毕业设计论文基于单片机的智能语音温度计的设计.docx

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毕业设计论文基于单片机的智能语音温度计的设计

基于单片机的智能语音温度计的设计

摘要

本系统是一个基于单片机AT89C51的语音温度计的设计，用来测量环境温度，整个设计系统分为5部分：

单片机控制、温度传感器、液晶显示、语音报温以及键盘控制电路，整个设计是以AT89C51为核心，选用DS18B20单总线数字温度传感器，RT1602液晶显示器实现，液晶显示当前日期、时间和温度。

当测量温度超过设定的温度上下限时，启动蜂鸣器和指示灯报警。

温度显示稳定，且温度测量误差≤±1℃，温度值小数部分保留两位有效数字。

增加了摄氏温度与华氏温度转换对比显示功能，设定了整点语音自动播报时间温度，手动实时播报时间温度功能。

语音录放选用的集成块是ISD1420芯片，其保真度高，录音效果好，而且经济实惠。

LCD采用的是RT1602A，它具有功耗低、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，应用越来越广泛。

整个设计的重点在于编程，因为其外围电路相对比较简单，实现容易。

在本论文中附带了软件实现的流程图以及部分子程序以及各种硬件电路图。

关键词：

DS18B20；液晶显示；语音播报；声光报警

DesignofintelligentsoundthermometerbasedonSCM

ABSTRACT

ThissystemisadesignofthespeechthermometeraccordingtothemicroprocessorAT89C51,whichisusedtomeasuretheenvironmenttemperature,Thewholedesignsystemisdividedinto5parts:

Amicroprocessorcontrol,temperaturesensor，theLCDdisplay,thespeechreportandthekeyboardcontrolcircuit,atthesametime，ThewholedesigntakeAT89C51asthecore,choosetosinglebusdigitaltemperaturesensorDS18B20,DS1302serialclockchip,RT1602LCDmonitorrealization,LCDdisplaythecurrentdate,time,weeksandtemperature.Whenmeasuringtemperatureoversettemperaturefluctuationlimit,startwithlightalarmbuzzer.Temperaturedisplaystability,andtemperaturemeasurementerroracuities1℃,plusorminustemperaturethedecimalpartretainedtwosignificantdigits.IncreasedCelsiustemperatureconversioncontrastwithFahrenheitandsetsupadisplayfunctionbeepvoiceautomaticallybroadcasttimetemperature,manualreal-timebroadcasttimetemperaturefunction.Thespeechrecoding&；playbackIchoosetouseistheICofISD1420,ithashighfidelity,goodrecordeffective,andeconomic.TheLCDIchooseisTC1602A,itspowerconsumeislow,ithasmanyadvantages,forexample,thevolumeissmall,thecontentsisabundant,superthinandagileetc,anditsapplicationisbecomingmoreandmoreextensive.Thewholedesignliesintheprogram,becauseitsoutercircuitismuchmoresimple,anditcancarryoutmoreeasily.Inmythesis,thereareflowchartandpartsofsubprogramandvarioushardwarecircuitdiagrams.

KEYWORDS:

DS18B20;LCD;speechfunction;soundingandlightalarm.

目　录

前　言

21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，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）。

随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的电子信息种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息采集技术――传感技术必须跟上信息化发展的需要。

传感器技术是人类探知自然界信息的触觉，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。

它属于信息技术的前沿尖端产品，尤其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，数量居各种传感器之首。

近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：

（1）传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；

（2）模拟集成温度传感器／控制器；（3）智能温度传感器。

目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感技术，将是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。

