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电子产品设计论文

电子产品设计

题目智能体温计

姓名xxx

学号xxx

专业班级xxx

所在学院信电分院

指导教师（职称）杨锆

二○一六年六月十九日

电子产品设计

——智能体温计

摘要

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）。

此外温度预制，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。

关键字：

单片机AD590ADC0809ISD2560

Electronicproductdesign

——Electronicthermometer

Abstract

IntelligenttemperaturemeteradoptsAT89S52asthecoredevicetorealizetheautomaticcontrolofthesystem,usingtheserialprocessingstructure.OutsidetemperaturebyintegratedtemperaturesensorAD590acquisition,temperatureconversionintothelinearvoltagesignal,andthenthroughtheOP07constitutehighprecisionandlowtemperaturedriftofamplificationcircuits,asADC0809analoginputsignal,bytheADC0809completea/Dconversionandget8bitdigitalsignalintothemicrocontroller1（AT89S52）.SCM1willbecollectedtothetemperaturevalueintheLEDdigitaltubedisplay,butalsothroughtheserialcommunicationtothetemperaturesignaltothemonolithic2（AT89S52）.Inadditiontothetemperature,thealarmcircuitmodulefunctioniscompletedbytheMCU1.SCM2tocompletethetemperaturevalueofthevoiceplayer.Throughthedesignandimplementationofthesystem,thisdesigncanberealized,cancompletethebasicfunctionalrequirementsofthetitle,andleavethecorrespondinginterface,forthecompletionoftheextensionfunctiontolaythefoundation.

Keyword:

singlechipmicrocomputerADC0809ISD2560AD590

图目录

第1章绪论

1.1背景

温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。

随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。

温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。

日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。

利用热敏电阻器和惠斯通电桥制作一个电子体温计，也可以演示自动控制电路的工作原理。

现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术）、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术）。

传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。

因此传感器在此电子体温计的制作中起了重要的作用。

1.2设计目的

传统的玻璃水银（汞）体温计不仅使用不便，而且还存在着安全隐患。

这种体温计依靠体温的传导使汞柱的热胀冷缩的影响下伸缩而发生长度变化，因此其惰性大，获取体温平衡值的等待时间较为长久。

婴幼儿好动，测量体温大多不愿默契配合，用玻璃水银体温计给婴幼儿测量体温具有一定的危险性。

体温计水银囊的玻壳薄脆易碎，一旦被不慎咬碎，极易导致汞的外泄污染与中毒。

一支普通水银体温计内的汞含量约为2g，足以污染800L的水；汞只需0.3g的微量便能对成人的身体赞成致命的伤害。

人体一旦吸入大量的甲基汞，将有丧命之虞，如果摄入遭到汞污染的水或食物，将严惩损害神经系统，孕妇也将因此而产下畸形儿……鉴于水银体温计破裂会危及人体健良乃至宝贵的生命，欧美各国从上世纪末就已纷纷宣布禁止使用与销售水银体温计，并换代升级为安全环保的电子体温计。

电子体温计在国内也正在逐渐成为水银体温计的升级替代品。

2003年以来流行的“非典”、“甲流”等呼吸系统传染性疾病给中国和世界带来了无尽的痛苦和灾难。

这类疾病的主要病征之一就是发烧。

为此，许多车站、码头、学校、企事业单位、医务点均以测量体温作为判断是否得了“甲流”等疾病的前提。

而数字体温计以使用方便、检测时间短、精确度高、显示清晰、直观、安全性好、价格合理等优点将会得到更广泛的应用。

第2章原理分析

2.1设计总原理

图1系统框图

2.1.1温度传感器的选择

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1A/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

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

采用ISD2560语音录放集成电路。

这是一种永久记忆型语音录放电路，录音时间为60S，可重复录放10万次。

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内部EEPROM存储单元均匀分为600行，有600个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为100ms。

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原理分析

系统框图如图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。

2.3系统电路原理图

图2系统电路原理图

如图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。

第3章主要电路设计与参数计算

3.1电源电路模块

图3电源电路图

如图3所示，220V交流电经变压器市降压、桥式整流、电容滤波后由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。

3.2温度检测、放大模块

图4AD590温度检测、放大电路图

3.2.1换成DS18B20温度模块怎么改

如图4所示，温度检测、放大电路主要器件的作用：

OP1:

电压跟随器；OP2：

电压跟随器；OP3：

差分放大电路；AD590：

温度传感器；SVR：

零位调整。

3.2.2AD590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，及温度系数为1μA/℃。

图5AD590包装与等效电路图

3.2.3温度检测、放大电路原理

AD590当温度增加1℃时，其输出电流会增加1μA。

即AD590的温度系数为1μA/℃。

所以在T（℃）时的电流I1（T）为，而温度每变化1℃时，V2的电压变化是为，表示温度每增加1℃，V2会增加10mV。

在0℃时V2就已经有电压存在，其值为，则T（℃）时，。

如图3所示，OP3组成差动放大器，电压增益为。

零位调整SVR1则用于抵补0℃的电压值，由差动放大器的公式可得知，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。

3.3A/D转换模块

如图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6A/D转换电路图

3.4温度设制、显示及报警电路模块

如图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7温度设制、显示及报警电路图

加上LED报警，红色表示高温，绿色表示正常，黄色表示低温

3.5串行通信模块

如图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8串行通信电路图

3.6语音播放模块

语音播放模块如图9所示。

主要由单片机AT89S51与语音芯片ISD2560组成。

图9录音、放音电路图

3.6.1录音、放音简介

如图9所示，首先通过麦克风向语音芯片ISD256