单片机智能体温计课程设计Word文档格式.doc
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(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1µ
A/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。
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。
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
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。
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
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- 单片机 智能 体温计 课程设计
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