单片机语音控制系统设计说明.docx

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单片机语音控制系统设计说明

第1章概述

1.1当代研究现状

1.1.1简介

在冶金、石油、化工、机械制造和国防等行业中，往往要求对温度进行长时间监测。

以前一般采用玻璃液体温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电偶、热电阻和非接触式温度计等进行温度测量。

但这些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。

此时，上述各类温度计则难以胜任。

随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。

温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，如果将传感器检测到模拟电量转换成数字信号后由单片机进行数据处理，并通过数码显示其温度结果，这种方法反应迅速，测量精度高，功耗小，显示直观。

因此，由、A/D转换电路、单片机和数码显示模块组成的数字式低功耗高精度温度计可以代替各种机械式温度计来完成特殊情况下的温度测控工作，且便于实现小型化设计。

所有产品的开发都要讲究实用，对许多的企业都能适用，而且能够简单化，不论对于产品开发商还有使用者来说，都是最好的。

企业使用产品需要考虑到他们的成本问题，他们需要的是一个廉价的又是一个实用的产品。

此系统的设计正好具备了这样的一个要求，能够在大多数的地方应用。

在许多测量温度的过程中，人们总是会要同时去检测几个地方的温度，若是轮流去检测这样花费的时间就很多，也给工作增加了一定的烦琐程度，因此本设计就是解决了这样一个问题，由一个按键装置控制多个地方的温度测量。

例如一个渔业养殖场，由于鱼对温度和虾对温度的要求都不同，等等其他的水产品都有各自对水的要求，若要时不时的测量温度这也是项繁重的任务，但是我这样的一个设计只要在每个地方安装一个温度检测的装置，再通过控制按键就可以选择了解哪一个地方的温度了。

这就是一个两点间的温度检测系统，与单路相比，有着许多的优越性。

首先在人员的分配方面，单路检测需要一地一个人员，而两点间只需要一个人或者少数的人对多个地方进行检测，由此节省了人力资源。

其次是在产品的开发方面，如果地方多的话，多路在系统设计方面就使硬件简单很多，意味着成本下降，效益提高。

因此是一个比较实用且经济的产品。

温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业，现代科学研究和各种高新技术的开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。

温度测量的原理主要是：

将随温度变化而变化的物理参数，如膨胀、电阻、电容、热电动势、磁性、频率、光学特性等通过温度传感器转变成电的或其他信号，传给处理电路。

，最后转换成温度数值显示出来。

传统的温度测量方法基本上是接触式的，主要有：

热膨胀式温度计，电阻式温度计，热电偶式温度计等。

这些接触式温度计的主要缺点是对传感器的耐热性能要求比较苛刻，所以对应的使用温度围比较有限。

它们的精度也大大限制了他们的应用领域。

此外，由于这些测量方法大都是接触式的，会污染一些高纯度，高腐蚀性的测量对象。

目前应用的比较广泛的非接触温度测量技术有红外非接触温度测量技术，单总线数字式温度测量技术等等。

此外，激光测量温度技术，基于彩色CCD三基色的温度测量技术也开始成为温度测量的手段之一。

本文将着重对目前在工业生产中最为常用的热电偶检测器，热电阻检测器，红外非接触温度测量技术以及单总线数字式温度测量技术的测试原理，各自特点以及应用加以介绍。

然后再简单介绍一下发展地比较迅速的激光测量温度技术和基于彩色CCD三基色的温度测量技术。

1.1.2现代信息技术的基础

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。

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。

单片系统（SYSTEMOnChip）是21世纪一项高新科技产品。

它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108～109元件/片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。

