温度测控设计报告0.docx
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温度测控设计报告0.docx
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温度测控设计报告0
温度检测系统
一、设计任务
设计一个温度检测装置,系统结构框图如下:
主控器能对温度进行检测和实时显示温度。
具体设计制作任务是:
1设计制作温度检测器
2 设计制作主控器
二、设计要求
1 基本要求
① 检测的温度范围:
0℃~99℃
② 检测分辨率
0.1℃
③ 温度检测元件不能使用专用的具有数字输出的产品(如DS18B20)。
2 发挥部分
① 能够设置上下限温度范围和超限报警功能。
② 提高温度检测器的测温范围和检测精度。
③ 语音播报温度。
④ 特色及创新。
1引言
随着社会的发展,温度的测控越来越成为人们生活中的一部分了,各种电器产片需要测温防止意外发生,很多工厂制作东西,为了减少次品,需要在生产环节中加入温度测控系统,减少生产的失误,总知。
温度测控系统是个高科技的东西。
他可以造福人类
2系统设计方案
2.1设计思路
本系统要求设计一个温度测控系统,它是利用检测电路,模数转换,单片机控制系统作为主控器,外部中断键盘,稳压模块,液晶屏显示模块组成,主控器能对温度进行检测和实时显示温度。
如图1所示:
图1:
温度测控系统框图
检测电路将检测到的温度的模拟电路数据传给模数转换器,将信号变为数字型号,再输给单片机的i/o口,然后由单片机实时接收数字信号,经过逻辑运算,得到温度的准确数据,再将其数据传给液晶显示,同时有单片机i/o连接键盘,键盘修改温度上下限,将上下限数据传回单片机,由单片机作比较,当超出上下限时,控制蜂鸣器发声,同时用中断键盘控制是否启用语音芯片发声。
全部模块都由电源经过稳压模块输出使用,减少电路的不稳定和误差。
本题的难点在于检测电路的精确性,并且只能使用温敏电阻电容二极管,模数装换器的分辨率,语音芯片的使用。
还有增加测温的范围。
2.2模块方案的论证与比较
2.2.1热敏电阻的选择
方案一,普通热敏电阻
热敏电阻的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。
正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。
但其阻值随温度变化的曲线呈非线性
方案二,PT100铂电阻
pt100是铂热电阻,简称为:
PT100铂电阻,它的阻值会随着温度的变化而改变。
PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆,在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。
它的工业原理:
当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。
综上,由于要精确到0.1度,不同热敏电阻非线性,而且精确到这么细的实在是很难找到正确的阻值表,因此,我们选用方案二。
2.2.2键盘使用的方案
方案一:
使用独立键盘,外部中断启动
当没有按键时,单片机保持自己本身的运行,测温,转换,比较,输出,当按钮按下时,外部中断打开,启用外部中断的程序,或者调整温度上下限,或者启动语音芯片报出当时温度。
方案二:
使用独立键盘,扫描式启动
当单片机运行时,不断扫描单片机的按键是否有按下,如果有,进入相应的程序,否则不断扫描键盘是否有键按下。
由于启用外部中断比扫描式键盘更加省电,内存占得少,可以更精确的算出当前的温度。
综上,选用方案一。
2.2.3语音芯片的选择
方案一,使用常见的ISD型号的语音芯片与单片机连接ISD芯片,单片8至16分钟语音录放,多段信息处理,不耗电信息保存100年(典型值),高质量、自然的语音还原技术,10万次录音周期(典型值),自动静噪功能。
方案二,ac8040,应用于各种语音所需的新型语音芯片,外围元件少,电路简单,控制方便,成本低.
