语音播报温度表设计

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其测量速度、精度及可行度都得以保障，实现可远程监控、并尽可能节约人力资 源的智能语音播报温度系统。相关产品利用率高，设备简单，费用低，效果好。
2.设计拟解决的工程实际问题
工业方面。 本设计可重点解决工程中人力资源浪费问题、实时温度监控问题 以及测温速度问题。 工程中对温度的检测要求往往非常高，电子温度计测量灵敏 快速的特性使其成为工业实际生产中的主流测温仪器。而且，很多工业场所对温 度即时测量的要求极高，通常依靠人工对温度进行监测。为避免事故发生，需要 人员长时间坚守岗位，这必将耗费相关人员大量的时间和精力。此外，对于一些 环境条件比较恶劣、危害人体健康的场所，无法实行人工监测温度。而此类语音 播报温度表可通过单片机功能实现远程温度监控， 播报系统又可简洁快速的提供 温度的即时测量信息。而且，本设计可配合通信技术进行电话语音报警，充分利 用已有通信资源的同时， 使警情信息迅速传到相关人员，从而使监控系统更为智 能化[3]。 农业方面。 本设计可解决工程中除工业常见问题外的产品价格问题。本系统 温度控制精确，可实时监测温度，并节省大量的人力资源，在诸如户外大棚生产 中，避免人力长期守候监测温度的窘境。此外，现在工业生产中的相关系统结构 复杂，价格昂贵，无法在农业生产中广泛推广[4]；而此系统在保证应有功能的基 础上价格合理，操作方便，模块化设计决定本系统可根据需要添减硬件，达到效 率最大化的效果。 医用方面。本设计在实际工程中最为直观的产品就是语音智能电子体温计。 体温是观测人体机能是否正常的重要指标之一， 也是人体生命活动的基本特征。 在日常生活中， 在用水银体温计测量体温时， 是通过读取刻读值来判断温度的 高低。 当光线较暗或年纪较大， 就看不清或不能准确的读出体温计的读数; 同时 在测量时需要等待较长时间， 只有使水银温度计充分受热，才能基本准确反应其 实际温度值， 水银温度计给测量者带来了诸多不便。而语音智能电子体温计不 仅克服了传统体温计的许多缺陷， 它可以快速的进行体温测量， 而且以语音报 出测量的体温值; 同时可以将测量值保存起来， 具有记忆功能。具有较高的灵 敏度， 可以在几秒钟内测得结果，对于视力不佳而无法读取数值的人群或老年人
4.设计相关技术的国内外现状
(1)国内相关技术现状： 智能语音播报系统在我国属于新兴技术产业，有着极为光明的前景，此方面 国内市场的主要产品趋向于应用国外先进的基础硬件生产成品。 随着我国国民经 济持续高速的发展， 智能化生产规模日趋扩大，语音播报融入日常生活已成为一 种趋势。如：对车辆收取管理、通行或进入等费用、提示语等播报的智能语音系 统，或是在各公共场合的时间、天气、问候等提示语的播报。 现代工业控制过程广泛应用了有播报功能的工作状态和故障状态报警装臵。 它以直观、易懂、方便、准确的形式向操作者提供有关信息，使操作者能够更准 确、快速地处理系统问题。如：火车站信号自动语音播报系统可通过对多路信号 进行检测采集，提供安全警示语音信息并播报，实现安全操作提示及报警[16]。 国内对此项技术的要求趋向人性化，高效化，智能化。采取的措施为不断完 善传统呆板的录播式语音播报器，实现真正的智能化数字语音播报，根据不同的 情况可以随时调整播报的语言及语音语调等。 温度传感方面，温度传感器在我国工业生产、国防工程、空间技术、冶金、 电子、 食品、 医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究都有光明的前 景。如 CN61M/KG3004B 矿用温度传感器，拥有操作方便、读数直观、工作可靠、 体积小、重量轻、维修简便等特点，适于在煤矿、油田、化工等有爆炸危险的场 所连续检测被测量对象的温度， 并且有信号输出功能，可与国内各种型号的煤矿 善传统呆板的录播式语音播报器，实现真正的智能化数字语音播报，根据不同的 情况可以随时调整播报的语言及语音语调等。
AT89C51
语音播报
图 1 方案一的系统总体框图
