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目录 第 1 章 绪论 1 11 引言 1 12 研究背景 1 13 智能家电技术现状及发展趋势 1 131 智能家电技术现状 1 132 智能家电发展趋势 2 133 智能家电发展存在问题 3 14 本文主要研究内容 3 第 2 章 系统的设计方案比较 5 21 系统总体设计方案 5 22 温度测量模块方案比较 5 23 光线测量部分方案比较 6 24 显示部分的方案比较 7 第 3 章 系统核心器件的选择及其开发环境的使用 8 31 系统核心器件的选择 8 32 系统开发平台的介绍 9 331 开发环境界面组成 10 332 在开发环境下进行工程开发的过程 12 第 4 章 系统设计的实现 15 41 温度传感模块的设计实现 15 411 温度传感模块设计方案 15 412 温度传感模块硬件设计 15 413 温度传感模块软件设计 17 42 光线监测模块的设计实现 22 421 光线监测模块设计方案 22 422 光线监测模块硬件设计 22 423 光线监测模块软件设计 22 43 液晶显示模块的设计实现 27 44 语音提示模块的设计实现 30 第五章 系统测试 32 51 系统各模块与 61A 开发板线路连接 32 52 系统测试 33 总结 35 致谢 36 参考文献 37 智能家电网络化研究环境监测模块设计 1 第 1 章 绪论 11 引言 家用电器是在家庭及类似场所中使用的各种电器。又称民用电器、日用电器。美国 是家用电器的发祥地。1879 年美国 T.A.爱迪生发明白炽灯，开创了家庭用电时代。20 世 纪初，美国 E.理查森发明的电熨斗投放市场，促使其他家用电器相继问世。随着家电技 术和人们生活水平的提高，智能家电应运而生，并迅速向前发展，开辟了家电史上的一 个新的时代1。 12 研究背景 社会的发展，人民生活水平的提高，促使着厂家在研发产品时向着更高的技术水平 发展。新的产品要有较高的技术含量，能方便操作，能通过理解主人的想法自主工作， 能通过远程控制。于是就有了智能家电。智能家电的出现，代表着家电史上一个新世纪 的到来。 13 智能家电技术现状及发展趋势 131 智能家电技术现状 现在各国的研究机构都在对智能家电网络化系统进行研究，也有一些突破性进展。 市面的智能家电从智能程度来划分主要可以归结为两个大类2： 第一种是单体智能，这种智能家电本身具有很高的科技含量，是一种模拟人类智能 功能的家电。例如模糊电饭煲中，检测饭量并进行对应控制是一种模拟人的智能的过程。 在电饭煲中，检测饭量不可能用重量传感器，这是环境过热所不允许的。采用饭量多则 吸热时间长这种人的思维过程就可以实现饭量的检测，并且根据饭量的不同采取不同的 控制过程。这种电饭煲是一种具有单项智能的电饭煲，它采用模糊推理进行饭量的检测， 同时用模糊控制推理进行整个过程的控制。 第二种是交互式智能，可以根据用户发出的指令，一次性完成对所有步骤的控制， 可以实现一定程度的人机对话，可以通过一定的通信方式进行远程控制等。这类智能家 电上市的比较有代表性的产品有： 1） NEYWELL 公司的智能家庭产品：它可以通过设在家庭内的控制面板、电话或连网 的计算机来监控智能家居的报警系统、照明系统、智能信息家用电器和智能调温设备。 福州大学本科生毕业设计（论文） 2 2） STARGATE 的家居自动化系统（JDS 公司出品）：它可集中控制照明、报警、室 温调节、家庭影院、视频/音频、语音邮件、监控、灌溉等系统，还允许通过网络更新控 制程序，无需通过更换 EPROM 就可完成软件的升级。 3) NI 智能家居系统（HAI 公司出品）：主要有三类产品， OMNILT、OMNI、OMNIPRO，分别适用于普通家庭、办公室及高级住宅。可用于协调控制这 些地方的照明、调温、保安等系统。所有 OMNI 产品都配有内置的串口，可用来与 INTERNET 连接。用户可借助于 HAI 公司的软件 Web-Link，通过网络对控制器进行设置。 4) ALdeluxe 智能家居系统（HAL 公司出品）：它在 PC 机上集成了家居系统的所有 控制，包括电灯、设备、空调系统、电话、保安系统、家庭影院和互联网系统等。用户 可以在任意地点通过声控实现对这些系统的控制。由于 HAL 是通过房间里现有的电源线 从 PC 机上传送命令，用户不需要对房间进行重新布线。 5) Vantage 家居自动化系统（Vantage 公司出品）：用户可以控制照明、保安、音 频/视频、制冷/保暖、窗帘、水泵、喷泉和汽车等系统。 