(整理)数字语音温度计设计方案

2008级物理科学与技术学院电子信息工程

学院课程设计

作品设计方案

课题：数字语音式温度计

重庆西南大学

电子信息工程学院

指导老师：贺付亮

组长：黄瑞瑞

小组成员：徐红

李刚

2011年4月5日

数字语音式温度计设计方案

一、摘要

本系统是以AT89S52为主控芯片，数字温度传感器采用DS18B20,语音芯片采用ISD4004，与单片机组成一个测温系统，当系统上电时，温度传感器DS18B20就会读出当前环境的温度，在四位LED显示管上显示出当前的温度的同时还利用语音芯片读出当前温度值，该系统测温范围为-55 ℃—125 ℃，测量精度为±0.1°C。由键盘输入其上下限温度，当超过此温度时，即以语音报警提示。具有结构简单,功能强大,可操作性强,且方便使用的优点。

关键词：AT89S52、DS18B20、ISD4004、LED、报警提示、方便使用

二、方案选择

方案1：

采用热电偶温差电路测量温度，将一直温度端设为参考点，并测量该点电压，根据热电偶中间温度定理，就可以求出监测点温度。数据采集部分则使用带有A/D 转换的单片机，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，将结果送入显示模块。热电偶电路图如下：

方案2:

采用数字温度计AD590和单片机AT89S51芯片，由AD590温度传感器测量当前的温度，经过A/D转换电路将结果输入到AT89S51，

AT89S51单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换，将结果送入显示模块。

方案3:

采用数字温度芯片DS18B20和单片机AT89S52芯片，该系统利用AT89S52芯片控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测，将结果送入显示模块。

最终方案选择及理由：

综上述三种方案经查询资料比较：第一种方案热电偶的工作温度范围非常宽，且体积小，但是线性误差较大，并且需要用到A/D 转换电路，设计过程较麻烦。第二种方案测温范围较宽，但是也需要用到A/D 转换电路，设计过程较麻烦。第三种方案使用的AT89S52为主控芯片，它较S51来说存储量更大，多出的定时器具有捕获功能，较AT89C系列具有更加强大的功能且价格相差不大。数字温度芯片DS18B20 测量温度，输出信号全数字化，省去传统的测温方法的很多外围电路，而且该芯片的物理化学性很稳定，线形较好。由数字温度计DS18B20和微控制器AT89S52构成的温度测量装置, 能够实现快速测量环境温度，并可以根据需要设定上下限报警温度，它能够直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。故本次设计采用了方案三。

三、系统硬件流程图

本系统采用AT89S52单片机作为微控制器，分为5个模块（如下图所示）：按键电路，测温电路, 驱动电路，LED显示电路,报警电路,语音电路。选用DS18B20、ISD4004以及LM386芯片作为辅助芯片，完成数字语音式温度计的制作。

1、按键控制电路：

此电路由5个中断按键组成，通过按键可分别输入被测温度的上下限值，其中按键的中断控制由芯片74LS08完成，74LS08的内部由四个与门组成以此来选通按键，以对温度上下限的警报值进行设定。 2、主控电路：

本系统采用AT89S52芯片作为微控制器，用此芯片与数字传感器件DS18B20连接直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用AT89S52 单片机控制，软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM

的数据，

停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

AT89C52芯片引脚图

3、测温电路：

此系统的温度传感器采用DS18B20单线数字温度传感器，即“一线器件”，其具有独特的优点：

（1）采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。单总线具有经济性

好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量。其与

AT89S52连接图如下：

（2）测量温度范围宽，测量精度高。其测量范围为-55℃ ~+ 125℃；在-10~+ 85°C范围内，精度为±0.1°C。

（3）在使用中不需要任何外围元件。

（4）持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。

（5）负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。

（6）掉电保护功能DS18B20内部含有EEPROM ，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

其内部结构如下：

4、LED显示电路：

为了使系统工作更加精确，故本系统采用四位数码显示管显示测量温度，第一位表示温度的正负值，第二、三位表示被测温度的整数部分，第四位表示小数部分。如图所示为LED显示模块，通过单片机的连接控制来达到位选和断选的功能，其中4个三极管主要是起到开关作用，由单片机的P2.4—P2.7口控制其通断，已达到为选作用，而在基极接电阻主要是限制单片机的P2.4—P2.7口流出电流的大小，以减小单片机的功耗。

5、报警电路及语音输出电路：

为了使此系统使用更加人性化，故在发挥部分加入了语音报数模块，当测量温度超过了事先设定的上下限温度值时，有语音模块进行报警操作，提示温度已超过上、下限温度。同时语音模块还完成将当前所测量温度读出的功能，上述功能由ISD4004完成。

四、系统软件流程图

1、主程序模块

主程序需要调用5 个子程序，各模块程序功能如下：

●数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。

●温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理，进行判断和显示。

●报警子程序：进行温度上下限判断及报警输出，输出由语音芯片完成。

●中断设定程序：实现设定上下限报警功能。

●语音输出子程序：将测得的温度通过语音的方式读出来。