目前，国际上一些著名IC厂家已开始研制单片机测温系统，相信在不久的将来即可面市。

1.2语音播放的概念

1.2.1温度

温度是表征物体冷热程度的物理量。

温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，用来量度物体温度数值的标尺叫温标。

 国际实用温标是一个国际协议性温标，它与热力学温标相接近，而且复现精度高，使用方便。

目前国际通用的温标是1975年第15届国际权度大会通过的《1968年国际实用温标-1975年修订版》，记为：

IPTS-68（Rev-75）。

但由于IPTS-68温示存在一定的不足，国际计量委员会在18届国际计量大会第七号决议授权予1989年会议通过了1990年国际温标ITS-90，ITS-90温标替代IPTS-68。

我国自1994年1月1日起全面实施ITS-90国际温标。

1.2.2温度单位

 热力学温度（符号为T）是基本功手物理量，它的单位为开尔文（符号为K），定义为水三相点的热力学温度的1/273.16。

由于以前的温标定义中，使用了与273.15K（冰点）的差值来表示温度，因此现在仍保留这各方法。

根据定义，摄氏度的大小等于开尔文，温差亦可以用摄氏度或开尔文来表示。

国际温标ITS-90同时定义国际开尔文温度（符号为T90）和国际摄氏温度（符号为t90）。

1.2.3国际温标ITS-90的通则

 ITS-90由0.65K向上到普朗克辐射定律使用单色辐射实际可测量的最高温度。

ITS-90是这样制订的，即在全量程中，任何温度的T90值非常接近于温标采纳时T的最佳估计值，与直接测量热力学温度相比，T90的测量要方便得多，而且更为精密，并具有很高的复现性。

1.2.4ITS-90的定义

 第一温区为0.65K到5.00K之间,T90由3He和4He的蒸气压与温度的关系式来定义。

 第二温区为3.0K到氖三相点（24.5661K）之间T90是用氦气体温度计来定义.

 第二温区为平衡氢三相点（13.8033K）到银的凝固点（961.78℃）之间,T90是由铂电阻温度计来定义.它使用一组规定的定义固定点及利用规定的插法来分度.

 银凝固点（961.78℃）以上的温区,T90是按普朗克辐射定律来定义的,复现仪器为光学高温计。

1.2.5语音芯片的分类

温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。

通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量。

非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大。

1.3语音播放的方法

1.3.1基本测量方法

使用测温仪表对物体的温度进行定量的测量。

测量温度时，总是选择一种在一定温度围随温度变化的物理量作为温度的标志，根据所依据的物理定律，由该物理量的数值显示被测物体的温度。

目前，温度测量的方法已达数十种之多。

根据温度测量所依据的物理定律和所选择作为温度标志的物理量，测量方法可以归纳成

（1）膨胀测温法 ，

（2）压力测温法 ，（3）电学测温法 ，（4）磁学测温法，（5）声学测温法 ，（6）频率测温法，（7）辐射测温法 。

其中的电学测温法现在是最常用，它包括热电阻测量法，热电偶测量法

1.3.2热电阻测量方法

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

1．热电阻测温原理及材料

　　热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑等材料制造热电阻。

2．热电阻的结构

（1）精通型热电阻从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。

为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。

（2）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2~φ8mm，最小可达φmm。

与普通型热电阻相比，它有下列优点：

①体积小，部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。

（3）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。

它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

（4）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒，生产现场不会引起爆炸。

隔爆型热电阻可用于Bla~B3c级区具有爆炸危险场所的温度测量。

3．热电阻测温系统的组成

（1）热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。

必须注意以下两点：

①热电阻和显示仪表的分度号必须一致

②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

（1）铠装热电阻铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体。

（2）端面热电阻端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。

它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

（3）隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒，生产现场不会引起爆炸。

电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才能使用。

1.3.3热电偶测量方法

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。

其优点是：

 ①测量精度高。

因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

 ②测量围广。

常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。

 ③构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

1．热电偶测温基本原理

将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。

当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电因在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。

热电偶就是利用这来工作的。

2．热电偶的种类及结构形成

（1）热电偶的种类

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。

所调用标准热电偶是

指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的

热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。

标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。

（2）热电偶的结构形式

为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：

①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；

② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；

 ③补偿导线与热电偶自由端的连接