应为设计本身只为实现简单的报温,无需高质量,多功能的ISD芯片,所以选用价格低廉的AC8040。
2.2.4关于创新部分的讨论
关于创新,大体发展方向是,上下限的警报,超高的精度,语音的报温,上下线警报我想通过预设两个由键盘控制的数据,与单片机收到的信号作比较,从而控制蜂鸣器的开关,超高的精度,主要突破口在温敏电阻的选取,模数转换的精度,单片机程序的优化。
还有温敏电阻的测量范围。
关于语音报温,主要是语音芯片的合理运用,以及程序的合理嵌入。
不是特别容易。
3系统设计
3.1总体设计
经过分析论证,我们决定了系统各模块的最终方案,流程图如下:
图2:
温度测控系统原理框图
整套系统以AT89S52单片机为核心控制系统,热敏电阻将检测到的温度的模拟电路数据传给A/D,将信号变为数字数据,再输给AT89S52单片机的i/o口,然后由AT89S52单片机实时接收数字信号,经过逻辑运算,得到温度的准确数据,再将其数据传给液晶显示,同时由AT89S52单片机i/o连接键盘,键盘修改温度上下限,将上下限数据传回AT89S52单片机,由单片机作比较,当超出上下限时,控制蜂鸣器发声,同时用中断键盘控制是否启用AC8040发声。
全部模块都由电源经过LM7805输出使用,减少电路的不稳定和误差。
(整体电路图见附录图1)
3.2单元电路设计
3.2.1按键模块
使用一个按键对上下限的数据修改光标进行切换,通过使用另两个按键,一个加一个减,来改变上下限的温度。
另外使用硬件防抖式。
(按键电路见图三)
图三,按键示意电路
3.2.2稳压
稳压模块,我们采用LM7805,使用9v干电池,经过电容滤波,进入7805,然后输出稳定的5v电压,给所有电路供电。
(稳压模块电路图见图四)
图四,稳压模块电路
3.2.3模数转换器模块
积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是用简单电路就能获得高分辨率,但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。
初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。
(电路图见图五)
图五,AD转换电路
3.2.4单片机最小系统的设计
由于本次设计制作的是温度检测系统,基本要求就是要小巧、轻便,所以要将单片机的系统板简化设计。
它的最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。
图六为AT89S52单片机的最小系统。
图六AT89S52单片机最小系统
3.2.5语音芯片外围电路的设计
由于电路需要比较简易的功能,所以我们选择简单功能的ac8040芯片,用三个单片机I/O口,控制芯片发音,芯片内可存多段声音,用于语音温度的播报。
具体图见图七。
图七,语音芯片使用图
3.2.5蜂鸣器电路的设计
蜂鸣器就用单片机一个I/O口控制三极管来控制蜂鸣器的工作,当温度触发上下沿时,就控制它响。
具体电路图见图八。
图八,蜂鸣器的电路使用图
3.2.5测温电路的设计
我们选择用PT100铂电阻作为温度传感器,热电阻采用三线制接法。
采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。
这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。
热电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。
采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。
测温电路见图九。
图九,测温电路的电路图
3.2.5液晶模块
4软件设计
4.1软件设计思路
在摇动LED棒的时候单片机必须单程送数据否则显示的图形会产生重影,影响视觉效果。
因此当系统开始工作后通过惯性开关的位置来使单片机实现单程送数据给LED。
如果惯性开关位于右边,则进入外部中断T1并将一变量置1。
在变量为1期间让单片机以一定的频率将数据送给LED。
如果惯性开关位于左边,则进入外部中断T0并将变量置0,在这期间单片机不会送数据给LED。
在送数据时,数据送完后应延时一段时间来使摇动时显示的每个字不会太拥挤。
之后再立刻熄灭LED并开始重新判断惯性开关的位置(整体流程图见图4)。
4.2软件系统流程图
图4:
软件流程图
4.3动态图片的实现
设计中实现单个图形或者一个词组的显示方法是将要显示的内容一次性送出,延时一段时间后再进行第二次传送数据。
而要显示一个动态图片,仿照动画制作方法,先要将一个连贯的动作分为几幅独立的动作,分别提取字模,输出数据是一幅接一幅的连续送,当动作结束后延时一会,再进行第二次连贯动作的传输。
同样利用视觉暂留原理,当摇动显示棒时,几幅图接连出现覆盖前面的画面,相同的部分将一直显示,不同的部分就形成了动态的动作,以此一幅动态画面就出现了。
4.4软件实现功能的完善
本次设计的一个难点是去除重影,我们的解决方法是使用外部中断让数据单程传输。
第二个难点是当显示如“Welcome”这类较长字符时不能完整的显示在一次摇摆的扇形区域内。
通过反复试验,我们改变了送数据方式:
由一个字符接一个字符传送改为一组字符一起传送,传送结束后再延时,通过不断调试实现了完整显示的功能,同时也解决了画面连续出现没有间断的问题。
综上,只要控制好数据传输方式以及每次传输数据间的延时就可以实现多
种数据的显示方法。
5系统测试
5.1设计要求部分的测试
1、基本显示部分:
能够清晰的显示并辨认出“A”、“电”以及五环,可以通过按键进行内容的切换。
2、发挥部分:
能够清晰的显示并辨认出“Welcome”、“美亚”以及北京奥运会会徽。
综上,本次设计实现了设计要求的全部功能。
5.2创新部分的测试
在创新部分中我们实现的功能有:
1、可以清晰的看到一个行走的动态行人;
2、可以清晰的看到一个正在微笑的动态笑脸;
3、在显示五环的同时,可以显示“北京”与“2008”两个词组的自动切换。
4、设置外部电源插针,在不使用电池供电时可以利用插针进行外部供电。
6设计总结
本次设计完成了题目要求的所有内容,包括基本部分的“A”、“电”以及五环的显示、发挥部分的“Welcome”、“美亚”以及北京奥运会会徽的显示,除此外还扩展了显示类别,除了文字、字母、静态图案外,还可以显示动态图案。
如:
行走的人、微笑的脸等。
考虑到显示棒使用干电池供电较为费电的方面,我们又设计了专门的外接电源插排,可以实现两种方式的供电。
这些创新点的增加都为本次设计增添不少趣味性和实用性。
在这四天三夜中,我们体会到了酸甜苦辣种种滋味,有过不成功的失落感,也有实现功能后的成就感。
这四天我们几乎没有好好睡过觉,但是对胜利的追逐始终支撑着我们精神充沛。
在比赛中,我们小队的团结合作、互相照料、互相理解的精神完全的体现出来,彼此之间的配合也十分的融洽,这些无不是我们完成制作的最好根据。
在讨论中我们不断的完善我们的方案,对每个组员提出的问题都仔细的分析推敲。
在这些因素的前提下,我们最终提前实现了所有的设计要求,让我们很是欣慰!