132 智能家电发展趋势 智能家电网络化的发展趋势要求智能家居系统具有更加有效、开放、成熟的平台标 准，包括网络接口标准和服务标准。 (1)智能家居的网络接口： 目前智能家电之间的网络所使用的通信介质主要有：电话线、网络电缆、能源线、 无线和红外线。电话线主要用于解决没有网络连接的家庭的上网问题，其网络速度较低； 网络电缆指的是网络速度较高的 DSL、ISDN 等专线连接，主要是同轴电缆或光缆；能源 线主要是指家里的电源线，采用能源线的好处是，不需要在家里重新布线，可利用现有 的电源插座；无线通信则为用户使用提供了灵活性和可移动性；红外通信同样具有灵活 性和可移动性，但受到带宽和障碍物的限制。目前家庭内部网络有线通信主要采用 LAN 通信技术，无线通信正在逐渐成熟并将取代有线通信。家庭网络和 Internet 的通信主要 采用高速专线连接。 家庭内部局域无线通信，主要采用 BlueTooth、WAP、HomeRF、IEEE802.11 和 IEEE1394；家庭内部有线通信主要采用 10/100BaseT 局域网技术。能源线的通信协议主 要采用 X10 通讯协议。家庭内部网络和 Internet 的通信主要采用 TCP/IP 通信协议。 (2)信息家电平台的相关方案和标准： 1)HAVI（Home Audio/Video interoperability）体系。是关于家庭网络中音频/视 频电子产品的互联和控制方面的标准。它建立在 IEEE-1394 的底层协议基础上，主要实 现 HAVI 设备之间的数字音频/视频内容的传送以及对该内容的操作，如播放、录像、回 放等。典型的 AV 内容有由信息家电平台接受的数字电视和由数字录像机、CD 等所产生的 智能家电网络化研究环境监测模块设计 3 内容。互操作性是 HAVI 标准的主要特点，一个 HAVI 设备上的应用软件可以探测并直接 使用联入 HAVI 网络上其他设备所提供的功能。 2）Jini 技术。是 Sun 公司提出的基于 Java 的一项技术。它可以使各种设备方便地 连到网络上。即：任何计算设施不需预先配置和安装，便可在任何时间地点加入网络， 并能和网络中已有的各种软硬件一起协调工作完成分布式计算。Jini 体系结构的目的是 将成组的设备和软件构件联合成一个单 一、动态的分布式系统。联合后的联邦系统向用 户提供如下能力：(a)简单的网络访问；(b)网络的易于管理；(c)在保持单机或工作站的 灵活性、统一响应和控制的情况下，支持由邦联系统提供的共享能力。 3）OSGi(Open Service Gateway Initiative)开发服务网关。 是由 Ericsson、 ABB、 Alcatel、Cisco、 IBM、 Nortel、 Siemens、 HP、 Oracle、 Philips、Sun、Motorola、 Lucent 等电信、计算机、电器巨人发起建立的一个工作组和 开放式的论坛。其主要的功能是，为连接 Internet 上的商业服务和下一代智能电器定义 一个开放的标准。因此 OSGi 将成为智能信息家电平台服务标准。OSGi 规范将为 Internet 服务提供商(ISP)、网络控制员、设备制造商提供通过运行在家中或远程地点 的网关服务器传递各种电子商务服务的公共平台。OSGi 在 2000 年刚刚发布了它的服务网 关规范 1.0。 133 智能家电发展存在问题 (1)国内在网络化智能家电系统的研究方面速度较为缓慢。 (2)市场定位不明确。国内一些有实力进行网络化智能家电系统的研究的企业把自己 的主打产品定位在高端消费的基调，设计出的智能家电系统虽然功能强大，但是不能兼 容传统家电，使原本功能强大的智能家电功能单一。 (3)优势未能显现。以智能技术为依托的智能家电制造行业，由于产品开发比重大， 技术含量高，仿制和简单模仿变得非常困难，在单兵作战竞争力不足的情况下，产业化 发展受到很大的限制，影响了在家电行业的综合竞争力。部分拥有核心专利技术和高附 加值产品的企业，由于害怕模仿最终带来低档次、低价格的恶性竞争，转让或传授先进 技术和产品制造工艺的积极性不高，龙头企业带动作用并不明显。 (4)热炒不热卖，价格是瓶颈。智能电器的功能绝对很吸引消费者,关键是价格太高。 同一品牌的电器,智能化产品与传统产品的差价在 2-5 倍之间,这让不少的普通消费者望 而却步。所以,商家必须在加大企业科研力度,减少流通环节上下足功夫压缩成本,注重在 功能细节和消费者切实享受到的方便和利益之间找到结合点。另外,商家也应该和政府部 门密切配合,共同营造一个和谐的市场氛围,搭建一个良好的市场平台。 福州大学本科生毕业设计（论文） 4 14 本文主要研究内容 一个完整的智能家电网络化系统可以分为五个分系统，即环境监测系统、智能家电 系统、网络传输系统、核心控制系统和客户端。 