单片机智能体温计课程设计.doc
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数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——单片机控制的节水灌溉系统
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……………………………………………………………………………3
1.1智能体温计概述………………………………………………………………3
1.2本次设计要求…………………………………………………………………4
1.3系统主要功能…………………………………………………………………4
第2节系统主要硬件电路设计………………………………………………………5
2.1主要模块的设计方案论证………………………………………………………5
2.1.1温度传感器的选择……………………………………………………5
2.1.2A/D转换器的选择……………………………………………………5
2.1.3语音提示模块…………………………………………………………5
2.2总系统设计方案………………………………………………………………6
2.2.1系统设计框图…………………………………………………………6
2.2.2系统整体硬件电路……………………………………………………6
2.3系统硬件组成…………………………………………………………………8
2.3.1电源电路模块…………………………………………………………8
2.3.2温度检测和放大模块…………………………………………………8
2.3.3A/D转换模块…………………………………………………………9
2.3.4温度设置、显示及报警电路模块…………………………………10
2.3.5串行通信模块………………………………………………………10
2.3.6语音播放模块………………………………………………………11
第3节系统软件设计…………………………………………………………………13
3.1系统主程序设计………………………………………………………………13
3.2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。
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，就会自动地去寻找相对应音符的地址，并把这些音符通过扬声器播放出来。
（2）硬件电路设计
ISD器件选用录音时间为60s的ISD2560器件，以单片机为处理机，外接控制每个语音段录音开始与停止按键，外部存储器EEPROM用于保存每个语音首地址。
ISD的外围电路及其与单片机连接的硬件电路如图2-9所示。
ISD2560与AT89S52的接口部分包含输入地址线A0～A9、片选CE（CE=0选中ISD芯片）、芯片低功耗状态控制PD、录放音控制选择P/R（P/R=0为录音；P/R=1为放音）、录放音结束信号输出EOM，将它作为AT89S51外部中断0的输入信号，放音时通过它告知本语音段结束，便于单片机立即播放另一个语音段。
ISD2560引脚封装如图2-10所示.
图2-10ISD2560管脚图
（3）本方法的特点
能进行在系统现场录音，随录随放，修改语音方便。
修改录音内容时，可以从其中任意一段开始，修改其后的所有录音内容，不必从第一段开始全部修改。
这对一些需要厂家固定一些语音段的系统很有好处，将固定的语音段放置在前面的段落中，允许用户录制的放在后面，用户修改录音内容时只需修改后面的语音段即可，不影响厂家录制的语音。
分段灵活。
单片ISD2560可分1～600个段，若多片级联还可更多；各个录音段的长度任意，只要总录音时间在所用器件的总时间之内即可。
第3节系统的软件设计
3．1系统程序流程
如图3-1：
单片机1为主机，负责温度显示、按键扫描、BCD码转换、串行发送数据给单片机2。
以定时器定时1ms，每定时100次即1秒钟就启动A/D转换、BCD码转换，串行发送2进制数给单片机2。
图3-1单片机1程序主流程图
如图3-2，3-3所示：
单片机2为从机，只负责接收数据并播报温度，以T0定时器定时,结合延时程序定时1分钟，使每1分钟更新一次语音音素地址，即每1分钟更新一次温度值，并在中断程序处理过程度中报一次温度。
图3-2单片机2程序主流程图图3-3单片机2的T0中断程序流程图
3．2程序清单
/**********单片机1程序*********************/
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodedis_code[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,//0,1,2,3
0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//4,5,6,7,8,9,off
uchardataset_data[3]={0x00,0x07,0x03};//预设37.0度
uchardataad_data;//AD转换结果
uchardatadis_buf[3]={0x00,0x00,0x00};//显示缓冲区
uchardatabcd_buf[3]={0x00,0x00,0x00};//十进制BCD码转换存放
uchardataTIMER0_NUM;
bitTIMER0_flag;
bitdataset_flag=0;
sbitALE=P2^4;
sbitOE=P2^5;
sbitSTART=P2^6;
sbitEOC=P2^7;
sbitP30=P3^0;
sbitselect0=P3^7;
sbitselect1=P3^6;
sbitselect2=P3^5;
sbitK1=P2^0;
sbitK2=P2^1;
sbitK3=P2^2;
sbitK4=P2^3;
sbitbep=P3^3;
sbitSET_IND=P3^4;
sbitP17=P1^7;//小数点
uintdatatemp;
/**********************************************/
/*函数声明
/**********************************************/
voiddelay1ms（uchart）;
voidadc（void）;
voidBCD（void）;
voidkeyscan（void）;
voidsend_str（void）;
voidbeep（void）;
voiddisplay（void）;
/**********************************************/
/*按键蜂鸣函数
/**********************************************/
voidbeep2（void）
{uchardataj,k;
for（j=26;j>0;j--）
{
for（k=254;k>0;k--）;
bep=!
bep;
}
bep=1;
}
/**********************************************/
/*蜂鸣报警
/**********************************************/
voidbeep（void）
{
uchardataj,k;
for（j=100;j>0;j--）
{
for（k=254;k>0;k--）
bep=0;
}
bep=1;//关蜂鸣器
}
/**********************************************/
/*延时1ms函数
/**********************************************/
voiddelay1ms（uchart）
{ucharj,k;
for（j=0;jfor（k=0;k<120;k++）;
}
/**********************************************/
/*AD转换函数
/**********************************************/
voidadc（void）
{ALE=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
ALE=0;
START=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
START=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
while（EOC==0）;//等待转换结束
OE=1;
ad_data=P0;//读入转换数据
OE=0;
}
/**********************************************/
/*十进制BCD码转换函数
/**********************************************/
voidBCD（void）
{
bcd_buf[2]=（ad_data/51）;//十位
temp=（ad_data%51）;
temp=（temp*10）;
bcd_buf[1]=（temp/51）;//个位
temp=（temp%51）;
temp=temp*10;
bcd_buf[0]=（temp/51）;//小数位
if（bcd_buf[2]>set_data[2]）//报警值检测
beep（）;
elseif（bcd_buf[2]==set_data[2]）
{
if（bcd_
升级会员 