电子温度计设计报告

智能体温计摘要:本系统采用AT89S52单片机作为智能温度计控制核心.采用温度传感器和A/D转换进行温度数据采集,利用液晶显示器记录数据和显示以及显示某个阶段的温度变化曲线,采用按键扫描电路对温度设定,再加之温度数字语音播报、越限报警等功能使本设计更加完善。整个系统小巧紧凑，控制准确。关键字：单片机温度传感器LCDA/D目录1.系统方案选择与论证………………………………………………………31.1题目要求………………………………………………………………31.1.1基本要求………………………………………………………………31.1.2发挥部分………………………………………………………………31.2基本模块设计…………………………………………………………31.2.1测量部分模块…………………………………………………………31.2.1A/D转换模块.............................................31.2.3显示模块.................................................42系统具体实现与设计………………………………………………………42.1系统总体设计方案.........................................42.2硬件电路的设计...........................................52.2.1主机电路的设计...........................................52.2.2I/O通道的硬件电路设计………………………………………………52.2.3数据采集电路的设计........................................52.2.4保护电路的设计………………………………………………………..72.2.5按键及显示电路设计……………………………………………………72.2.6语音播报电路设计………………………………………………………92.3系统软件设计……………………………………………………………102.3.1程序流程图………………………………………………………………103调试...........................................................113.1硬件调试.....................................................113.2软件调试………………………………………………………………………113.3软硬综合调试..................................................114、数据指标测试…………………………………………………………………114.1测试仪器………………………………………………………………………114.2测试方法………………………………………………………………………114.3测试数据......................................................115.总结………………………………………………………………………………126.参考文献........................................................121.系统方案选择与论证1.1题目要求1.1.1基本要求⑴系统前端部分归一化输出，即0～＋50℃线性对应0～5V；⑵系统前端部分应具有输出保护电路，使其输出电压不超过5V；⑶系统每秒采集一次温度，经滤波、计算等处理后实时显示温度值，测量精度为±0.1℃；⑷系统每分钟用语音报告一次所测温度当前值；⑸系统可在0～50℃的范围内任意设预警温度值（默认值设定为37.0℃），当所测温度超过预警温度值时，系统立即报警，预警值的设定应可随时更改。1.1.2发挥部分⑴记录测试结果并在点阵式LCD屏上显示2分钟内的温度变化曲线；⑵非接触式测量。（测量精度为±0.2℃）；1.2基本模块设计1.2.1测量部分模块方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。方案二：采用温度传感器铂电阻ＰＴ１０００，铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性度较好，在０～１００摄氏度时，最大非线性偏差小于０.５摄氏度。方案三：集成温度传感器ＡＤ５９０具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590的测温范围为-55℃～+150℃。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内。ＡＤ５９０重复性优于０.１℃，其良好的非线性可以保证优于０.１℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到０.１℃测量精度。基于上述分析，拟选择方案三。1.2.3Ａ／Ｄ转换模块方案一:采用单片高速12位模数转换器AD574,内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：分辨率：12位非线性误差：小于±1/2LBS或±1LBS转换速率：25us模拟电压输入范围：0-10V和0-20V，0-±5V和0-±10V两档四种电源电压：±15V和5V数据输出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式方案二:采用8位逐次逼近型A/D转换器ADC0809,主要特性:1）具有转换起停控制端。2）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。3）转换时间为100μs4）单个＋5V电源供电5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度7）低功耗，约15mW。基于对A/D转换器的分辨率、转换速率、量化误差、偏移误差等综合考虑,拟选择方案一.1.2.3显示模块方案一：采用LED数码管显示器。LED数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多且信息量小。方案二：采用LCD液晶显示器。LCD有明显的优点：工作电流比LED小几个数量级，故其功耗很低，尺寸小，厚度约为LED的1/3；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便。基于上述的比较，采用方案二。2.系统的具体设计与实现2.1.系统总体设计方案按照系统的设计功能要求，本智能温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合按键控制，来控制温度查询、显示、播报以及显示某阶段的变化曲线。本系统由下几个部分组成。温度传感器放大器A/D转换器保护电路单片机按键控制越限报警显示电路语音播报图C-1-1123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:30-May-2007SheetofFile:D:\比赛\比赛.ddbDrawnBy:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U2AT89S52K4K3K1K2AI026AI127AI228AI31AI42AI53AI64AI75CLK10ADA25ADB24ADC23ALE22START6OE9REF+12REF-162-1212-2202-3192-4182-582-6152-7142-817EOC7U7ADC0809D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7+5VA/D转换电路2.2硬件电路的设计硬件电路主要由两大部分组成:模拟部分和数字部分;从功能模块上由主机电路、数据采集电路、按键显示电路、保护电路、语音播报电路组成。硬件具体方框图:保护电路由4066组成语音芯片ISD1420温度传感器AD590AD转换器AD574单片机AT89S52液晶显示器LCD显示2.2.1主机电路的设计主机选用INTEL公司的MCS-51系列单片机89S52来实现,利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点,力求用软件完善各种控制运算法和逻辑控制.AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。,可使本系统整体电路结构更为简单、实用.2.2.2I/0通道的硬件电路的设计就本系统来说,需要采集水温数据,然后通过A/D,转换为数字信号,送入单片机中的特定单元,然后一部分送去显示和播报;另一部分与设定值进行比较.2.2.3数据采集电路的设计数据采集电路主要由AD590,AD574,358组成.为了达到测量高精度的要求,选用AD转换器AD574和温度传感器AD590,ＡＤ５９０具有较高精度和重复性(重复性优于０.１℃，其良好的非线性可以保证优于０.１℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到０.１℃测量精度。)高精度运算放大器358将温度-电压信号进行放大,便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性.模拟电路方框图为:AD590运算放大器358A/D转换器AD574由4066组成保护电路输出温度与电压的数字信号由AD590和358组成的温度转化为电压的电路图为2-2-3图2-2-3电路分析如下:AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基準,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为2.98V(10K×298μA)。量测输出电压Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不準。AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度),因此量测的电压V为(273+T)μA×10K=(2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压即”7”脚V2等于输入电压V。由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V。接下来我们使用差动放大器其输出电压Vo为(100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果现在为摄氏28度,输出电压为2.8V。这样可以使得系统每秒采集一次温度,经滤波、计算等处理后实时显示温度值,测量精度可达到正负0.1摄氏度.AD转换器AD574的连接图为图2-2-3-1:图2-2-3-12.2.4保护电路的设计此部分电路由4066组成,主要保证归一化输出测试点测量准确,从而实现从0℃~50℃线性对应0~5V,当大于50℃时,液晶显示器LCD就显示50℃,使测量精度达到最大.2.2.5按键及显示电路设计按键采用软件查询和外部中断相结合的方法来设计,低电平有效,图中2-2-5按键AN1,AN2,AN3,其中按键AN2,AN3分别与P0.1和P0.2相连接,采用软件查询方式;按键AN1与P0相连,采用外部中断方式,并且优先级定为最高.还有按键AN4为复位键,其