系统主要由AT89C51、8个温度变速器、语音芯片ISD2560、时钟电路、显示 电路、复位电路、打印机等组成[12]。 (1)单片机控制核心的选择 AT89C51 8位单片机。自带有片内ROM 和一定数量的RAM，一般不需要扩展
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二、设计方案及技术路线
1Hale Waihona Puke 方案选择方案一：AT89C51+8 个温度变速器+8 个控制开关+时钟功能+纪录功能。 系统总体框图如图 1：
显示电路 键盘及时钟 电路 打印机 语音电路 数字滤波 AD574 转换
数据转换 数据存储 音频输出 控制
复位电路
八 路 选 择 开 关
存储器 温度变 速器 1-8
2010 年
4月
30 日
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一、选题依据
1.设计目的及意义
(1)研究目的 传统温度计多采用物理原理，根据水银等随温度升降的热胀冷缩的性质， 通过读取刻度值来判断温度值，此类方法准确度比较低，不易实现自动化，温 度计容易损坏[1]。并且测量需要的时间长，容易受到外界诸多物理因素的影响。 具有语音播报功能的电子温度计可克服传统温度计在生活生产中的诸多 不利因素。在对周围环境温度进行测量时，本设计可通过语音播报功能及数字 显示功能成功地实现温度测控，其本身还可通过软硬件支持的相关功能及特定 算法来调节测量精度，大大提高了设计的灵活性。此类温度计测温性能方面准 确快捷；显示方式则为清晰易懂的数字化类型，方便人们日常生活使用；语音 播报功能使其更加智能化、人性化。 (2)研究意义 温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业 生产过程中需要实时测量温度， 在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究合 适的测温方法和测温装臵具有重要的意义[2]。 随着自动化水平在工业生产过程中的日益提高，智能化已经成为一种趋势。 人们越来越希望， 生产生活中能够最大限度的趋于自动化和智能化，并且具有一 定的人机交互性。 大规模语音处理集成电路的发展，使得语音播报系统在实际生 活生产中的应用越来越广泛[3]。语音播报技术体现了智能化，人性化，它不仅在 需要用声音传递信息的环境中担当信息传输纽带的重要作用， 还在繁忙的日常生 产服务中通过温馨、 亲切的语音提示方式调节受用者心情。语音播报技术的相关 研究也已成为一个热门领域，现今生产生活中其相关技术的应用随处可见。 具有语音播报的温度控制系统在工农业生产中拥有广泛的应用前景。 目前生 产生活中经常需要某一特殊的环境温度， 测量一旦达不到一个相当高的要求就会 造成巨大的损失。传统的方式对人力浪费较大，对温度控制不精确，而且一不小 心容易发生意外。 如果设计一套基于电子技术的具有语音播报功能的温度控制系 统，就可以实时监测温度，并可以通过键盘准确地控制温度，不需要人力检测，
C HAN G C HU N IN S TITU TE OF TE C HN OL OGY
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设计题目： 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 班级名称： 学 号：
语音播报温度表设计 周博海 电气与信息工程学院 电子信息工程 电子 0641 0604451142 倪虹霞 副教授 大学本科
指导教师： 教师职称: 学 历：
