智能体温计设计报告

智能体温计

作者：刘利洲张介跃徐海涛文稿整理：徐海涛

指导老师：章彧朱杰斌

摘要

本系统通过由温度测量模块，A/D转换模块，以AT89C52单片机为核心的基本系统主要实现温度数据的采集、传输、读取、比较功能，控制LCD显示温度测量值和报警值。通过键控，实现预置报警温度，系统读取预置温度后经过比较测量所得温度，选择是否开启蜂鸣器报警，并且每分钟语音报告一次所测温度。采用E2PROM存储电压预置值，全系统用±15V和+5V 电源供电。

Abstract

This system, with an AT89C52 system as its core, is called intelligent thermometer. It used a temperature measure module and an A/D conversion module implemented mainly for the collection, transmission, read, compare of temperature signal, controlled LCD displaying metrical temperature values and the cautionary value, all those parts and AT89C52 were working as a basic system. It can set a cautionary temperature beforehand by using a keyboard, the basic system read the advance cautionary temperature, and then compared with the temperature measured, to determine opening the buzzer to give caution or not, it also can report the metrical temperature value once a minute. This thermometer used E2PROM to save the cautionary value, the whole system supplied with ±15V and +5V electrical sources.

一、方案设计与论证

题目对测量温度的精度要求较高，另外还需显示温度和播报温度，因此使用单片机实现题目要求是较好的方案，系统包括：温度测量采集、A/D转换、单片机、I/O设备、控制执行电路等。我们所选用的单片机AT89C52有8K的可重复编程闪存，256 x 8-Bit内置RAM，基本不需要片外存储器，我们考虑使用了一个片外E2PROM存储报警电压值也是为了简化编程、调试过程。89C52有32个可编程I/O口，扩展性能好。常见感温元件有热电偶、热电阻和半导体等传感器，它们的主要优缺点是：热电偶价格便宜，但精度较低，需冷端补偿，电路设计复杂；热电阻精度较高，但需要标准稳定电阻匹配才能使用。而半导体温度传感器线路设计简单，精度较高，线性度好，价格适中。半导体集成温度传感器AD590J的测温，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃，具有良好的重复性（重复性优于0.1℃）,在使用软件算法进行线性化后，系统测温精度可以达到0.1℃。故选用AD590J作为温度感应部件,并且在系统前端部分，我们使用运算放大器作前级的功率放大电路，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化，可以大大减小输出端的纹波电压。A/D采用一片AD574A12位输出模数转换器，其分辨率为50℃/4096=0.0122℃，抗干扰性强，在该系统中使用AD574A保证了对采集入的变量的准确量化。本题中的测试范围为0～50℃，温度的最小分辨率为0.1℃。这样，整个系统的温度采样点数为50×10＝500，采用一般的8位A/D，分辨率只有1/256，无法满足精度要求。题目所给出的方案包含了最主要的硬件系统构成，硬件连接可以实现基本的人机交互，通过硬件的选择，软件编程控制可以满足精度要求。

二、系统框图

采用题目提供的系统硬件结构：

三、主要电路设计与计算

1、数控部分

（1）89C52单片机基本系统数控部分核心采用89C52单片机与译码器74LS138，四与门芯片74LS08组成单片机的基本系统，并对P2口的P2.4、P2.5、P2.6经74LS138译码后作为A/D 转换器电路和键盘电路的选通信号，P1口控制对语音芯片的数据传输。

（2）A/D转换器AD574A接口电路接线如附图1，AD574A芯片在6脚CE＝1，3脚片选输入为低电平的时候才能正常工作，4脚A0/SC和2脚用来控制数据输出状态的格式，A0＝0则输出数据的低四位，A0＝1则输出数据的高八位，2脚为低则数据以八位分两次输出，2脚为高则数据以12位并行输出，我们采取的硬件连接是，AD574A的数据输出高八位直接连接在系统数据总线上，低四位连接在数据总线的低四位，所以我们将4脚接单片机芯片，用单片机芯片控制输出哪几位的数据，2脚接低电平，数据以八位输出。

此外，芯片本身能够通过其8脚产生10V的基准电压，故不需要另外再用电路产生基准电压，基准电压通过其10脚输入，12脚模拟电压输入端通过温度感应电路输入0～＋5V电压，而芯片产生的10V基准电压将芯片的量程控制在0～±5V内，满足测量要求。

（3）ZY1420A芯片语音录放电路使用ZY1420A语音芯片存储和发送语音，声音品质优良，录音时间长，有20s，线路连接及录放音控制简单。它的基本组成有时钟电路、拾音放大、自动增益控制电路、滤波器、差动功放、电源电路、E2PROM地址译码及其控制逻辑电路组成。其连接电路如附图1中IC5。A0～A7语音地址直线由89C52的P1口提供。预先使用话筒录好了温度语音，由89C52经所测温度判断，输出，报温。

（4）开机温度报警值预置在开机通电时，通过键盘设置开机电压报警值，存储在外设E2PROM中，防止意外丢失。报警器采用有源蜂鸣器。

2、键盘接口电路

在设计键盘接口电路时，我们使用74LS245八位总线收发器扩展电路，以及一条单片机I/O 线P2.0，以节省单片机接口，I/O线与74LS245八条数据线一共有8个交点，我们取B0～B3上的四个交点做按键，键盘通过软件控制，实现自动扫描，防抖。

3、LCD显示器电路

LCD采用2行16列的JHD162A点阵式显示芯片，数据接口D0~D7直接连接在数据总线P0口上，通过编程，由89C52提供数据显示。

4、温度测量电路

（1）集成温度传感器AD590J AD590J相当于一个高输入阻抗恒流源，可在4～30V电压下工作。在测量温度范围内，对应于绝对温度T变化1K时，输出电流变化1µA。电路图如附图2，电位器R3用于调整零点，R5用于调整运放OP07的增益。

（2）精密运算放大器OP07 作为跟随器电路，以提高输入阻抗和避免对后级A/D的影响，可调电阻均采用精密可调电阻，确保准确性，如附图2。

5、电源设计

（1）±15V电源（0.7A）±15V电源电路图如附图2

对于滤波电容的选择，要考虑：1、整流管的压降；2、7815/7915最小允许压降Ud ；3、电网波动10％。从而

允许纹波的峰峰值Dtt＝18×20.5(1-10%)-0.7-Ud -15V=4.9V

按近似电流放电计算，并设导通角θ＝0°，则

C＝I*Dt/Du＝0.7×1/100/4.9=1430uF，选取滤波电容C＝2200uF/30V

(2)+5V电源（1A）＋5V电源电路图如附图2

允许的最大纹波峰峰值Dtt＝9×20.5(1-10%)-1.4-2.3 -5V=2.76V

C＝I*Dt/Du＝1×1/100/2.76=3600uF，选取滤波电容C＝4700uF/16V

四、系统软件工作流程

软件主要功能