从培训到比赛结束这段时间,对我们来说都是极大的锻炼,不仅在学习能力上有了很大的提高,同时锻炼培养了我们的沟通能力。
比赛快要结束了,给我们最大的感觉就是累却快乐着……
参考文献:
[1]《电子技术基础数字部分》康华光编高等教育出版社
[2]《单片机C51程序设计教程与实验》祁伟杨亭编北京航空航天大学出版社
[3]《LED及其工程应用》杨清德康娅编人民邮电出版社
[4]《C程序设计》谭浩强编清华大学出版社
[5]《全国大学生电子设计竞赛试题精解选》陈永真编电子工业出版社
附录:
附录1:
元器件明细表:
1、单片机AT89S521片;
2、驱动芯片74HC5951片;
3、发光二极管32只;
4、是12M晶振1个
5、电阻、电容若干
附录2:
电路图图纸
附录图1:
LED显示棒电路图
附录图2:
惯性开关立体图附录图2:
惯性开关实物图
附录3:
程序清单
#include
sbita=P3^0;//开关接口,用于切换显示的内容
sbitclock=P3^4;//74ls595时钟信号
sbitso=P3^5;//锁存信号
sbitseg=P3^6;//主信号
unsignedinti=1;
unsignedcharID;//键盘标准
unsignedcharflag;//标准位
unsignedchark=0;
/*逐行式提取字*/
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unsignedcharcodeWelcome[7*32]={
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0xFE,0xBB,0xFE,0xBB,0xFE,0xB3,0xFF,0x37,0xFF,0x07,0xFF,0x8F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//e
0xFF,0xFF,0xFF,0xFB,0xFE,0x03,0xFE,0x03,0xFE,0xFB,0xFE,0xFF,0xFE,0xFB,0xFE,0x03,
0xFE,0x03,0xFE,0xFB,0xFE,0xFF,0xFF,0x7B,0xFE,0x03,0xFE,0x03,0xFE,0xFB,0xFF,0xFF,//m
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0xFE,0xFB,0xFE,0xFB,0xFE,0x73,0xFF,0x77,0xFF,0x07,0xFF,0x8F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//o
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0xFE,0xFB,0xFE,0xFB,0xFE,0x7B,0xFF,0x77,0xFF,0x07,0xFF,0x8F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//c
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xFF,0xFB,0xE0,0x03,
0xE0,0x03,0xEF,0xFB,0xEF,0xFB,0xEF,0xFB,0xEF,0xFB,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//l
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xB7,0xFF,0x37,0xFE,0xBB,0xFE,0xBB,0xFE,0xBB,0xFE,0xBB,
0xFE,0xBB,0xFE,0xBB,0xFE,0xB3,0xFF,0x37,0xFF,0x07,0xFF,0x8F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//e
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0xE0,0x7F,0xEF,0x1F,0xFF,0xE7,0xEF,0x83,0xE8,0x0F,0xE0,0x7F,0xE3,0xFF,0xEF,0xFF,//W
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unsignedcharcodemeiya[70]={
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0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//这里加空格是让两个字之间留有空隙,显示时不会一个接一个
};
unsignedcharcodewuhuan[3*68]={
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xE0,0xFF,0xDF,0x7F,0xBF,0xBF,0x7F,0xDF,0x7F,0xDF,
0x7F,0xDF,0x7F,0x87,0x7F,0x5B,0x7E,0xDD,0xA0,0xBE,0xDD,0x7E,0xA0,0xBE,0x7D,0xDE,
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0x7D,0xDE,0x7E,0xDD,0x7F,0x5B,0x7F,0x87,0x7F,0xDF,0x7F,0xDF,0xBF,0xBF,0xDF,0x7F,
0xE0,0xFF,0xFF,0xFF,//五环
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0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0x01,0xFB,0xDF,0xFB,0xEF,0xFB,0xE7,0xFB,0xF3,0xFF,0xF7,//北
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,//北京。
这里加空格是让两个字之间留有空隙,显示时不会一个接一个,也可以用延时来控制
0xFF,0xFF,0xF1,0xC7,0xEE,0xBB,0xEF,0x7B,0xEF,0x7B,0xEE,0xBB,0xF1,0xC7,0xFF,0xFF,//8
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unsignedcharcodehuihui[64]={
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unsignedcharcodemoving_people[4*32]={
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unsignedcharcodedianz
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- 关 键 词:
- 温度 测控 设计 报告