语音播报温湿度计设计

河南大学物理与电子学院2015级单片机课程设计论文语音播报温湿度计设计论 文 作 者：论文 合 作者：所 在 学 院：所 学 专 业：指导教师姓名：论文完成时间： 目 录0 前言11 系统组成与功能11.1 系统组成1 1.1.1 STC89C52单片机1 1.1.2 DHT11温湿度模块2 1.1.3 1602液晶显示模块41.1.4 NY3P035语音播报模块61.2 系统功能72 系统原理82.1系统仿真图82.2 PCB图92.3 实物照片93 程序流程图114 具体程序代码115 制作过程叙述12 5.1 简介制作过程12 5.2 焊接元器件12 5.3 调试、检测过程126 主要元件清单137 结论13参考文献13150前言在这个高速发展的信息时代，作为获取信息的手段,传感器技术的应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切，传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，我们不仅要掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效尽力开发研制适合自己的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温湿度感器就是其中很重要的一类，它发展速度快，应用领域也很广泛，并且还有很大发展潜力。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温湿度传感器的深入研究，基于实用、准确和广泛的原则进行了本次设计。近年来，国内外在温度和湿度传感器研发领域取得了很大进步，温湿度传感器正从结构复杂化、功能简单化向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，也将温度、湿度测量技术提高到新的水平。1系统组成与功能1.1 系统组成本系统主要有STC89C52单片机、1602液晶显示屏、DHT11温湿度传感器、NY3P035语音芯片、等元件组成。1.1.1 STC89C52单片机图1-1 STC89C52引脚图STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。此系列单片机易于开发、使用灵活、而且体积小、抗干扰能力强，可以兼容种类众多的支持芯片、较为丰富的软件资源，可以工作于各种恶劣的条件下，工作稳定等特点。由STC89C52单片机为核心的单片机最小系统包括晶振电路和复位电路。1.1.2 DHT11温湿度模块采用DHT11进行温湿度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点；另外DHT11芯片内部集成了12、14位A/D转换器，且采用数字信号输出，因此抗干扰能力也比同类芯片高。该芯片在温湿度监测、自动控制等领域均已得到广泛应用。DHT11的主要特性有：（1）将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、IIC总线接口全部集成于一芯片（COMensTM技术）；（2）可给出全校准相对湿度及温度值输出；（3）带有工业标准的IIC总线数字输出接口；（4）具有露点值计算输出功能；（5）具有卓越的长期稳定性；（6）是只读输出分辨率为14位，温度值输出分辨率为12位；（7）小体积（7.655.0823.5mm）,可表面贴装；（8）具有可靠的CRC数据传输校验功能；（9）片内装载的校准系数可保证100%互换性；（10）电源电压范围为3.55.5V；（11）电流消耗，测量时为550A,休眠时为3A。数字温湿度传感器DHT11是一款含有已校准熟悉信号输出温湿度复合传感器，它应用专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术，确保产品具有卓越的长期稳定性和极高的可靠性。传感器包括一个NTC测温元件和一个电阻式感湿元件，并与一个性能高的8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。典型的应用电路如图：表1-1 DHT11引脚说明pin名称注释1VDD供电3.55.5V2DATA串行数据，单总线3NC空脚，悬空4GND接地，电源负极传输开始：初始化传输时，应首先发出“传输开始”命令，该命令可在SCK为高电平时使DATA由高电平变为低电平5，并在下一个SCK为高时将DATA升高。接下来的命令顺序包含三个地址（目前只支持“000”）和5个命令位，当DATA脚的SCK位处于低电平时，表示DHT11正确接收到命令。连接复位顺序：如果与DHT11传感器的通讯中断，下列信号顺序会使串口复位：即当DATA线处于高电平时，触发SCK9次以上（含九次），此后接着发一个“传输开始”命令。温湿度测量时序：当发出了温湿度测量命令后，控制器就要等到测量完成。使用8/12/14位的分辨率测量分别需要大约11/55/210毫秒的时间。为表明测量完成，DHT11会使数据线为低，此时单片机必须重新启动SCK,然后传送两字节的测量数据与1字节的校验码。控制器必须通过使DATA为低来确认每一个字节。通讯在确认CRC数据位后停止。如果没有用校验，则单片机就会在测量数据后保持SCK为高来停止通讯，DHT11在测量和通讯完成后会自动返回睡眠模式。需要注意的是，为了使DHT11的温升低于0.1，此时的工作频率不能大于标定的15%（如：12位精度时，每秒最多进行三次测量） 低电压检测,DHT11工作时可以自行检测VDD电压是否低于2.45V，准确度为0.1V。下载校准系数:为了节省能量并提高速度,在每次测量前都要重新下载校准系数，从而使每一次测量节省8.2ms的时间。测量分辨率设定:将测量分辨率从14位（温度）和12位（湿度）分别减到12位和8位可应用于高速或低功耗场合。由于将传感器与其它功能电路部分结合在一起，因此，该传感器具有比其它类型的湿度传感器优越得多的性能。首先是传感器信号强度的增加增强了传感器芯片的抗干扰性能，保证了传感器的长期稳定性。而A/D转换同时完成，则降低了传感器对干扰噪声的敏感程度。其次在传感器芯片内部装载的校准数据保证了每一只湿度传感器具有相同的功能，具有100%的互换性。最后，传感器可直接通过IC总线与任何类型的单片机。由DHT11和STC89C52单片机组成的测量回路如图1-1所示。