第1章设计要求与原理框图

1.1设计要求

1．显示当前日期、时间、温度。

2．当测量温度超过设定温度时，启动报警模块报警。

3．手动实时播报温度，时间。

4．温度显示稳定，误差≤±1℃。

1.2原理框图

分析本题，根据设计要求我们确定了本系统的整体设计原理框图如图所示

图1-1原理框图

第2章设计方案

2.1电源模块

方案一：

采用三只干电池作为电源。

该方案的优点是设计简明扼要，成本低；缺点是输出功率不高，只能勉强驱动单片机，适合小电流负载。

而且在整个系统工作中，电压会随着时间的推移不断降低，进而出现死机等情况。

方案二：

采用独立的稳压电源。

电源的稳压的特性较好，能够保证整个系统稳定工作。

综上分析，为使系统调试方便，能够稳定工作，必须有可靠电源，所以决定选择第二种方

2.2温度传感器模块

方案一：

AD590是单片集成的敏感电流源，激励电压在+4V—+30V间选择，其测量范围为-55摄氏度-150摄氏度，所输出的电流数值（微安数）等于绝对温度K的数值。

AD590具有标准化的输出和固有的线性关系，分不同的测温范围和精度供设计者选用，通过微调电路对AD590的输出进行修正，可达到很高的测试精度。

AD590不需要低电平测量设备和电桥，可以使用长导线，而不会因为电压的降低和感应的噪声电压而产生误差；它又是一个高阻抗的电流源；对激励的电压变化不够敏感。

但是AD590需要把被测温度转化为电流再通过放大器和A/D转换器才能输出数字量送给单片机进行温度控制。

方案二：

DS18B20是美国达拉斯半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。

它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以将温度直接转化成串行数字量供微处理器处理。

因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网优点，在实际测温的过程中取得了良好的测量效果。

其供电方式简单，可用数据线供电，所需的外围器件较少，甚至不需要外围器件。

通过比较，温度传感器DS18B20具有更高的性价比，DS18B20能够构建经济的测温网络。

因而在本次设计中，选用的是数字温度传感器DS18B20，故采用的是方案二。

2.3显示模块

方案一：

采用八位数码管，将单片机的数据通过数码管显示出来。

该方案简单易行，但所需的元器件较多，且不容易进行操作，可读性较差，一旦设定后，很难加入其它的功能，显示格式受控制，且耗电量大。

方案二：

采用LCD显示屏进行显示。

LCD显示屏是一种低压、微功耗的显示器件，只要2-3伏就可以工作了，工作电流仅为几微安，是其它显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示字母，曲线，比传统的LED数码显示器的画面有了质的提高。

虽然LCD显示器的价格比传统的LED数码管要贵些，但它的显示效果更好，是当今显示器的主流，所以采用LCD作为显示器。

采用LCD，更容易实现题目的要求，对后续的功能兼容性高，只需将软件修改即可，可操作性强，易于度数，采用RT1602两行十六字符的显示，能同时显示时间，温度。

综上分析，采用第二种方案。

2.4键盘控制模块

方案一：

4×4矩阵式键盘。

此方案对于本系统来说无非是浪费I/O占用MCU的资源，不利于系统的扩展，这就使系统的实用性降低，况且本系统根本不需要16个按键。

方案二：

独立式按键。

对于独立式按键来说，如果设置过多按键，虽然会占用较多I/O口，给布线带来不便，此方案适用于按键较少的情况。

在本设计中所需要的控制点数的较少，只需要几个功能键，简便、易操作、成本低就成了首要考虑的因素。

所以此时，可采用独立式按键结构。

2.5语音播报模块

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，成本也不低。

方案二：

采用ISD1420语音录放。

ISD1420是采用模拟存取技术集成的可反复录放的20秒语音芯片，掉电语音不丢失，最大可分160段，最小每段语音长度为125ms，每段语音都可由地址线控制输出，每125ms为一个地址，由A0-A7八根地址线控制。

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，ISD1420还省去了A/D和D/A转换器，方便扩展更多的功能。

综上所述，选择方案二，即ISD1420。

第3章设计原理

3.1单片机模块

此次的毕业设计的核心部分是单片机的控制，给以相关的命令，按照人们的意愿执行相应的操作，这次选用的是ATMEL公司生产的常用芯片AT89S51,主要是他的价格便宜,而且是我们通用性较强,容易获得。

3.1.1单片机介绍

CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。

a.运算器电路

运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。

b.控制器电路

控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPT