电子温度计设计报告1

智能体温计

摘要:

本系统采用AT89S52单片机作为智能温度计控制核心.采用温度传感器和A/D转换进行温度数据采集,利用液晶显示器记录数据和显示以及显示某个阶段的温度变化曲线,采用按键扫描电路对温度设定,再加之温度数字语音播报、越限报警等功能使本设计更加完善。整个系统小巧紧凑，控制准确。

关键字：单片机温度传感器 LCD A/D

目录

1.系统方案选择与论证 (3)

1.1 题目要求 (3)

1.1.1 基本要求 (3)

1.1.2 发挥部分 (3)

1.2 基本模块设计 (3)

1.2.1 测量部分模块 (3)

1.2.1 A/D转换模块 (3)

1.2.3 显示模块 (4)

2 系统具体实现与设计 (4)

2.1 系统总体设计方案 (4)

2.2 硬件电路的设计 (5)

2.2.1 主机电路的设计 (5)

2.2.2 I/O通道的硬件电路设计 (5)

2.2.3 数据采集电路的设计 (5)

2.2.4 保护电路的设计 (7)

2.2.5 按键及显示电路设计 (7)

2.2.6 语音播报电路设计 (9)

2 .3 系统软件设计 (10)

2. 3.1 程序流程图 (10)

3 调试 (11)

3.1 硬件调试 (11)

3.2 软件调试 (11)

3.3 软硬综合调试 (11)

4、数据指标测试 (11)

4.1 测试仪器 (11)

4.2 测试方法 (11)

4.3 测试数据 (11)

5.总结 (12)

6.参考文献 (12)

1.系统方案选择与论证

1.1 题目要求

1.1.1 基本要求

⑴ 系统前端部分归一化输出，即0 ～＋50℃线性对应0 ～ 5 V；

⑵ 系统前端部分应具有输出保护电路，使其输出电压不超过5V；

⑶ 系统每秒采集一次温度，经滤波、计算等处理后实时显示温度值，测量精度为±0.1℃；

⑷ 系统每分钟用语音报告一次所测温度当前值；

⑸ 系统可在0～50℃的范围内任意设预警温度值（默认值设定为37.0℃），当所测温度超过预警温度值时，系统立即报警，预警值的设定应可随时更改。

1.1.2 发挥部分

⑴记录测试结果并在点阵式LCD屏上显示2分钟内的温度变化曲线；

⑵ 非接触式测量。（测量精度为±0.2℃）；

1.2 基本模块设计

1.2.1 测量部分模块

方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1摄氏度的信号是不适用的。

方案二：采用温度传感器铂电阻ＰＴ１０００，铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性度较好，在０～１００摄氏度时，最大非线性偏差小于０.５摄氏度。

方案三：集成温度传感器ＡＤ５９０具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，AD590的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590的测温范围为-55℃～+150℃。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内。ＡＤ５９０重复性优于０.１℃，其良好的非线性可以保证优于０.１℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到０.１℃测量精度。

基于上述分析，拟选择方案三。

1.2.3 Ａ／Ｄ转换模块

方案一: 采用单片高速12位模数转换器AD574,内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：分辨率：12

位非线性误差：小于±1/2LBS或±1LBS

转换速率：25us

模拟电压输入范围：0-10V和0-20V，0-±5V和0-±10V两档四种

电源电压：±15V和5V

数据输出格式：12位/8位

芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式

方案二:采用8位逐次逼近型A/D转换器ADC0809,主要特性:

1）具有转换起停控制端。

2）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。

3）转换时间为100μs

4）单个＋5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度

7）低功耗，约15mW。

基于对A/D转换器的分辨率、转换速率、量化误差、偏移误差等综合考虑,拟选择方案一.

1.2.3 显示模块

方案一：采用LED数码管显示器。LED数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多且信息量小。方案二：采用LCD液晶显示器。LCD有明显的优点：工作电流比LED小几个数量级，故其功耗很低，尺寸小，厚度约为LED的1/3；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便。

基于上述的比较，采用方案二。

2 .系统的具体设计与实现

2.1.系统总体设计方案

按照系统的设计功能要求，本智能温度系统的设计必须采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合按键控制，来控制温度查询、显示、播报以及显示某阶段的变化曲线。本系统由下几个部分组成。温度传感器

硬件电路主要由两大部分组成:模拟部分和数字部分;从功能模块上由主机电路、数据采集电路、按键显示电路、保护电路、语音播报电路组成。硬件具体方框图:

保护电路由4066组成

语音芯片ISD1420

温度传感器AD590

AD转换器AD574

单片机A T89S52

液晶显示器LCD显示

2.2.1主机电路的设计

主机选用INTEL公司的MCS-51系列单片机89S52来实现,利用单片机软件编程灵活、自由度大的特点,力求用软件完善各种控制运算法和逻辑控制. AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。,可使本系统整体电路结构更为简单、实用.

2.2.2 I/0通道的硬件电路的设计

就本系统来说,需要采集水温数据,然后通过A/D,转换为数字信号,送入单片机中的特定单元,然后一部分送去显示和播报;另一部分与设定值进行比较.

2.2.3数据采集电路的设计

数据采集电路主要由AD590,AD574,358组成.为了达到测量高精度的要求, 选用AD转换器AD574和温度传感器AD590,ＡＤ５９０具有较高精度和重复性(重复性优于０.１℃，其良好的非线性可以保证优于０.１℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到０.１℃测量精度。)高精度运算放大器358将温度-电压信号进行放大,便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性.模拟电路方框图为:

AD590

运算放大器358

A/D转换器AD574

由4066组成保护电路

输出温度与电压的数字信号

由AD590和358组成的温度转化为电压的电路图为2-2-3