现在各国的研究机构都在对智能家电网络化系统进行研究，也有一些突破性进展。 出于各方面的局限，本次毕业设计只能对其中的一个部分进行研究，我选择对环境监测 分系统进行深入的探索。 环境监测分系统在整个系统中起到了感知周围环境的作用，将环境因素中每一个细 小的变化探测出来并传回核心控制部分，以便核心控制部分计算出应对的动作，并向各 智能家电发出指令，控制智能家电的运行。 本次毕业设计的内容是设计一款基于凌阳 16 位单片机 SPCE061 的智能家电网络化系 统的环境监测分系统。此系统可以测量家庭室内环境温度和光线的情况。并根据相应设 置情况报警并提供语音播报、提示功能；同时扩展液晶模组，显示温度光线状况等。 智能家电网络化研究环境监测模块设计 5 第 2 章 系统的设计方案比较 21 系统总体设计方案 本次毕业设计的内容是设计一款基于凌阳 16 位单片机 SPCE061A 的智能家电网络化 系统的环境监测分系统。此系统可以测量家庭室内环境温度和光线的情况。并根据相应 设置情况报警并提供语音播报、提示功能；同时扩展液晶模组，显示温度光线状况等 系统总体设计框图如图 2-1 所示。 图 2-1 系统总体设计框图 22 温度测量模块方案比较 方案一：使用 DS18B20 作为温度传感部件。DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS18B20 之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直 接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现 912 位的数字值读数方式。 可以分别在 93.75 ms 和 750 ms 内完成 9 位和 12 位的数字量，并且从 DS18B20 读出的信 息或写入 DS18B20 的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总 线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20 供电，而无需额外电源。因而使用 DS18B20 可 使系统结构更趋简单，可靠性更高。 温度测量模块 凌阳 16 位单片机 SPCE061A 光线测量部分语音提示模块 液晶显示模块 福州大学本科生毕业设计（论文） 6 方案二：使用传统的热敏电阻作为温度传感部件。热敏电阻本身及装配起来以后体 积很小，灵敏度高，响应速度快，不需要补偿连接导线和电阻，标尺量程小（可小到 1） ，能应用长的连接导线，低温测量时精确度可接近热电偶；比热电偶的测量线路简单。 但是热敏电阻器的电压输出与温度不具有线性关系，需通过查表或外加线性化电路，才 能得到准确的温度。而且，热敏电阻器在高温区段电压变化率较小，不易分辨，造成温 度测量的误差较大。这是热敏电阻器的最大缺点。 通过比较，我们发现，DS18B20 在许多方面要比传统的热敏电阻好用得多。但是在对 一般的家庭的温度测量中，对温度的测量的精度要求不高，精确度在 1已经足够了，同 时考虑到对反应时间的低要求和工业化量产的成本控制，我选择方案二，使用传统的热 敏电阻作为温度传感部件。 23 光线测量部分方案比较 方案一：使用光敏电阻作为光线测量传感部件。光敏电阻器由能透光的半导体光电 晶体构成 ，因半导体光电晶体成分不同，又分为可见光光敏电阻（硫化镉晶体） 、红外 光光敏电阻（砷化镓晶体） 、和紫外光光敏电阻（硫化锌晶体） 。当敏感波长的光照半导 体光电晶体表面，晶体内载流子增加，使其电导率增加（即电阻减小） 。值得注意的是， 光照特性（随光照强度变化的特性） 、温度系数（随温度变化的特性） 、伏安特性不是线 性的，如以 CdS（硫化镉）光敏电阻的光阻有时随温度的增加而增大，有时随温度的增加 又变小。 方案二：使用光电二极管作为光线测量传感部件。光电二极管和普通二极管相比， 除它的管芯也是一个 PN 结、具有单向导电性能外，其他均差异很大。首先管芯内的 PN 结结深比较浅（小于 1 微米） ，以提高光电转换能力；第二 PN 结面积比较大，电极面积 则很小，以有利于光敏面多收集光线；第三光电二极管在外观上都有一个用有机玻璃透 镜密封、能汇聚光线于光敏面的“窗口” ；所以光电二极管的灵敏度和响应时间远远优于 光敏电阻。光电二极管的优点是线性好，响应速度快，对宽范围波长的光具有较高的灵 敏度，噪声低；缺点是单独使用输出电流（或电压）很小，需要加放大电路。适用于通 讯及光电控制等电路。 