1 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 4 2 系統(tǒng)具體實現(xiàn)與設(shè)計2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 42.2 硬

2、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121. 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 C線性對應(yīng)05 V ; 系統(tǒng)前端部分應(yīng)

3、具有輸出保護電路，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，測量精度為土 0.1 C； 系統(tǒng)每分鐘用語音報告一次所測溫度當前值； 系統(tǒng)可在050C的范圍內(nèi)任意設(shè)預(yù)警溫度值（默認值設(shè)定為 37.0 C）,當所測溫度超過預(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。（測量精度為土 0.2 C）;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、 可靠性較差，對

4、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PT 1 0 0 0，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010 0攝氏度時，最大 非線性偏差小于0. 5攝氏度。方案三：集成溫度傳感器AD 5 9 0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-55C+150C。AD590共有I、J、K L、M五檔，其

5、中M檔精度最高，在-55C+150C范圍內(nèi)°AD 5 9 0重復(fù)性優(yōu)于0. 1C,其良好的非線性可以保證優(yōu)于0. 1C的測量精度，利用其重復(fù)性較好的特點，通過非線性補償，可以達到0 . 1C測量精度?；谏鲜龇治?，擬選擇方案三。1.2.3 A/D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± 1LB

6、S轉(zhuǎn)換速率： 25us模擬電壓輸入范圍：O-1OV和0-20V , 0-± 5V和0- + 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?？刂贫恕?）8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。3）轉(zhuǎn)換時間為100 g s4）單個+ 5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍 0+ 5V,不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40+ 85攝氏度7）低功耗，約15mW/基于對A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速率、量化誤差、

7、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。 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?；谏鲜龅谋容^，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

8、器 放大器A/D轉(zhuǎn)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-1-181514319,P10P00.P11P01.P12P02,P13P03,P14P04.P15P05P16P06.P17P07INT1P20INTOP21P22.T1P23T0P24P25.EA/VPP26P27.X1 X2RFSFTRXDTXDRDPSENU22AT89 S5 2191867343926382735D432D75211016K1K2K3K41030343325262728+5V337362812524D5D6D0D1D2D323226912AI02-1.AI12-2.AI223,AI32

9、-4,AI42-5.AI52-6.AI62-7.AI79卜CLKEOC.ADA.ADBADC ALE.START.OE REF+ REF-U7ADC08 0920"D6j19D518D4j8=D3 二J21 4D1VTD0721A/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(zhuǎn)換器 AD574單片機 AT89S52 液晶顯示器 LCD 顯示2.2.1 主機電路

10、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具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM32 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。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工

11、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.為了達到測量高精度的要求，選用AD轉(zhuǎn) 換器AD574和溫度傳感器 AD590,AD 5 9 0具有較高精度和重復(fù)性（重復(fù)性優(yōu)于0 . 1C，其良好的非線性可以保證優(yōu)于0. 1C的測量精度，利用其重復(fù)性較好的特點，通過非線性補償

12、，可以達到0 . 1C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(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 組成保護電路輸出溫度與電壓的數(shù)字信號12K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(- 273C)為基準，每增加1C,它會增加1卩A輸出電流,因此在室溫25C時,其輸出電流10=(273+25)=298卩A。Vo的值為 Io乘上10K,以室溫25C而言，輸出值為2.98V(10KX 298卩A)。 量測輸出電壓 Vo時,

13、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)卩A(T為攝氏溫度),因此量測的電壓V為(273+T)卩AX 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) X (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)

14、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(zhuǎn)換器 AD574的連接圖為圖 2-2-3-1:DT匸前D4留直4IBQ3Bi鋭DO凱6051單片機與血也的援口電躋7S54321O o.O,0.O.0.O.O.(). p p p F p p PCSACDBUDE10VEEDE 3DBSDETEIHDBGDESBOUTDB4DB3lOVinDB2DB1SQVinDBODCDESTSAD5741一 +5Vtoo14 o Va圖 2-2-3-1224保護電路的設(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確，從而實現(xiàn)從0C 50C線性對應(yīng)05V,當大于50C時,液

15、晶顯示器LCD就顯示50C ,使測量精度達到最大.按鍵及顯示電路設(shè)計按鍵采用軟件查詢和外部中斷相結(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 當前溫度。AN2加1鍵r設(shè)定溫度漸次加iAN3減1鍵設(shè)定溫度漸次減i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

16、進行靜態(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圖 形,更形象地觀察溫度變化值。2. 2. 6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。信息可保存

17、10 年以上，可反復(fù)錄放達 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 段來進行管理。具有自動省電模式，此時僅需0.5 yA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， 2

18、0 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)處理顯示當前溫度有溫度設(shè)定否當前溫度與設(shè)定值比較否是

19、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)化為溫度一電壓信號，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 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