1.1.3 1602液晶显示模块1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。在本设计采用的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等，这里以常用的2行16个字的1602液晶模块来介绍它的编程方法。1602采用标准的16脚接口，其中：第3脚：VEE为液晶显示器对比度调整端；第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据；第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第714脚：D0D7为8位双向数据线； 第1516脚：空脚。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表2是DM-162的内部显示地址。表2-3 31602的内部显示地址12345678910111213141516序号000102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 在软件中设置温度的代码是：30.0（00110011B，00110000B，00101110B， 00110000B，01000011B）；37.0（00110011B，00110111B，00101110B，00110000B， 01000011B）；60（00110110B，00110000B，01000011B）。在液显电路连接上，LCD1602显示模块可以直接和单片机STC89C52直接接口，液晶显示的D0D7八个双向端口接STC89C52单片机的P0口的P0.0P0.7，单片机的P0口可以作为通用的输入，输出端口使用，此时，若要驱动NMOS或其他拉电流负载时，需外接上拉电阻，才能使该位高电平有效，所以中间接10K的排阻，来决定显示器高低点位，是否要显示。由于VEE端接电源时接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，对比度过低会使屏幕模糊不清，所以使用时可以通过一个10K的电位器来调整它的对比度。LCD1602的RS寄存器选择端口接单片机的P2.1口，通过软件程序中对此端口的设置来决定选择的寄存器。液显的RW端口直接接单片机的P2.2口，高电平时进行对输入的数字信号进行读数。使能E端接单片机的P2.3口，使能端由高电平到低电平时开始执行命令，把读数显示出来。下图2-6是LC D1602显示电路的连接图：1.1.4 NY3P035语音播报模块NY3P035芯片的工作电压：2.2V-5.5V，适用范围很宽。两种输出方式PWM（可以直接接喇叭）/DAC（可以外接功放方式的），有DIP8/SOP8/8PIN封装，或者裸片，可以选择喇叭是8欧-16欧范围内的任何喇叭。MCU串口控制和按键控制；灵活的输出模式；I/O可提供较大输入出电流；支持单键播放/停止；支持长按住停止功能；支持一键顺序/随机播放；最大支持64段语音播放；可调的语音播放速度；插入静音不占内存；支持低电压复位（LVR=1.5V）提供快速烧录模式；支持特殊的烧录功能7。引脚图及引脚信息如下图1.2和表1.2：表1.2 NY3P035语音芯片引脚PIN NAMEPIN#ATTRFUNCTIONGND1POWER电源负极VDD2POWER电源正极PWM2/Mode30PWM输出脚2（接喇叭）或编程模式脚PWM140PWM输出脚1（接喇叭）VREG5POWER内部电源校正脚，VCC大于3V电压，外接0.1uF的电容到地，以稳定IC正常工作I017I/0输入/输出脚，输入时高电平有效OKY1/VPP12I输入脚，高电平有效，或编程正电源I0214I/0输入/输出脚，输入时高电平有效电路图如下图1.3所示：1.2 系统功能本设计中的温湿度播报测量系统能够及时反映当前系统工作区的温湿度等信息，温湿度等信息通过单片机控制液晶1602直观地显示给用户 。扩展之后的系统增加了语音播报功能，即通过单片机控制语音芯片读取温湿度信息并进行语音播报。2 系统原理本系统设计的主要原理是用单片机来控制温湿度传感器模块、液晶显示模块、语音模块的工作。其中液晶显示模块读取温湿度传感器采集的当前温湿度信息，并在显示屏上显示出当前温湿度。语音模块读取当前温湿度信息后，调用已经烧录进语音芯片的语音地址来播放当前的温湿度。2.1 系统仿真图2.2 PCB图2.3 实物照片基本系统完成后的实物图如下：扩展完成后的实物图如下：单片机初始化3 程序流程图 语音芯片初始化液晶1602初始化点亮读温湿度传感器值更新液晶1602温湿度值 判断温湿度 按键检测输入信息执行语音播报 图3-1家用温湿度测量播报系统软件流程如图4 主要程序源代码#include / 头文件包含#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid main()uchar i;LcdInit();/ 液晶功能的初始化LcdShowInit(); / 液晶显示的初始化while(1)ReadDhtData(); / 检测温湿度数据LcdGotoXY(1,2); / 定位到要显示温度的地方LcdPrintNum(temp);/ 显示温度值LcdGotoXY(1,11);/ 定位到要显示湿度的地方LcdPrintNum(humi);/ 显示湿度值playvalue(); /播放语音for(i=0;i25;i+)KeyScanf();/ 按键扫描DelayMs(20);/ 延时5 制作过程叙述5.1 简介制作过程本次语音播报温湿度计的制作，自始至终我们都亲身参与，亲手制作，包括：电路板的制作、元器件的焊接、程序的烧录、用Proteus软件做仿真和最后的调试、检验。5.2焊接元器件在充分了解了电路中所需的各元器件的功能和性能，掌握了单片机原理及其应用，对温湿度原理图有了充分的了解之后，我们开始焊接元器件。首先完成了最小系统、复位电路的焊接，在用万用表及直流电源检测变压电路性能良好的情况下，又依次完成了液晶显示屏、语音模块等各部分元器件的焊接。在走线的时候，尽量做到无交叉、无飞线简洁，美观。5.3调试、检测过程电路板焊接完毕，我们开始了调试程序，由于Proteus里没有与收音模块相对应的仿真功能，只有用I2C总线代替。最初将程序拷进单片机后发现液晶屏不亮，我们猜测电源处有问题，为了更好的观察，我们在电源附近焊接了一个发光二极管，经验证电源正负极接反，我们对电源进行了重新焊接后，发光二极管发光、显示屏显示内容。但液晶显示