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温度传感方面，温度传感器在我国工业生产、国防工程、空间技术、冶金、 电子、 食品、 医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究都有光明的前 景。如 CN61M/KG3004B 矿用温度传感器，拥有操作方便、读数直观、工作可靠、 体积小、重量轻、维修简便等特点，适于在煤矿、油田、化工等有爆炸危险的场 所连续检测被测量对象的温度， 并且有信号输出功能，可与国内各种型号的煤矿 监测监控系统配接使用或独立使用。总体来讲，我国传感器产业正处于由传统型 向新型传感器发展的关键阶段，总趋势为微型化、多功能化、数字化、智能化、 系统化和网络化发展。 (2)国外相关技术现状： 在国外，语音播报技术已经非常先进，语音播报系统日趋成熟，许多国家致 力于这方面的开发研究， 到现在为止很多国家的产品已经达到国际先进水平，并 已广泛应用于各个领域。 如： 美国 ISD 公司生产的 ISD 系列智能语音存储芯片音 质好，长期断电语音信号不丢失，非常适合于电子产品的开发应用[16]。其各型号 产品性能各异，特点鲜明，总体功能齐全，可根据开发项目和要求选择合适的产 品进行设计，既实现预期要求又不会资源浪费。 温度传感器方面，国外在此项技术的发展史悠久，技术体系相当完善。本次 设计使用的 AD 590 是美国模拟器件公司生产的双端集成温度传感器，具有功能 单一（仅测量温度） 、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、 微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，相关设计外围 电路简单等特点。而被本次设计摒弃 DS18B20 是美国 DALLAS 公司生产的目前流 行的单线数字温度传感器芯片，较传统的温度传感器具有结构简单、体积小、功 耗小、抗干扰能力强、使用简单和可组网实现多点温度测量等优点，适用于各种 狭小空间设备数字测温和控制领域。另外，DS18B20 为数字信号输出，不需要经 信号放大和 A／D 转换，电源极性接反也不会因发热而烧毁[17]，设计可行度及安 全性均得以保障。
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显得更为重要[5]。 此外，本设计可灵活调试，结合其他技术解决更多工程中的问题。如结合红 外技术应用于交通、安检中，或结合其他类传感器应用于湿度、光照度的检测中 等。
3.设计拟应用的文献综述
本设计是具有语音播报功能的电子温度表。文献[6]详细说明了电子温度表 测温元件由热电偶、热敏电阻，到单线集成温度传感器的发展历程，阐述了软硬 件模块化设计理念。并提出通过硬件自带功能设计系统，进而简化电路的观点。 首先， 本设计的硬件选择方案多种多样。 文献[7]应用了最为基础的 AC89C51 单片机，但外围电路极为繁琐，而文献[8]应用功能更强的 SPCE061A，硬件电路 简单清晰；文献[5]介绍了本设计 SPCE061A 优于 AT89C51 等系列单片机的理由， 即无需额外的语音芯片及仿真器，相关的软件技术更加成熟。文献[9]则在设计 中应用了可直接读取被测温度的 DS18B20，简化了 A/D 转换系统。文献[10]提出 除常规 A/D 转换外，可配合 V/F 转换进一步提高测量精度。 相关软件技术及控制算法也同样是设计的参考之一， 以凌阳 SPCE061A 为例， 文献[11]中精确的提出了 SACM L IB 库及 SACM A2000 算法的概念，说明其语音 技术的强劲，并解决语音文件存储空间的问题；文献[8]中介绍了 PID 控制算法 的公式及其应用，以及两种加热控制系统方法的优劣性对比。 本设计相关的研究侧重于实际工程中某一技术的拓展与多种技术的结合， 如文献 [12] 并未指定使用某一测温元件，但涉及了多点测量的技术层面，并提出了在 工程中通过标度变换与数字滤波控制测量范围与精度的实际操作方法。 文献[13] 为全自动控温系统， 测温范围可调， 具有语音开关， 并通过电炉及风扇自动控温。 文献[3]则是利用电话及 MODEM 控制，实施远程通讯，在大规模生产线及某些重 要场合中应用广泛。 本设计的相关产品在实际生活中实用度问题也值等思考， 文献[14]就提出了 SPCE061A 体积大的缺点，如果用嵌入式将大大缩小器件体积。而文献[15]中应 用了 MSP430F149 单片机，设计出的系统低功耗、便携，并可通过热电偶冷端补 偿的方法提高其实用度。