单片机智能体温计课程设计

数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计题目：智能体温计专业：电子信息工程班级：电信061姓名：学号：指导老师：成绩：(2008.12)目录第1节引言……………………………………………………………………………31.1智能体温计概述………………………………………………………………31.2本次设计要求…………………………………………………………………41.3系统主要功能…………………………………………………………………4第2节系统主要硬件电路设计………………………………………………………52.1主要模块的设计方案论证………………………………………………………52.1.1温度传感器的选择……………………………………………………52.1.2A/D转换器的选择……………………………………………………52.1.3语音提示模块…………………………………………………………52.2总系统设计方案………………………………………………………………62.2.1系统设计框图…………………………………………………………62.2.2系统整体硬件电路……………………………………………………62.3系统硬件组成…………………………………………………………………82.3.1电源电路模块…………………………………………………………82.3.2温度检测和放大模块…………………………………………………82.3.3A/D转换模块…………………………………………………………92.3.4温度设置、显示及报警电路模块…………………………………102.3.5串行通信模块………………………………………………………102.3.6语音播放模块………………………………………………………11第3节系统软件设计…………………………………………………………………133.1系统主程序设计………………………………………………………………133.2程序清单………………………………………………………………………14第4节结束语…………………………………………………………………………24参考文献…………………………………………………………………………………25智能体温计数理与信息工程学院06电子信息工程陶如红指导教师：余水宝第1节引言随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它在日用电子产品中的应用越来越广泛，给人带来的方便也是不可否定的，其中智能体温计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，温度传感器AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。本论文利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89S52的3位数码管显示的智能体温计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。1.1智能体温计概述随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍一种基于单片机控制的智能体温。本智能体温计采用AT89S52作为核心器件实现对系统的自动控制，采用双单片机串行处理结构。外界温度经AD590集成温度传感器采集，温度变化转换为线性电压信号，再经由OP07构成高精度低温漂的放大电路处理后，作为ADC0809的模拟输入信号，由ADC0809完成A／D转换，得到8位的数字信号送入单片机1（AT89S52）。单片机1将采集到温度值在LED数码管上显示出来，也通过串口通信将温度信号传到单片2（AT89S52）。此外温度预置，报警电路模块功能也由单片机1完成。单片机2完成温度值的语音播放功能。通过系统的设计与实现说明本设计方案切实可以，能够完成题目所要求的基本功能部分，并留有相应的接口，为完成扩展功能打下基础。1.2本次设计要求单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个量。本论文通过AT89S52单片机和温度传感器AD590从硬件和软件两方面进行了设计。本次设计的设计要求：（1）基本范围0℃-50℃；（2）精度误差小于0.1℃；（3）LED数码直读显示；扩展功能：（1）实现语音报温功能；（2）实现报警功能；1.3系统主要功能本设计完成了以下功能：（1）温度信号的采集与归一化处理；（2）A／D转换；（3）温度值的显示，显示的误差与实际的温度值误差在±0.1℃内；（4）语音播报温度与声音报警功能。第2节系统主要硬件电路设计2.1主要模块的设计方案论证2.1.1温度传感器的选择方案一：采用热敏电阻。热敏电阻价格便宜，对温度灵敏，原理简单，但线性度不好，如不进行线性补偿，对于本设计归一化输出的要求，难以达到设计精度；如要对非线性进行补偿，则电路结构复杂，难以调整。故不采用。方案二：采用热电偶。热电偶在测温范围内热电性质稳定，不随时间变化而变化，电阻温度系数小，导电率高，比热小，但热电偶一般体积较大，使用不方便，价格相对较高。作为一个智能体温计的温度传感器，要求体积小，使用方便，便于携带，故此方案不合适。方案三：采用集成温度传感器。集成温度传感器一般且有具有线性好、精度高、灵敏度高、体积小、使用方便等优点。根据实验室现有材料可选取AD590。AD590的测温范围为-55℃～+150℃，能满足本设计的0～50度测量要求。根据相关技术资料：AD590线性电流输出为1µA/K,正比于绝对温度；AD590的电源电压范围为4V～30V，并可承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。该方案能完全满足此设计的要求，故采用此方案。2.1.2A／D转换器的选择方案一：选用AD574。AD574的数字量位数可设成8位也可以设为12位，且无需外接CLOCK时钟，转换时间达到25μs，输出模拟电压可以是单极性的0－10V或0－20V，也可以是双极性的±5V或±10V之间。AD574精度高，但与8位的单片机接口较复杂，且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量，其响应时间的要求不高。故不选用此方案。方案二：选用ICL7135。这类芯片比较适合于低速测量仪器，适用于精度高，速度要求不高的系统设计中。ICL7135的输出为动态扫描BCD码，与单片机的接口较复杂。且它的满量程输入为2V电压，如在本设计中使用要进行衰减，较难保证转换精度。方案三：选用ADC0809。ADC0809数字量是8位，转换时间为100μs，输入模拟电压为单极性的0－5V。由于本设计的要求精度不是很高，ADC0809可以达到要求，故选用此方案。2.1.3语音提示模块方案一：通过A/D转换器、单片机，存储器，D\A转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。首先将声音信号放大，通过AD转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。在录、放音过程中由单片机控制D/A转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。此方案安装调试复杂，集成度低。方案二：采用ISD2560语音录放集成电路。该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。此外，ISD2560还省去了A/D和D/A转换器。其集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480K字节的EEPROM。ISD2560可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。因此，选择方案二。2．2总系统设计方案2.2.1系统设计框图根据设计要求，可将系统分为若干模块，以单片机为核心，完成多项功能。AD590温度采集LED显示语音芯片ISD2560放大电路单片机1单片机2ADC0809转换电路按键预置与报警模块串口传送图2-1系统框图系统框图如图2-1，AD590把采集的外部温度信号转换成相应的电压，再经过OP07运放放大后作为ADC0809的模拟输入信号，ADC0809将此模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到单片机1。单片机1把这些信号处理后通过LED数码管显示出来。同时单片机1还处理按键、报警模块。单片机1把温度值通过串行通信传送给单片机2，控制语音芯片报出相对应的温度值。2.2.2系统整体硬件电路如图2-2所示，该电路主要由电源电路，温度检测、放大电路，A／D转换电路，双单片机串行通信电路，按键输入、报警电路，数码管扫描显示电路以及语音芯片电路组成。图2-2系统电路原理图2.3系统硬件组成2.3.1电源电路模块图2-3电源电压电路如图2-3所示，220V交流电经变压器市降压、桥式整流、电容滤波后经7812、7805、7905三端集成稳压管分别得到＋12V、+5V、-5V电压，给整个电路供电。2.3.2温度检测、放大模块图2-4AD590温度检测、放大电路图如图2-4所示，温度检测、放大电路主要器件的作用：OP1、OP2:电压跟随器；OP3：差分放大电路；AD590：温度传感器；SVR：零位调整。（1）AD590简介AD590是电流输出型的半导体温度感测组件，主要特性如下：1.具有线性输出电流。2.宽广的操作温度范围(-55℃~150℃)。3.宽广的工作电压范围(+4V~+30V)。4.良好的隔离性。AD590的包装与等效电路如图4所示，是TO-52型金属外壳包装。他是两端子的半导体温度感测组件，另有一端子是外壳接脚，可接地以减少噪声干扰。AD590如同一个随温度而改变输出电流的定电流源，输出电流与外壳的开氏(K)温度成正比。开氏温度与摄氏温度的单位相等，0℃等于273.2K，100℃等于373.2K。当温度为0℃时，AD590的输出电流是273.2μA。而温度为100℃时，输出电流是373.2μA。温度每升高1℃，输出电流增加1μA，其温度系数为1μA/℃。图2-5AD590包装与等效电路图（2）温度检测、放大电路原理AD590的温度系数为1μA/℃。所以在T(℃)时的电流I1(T)为I1(T)=I1(0)+1μA/℃*T(2-1)而温度每变化1℃时，V2的电压变化是为1μA/℃*10K=10mV/℃，即温度每增加1℃，V2会增加10mV。在0℃时V2就已经有电压存在，其值为V2(0)=273.2μA*10KΩ=2.732V（2-2）则T℃时V2（T）=V2（0）+10mV/℃*T（2-3）如图2-3所示，OP3组成差动放大器，电压增益为R2/R1=100K/20K=5(2-4)零位调整SVR1则用于抵补0℃的电压值，由差动放大器的公式V0=R2/R1*(V2-V1)(2-5)可得知，若调整SVR1使V1的电压为2.732V，则0℃时,差动放大器的输出VO为0V。也就是说，若温度是在0℃至50℃之间，则差动放大器的输出电压是在0V至5V之间，亦即每0.1V的输出代表温度上升1℃。与设计要求相符合。2.3.3A/D转换模块如图2-6：ADC0809把从放大电路传送过来的模拟信号转变成数字信号，并行传送给单片机的P0口，让单片机处理。图2-6A/D转换电路图2.3.4温度设制、显示及报警电路模块如图2-7：通过按键可以事先设定报警温度值，当显示的温度值超过设定的温度值时，单片机就会从INT0脚发出一连串脉冲，驱动蜂鸣器发出报警声。图2-7温度设制、显示及报警电路图2.3.5串行通信模块如图2-8所示，单片机1把温度值发送数据到单片机2,单片机2接收数据并控制语音芯片报出当前的温度值。图2-8串行通信电路图2.3.6语音播放模块语音播放模块如图2-9所示。主要由单片机AT89S51与语音芯片ISD2560组成。图2-9录音、放音电路图（1）录音、放音简介如图2-9所示，首先通过麦克风向语音ISD256录入“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，点，度”等音符。当单片机2接收到单片机串行发送过来的温度值时，就会自动地去寻