这两种方案中使用的光敏电阻和光电二极管在价格上比较相近。光敏电阻的主要缺 点是在温度变化剧烈的时候会不稳定，但是在家庭的温度环境中不会出现短时间的温度 剧变，所以光敏电阻这个缺点在本次设计中可以忽略。而光电二极管单独使用输出电流 （或电压）很小，需要加放大电路，这无形中增加了电路调试中出错的可能性。所以我 选择方案一，使用光敏电阻作为光线测量传感部件。 智能家电网络化研究环境监测模块设计 7 24 显示部分的方案比较 方案一：使用 1602 液晶显示模块作为显示部件。1602 液晶显示模块以其微功耗、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。 1602 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。但是因为它的屏幕较小，所以不能显示某些图案，1602 液晶模块内部的字符发 生存储器（CGROM)只存储了包括阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文 假名等 160 个不同的点阵字符图形。 方案二：使用 12864 液晶显示模块作为显示部件。12864 液晶显示模块同样具有微功 耗、显示内容丰富等特点，它的体积比 1602 稍大一些，但也算是超薄轻巧。同时它可以 通过在程序行中直接插入汉字来实现调用汉字，并且可以显示图象。 在对这两款液晶显示模块的性能进行比较，同时考虑到整体系统需要显示的信息量 比较大，而且今后还可以制作图画界面，使人机对话更具乐趣，我选择使用 12864 液晶 显示模块作为显示部件。 福州大学本科生毕业设计（论文） 8 第 3 章 系统核心器件的选择及其开发环境的使用 31 系统核心器件的选择 作为一个自动化系统，其最主要的器件非 MCU 微控制器单元莫属。MCU 在整个系统中 充当“大脑”的角色，不但要负责对数据的接收和输出，还要负责对数据进行处理、记 忆和对外围设备的控制。对 MCU 选择是否恰当在一个系统的设计中起到举足轻重的作用。 本次设计我选用凌阳公司开放的 SPCE061A 型 16 位单片机（如图 3-1）作为系统的 MCU。最主要的原因是本次设计中涉及到较多的 A/D 转换，而 SPCE061A 自带 7 通道 10 位 电压模-数转换器(ADC)，可以省去 A/D 转换部分的外围电路，同时 SPCE061A 在处理速度 和精度方面也十分强大，加上之前有使用 SPCE061A 进行过产品的开发，所以 SPCE061A 成为我的最终选择。 图 3-1 SPCE061A 芯片 SPCE061A 的主要特点如下12： (1)16 位 unSP微处理器； (2)工作电压：VDD 为3.03.6V(cpu), VDDH 为 VDD3.05.5V(I/O)； (3)CPU 时钟：0.32MHz49.152MHz ； (4)内置 2K 字 SRAM； (5)内置 32K FLASH； (6)可编程音频处理； (7)晶体振荡器; (8)系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于 2mA3.6V； (9)2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； 智能家电网络化研究环境监测模块设计 9 (10)2 个 10 位 DAC(数-模转换)输出通道； (11)32 位通用可编程输入/输出端口； (12)14 个中断源可来自定时器 A / B，时基，2 个外部时钟源输入，键唤醒； (13)具备触键唤醒的功能； (14)使用凌阳音频编码 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳 210 秒的语音数据； (15)锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号； (16)32768Hz 实时时钟； (17)7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； (18)声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能； (19)具备串行设备接口； (20)具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； (21)内置在线仿真电路 ICE（In- Circuit Emulator）接口。 (22)具有保密能力 (23)具有 WatchDog 功能（由具体型号决定） 32 系统开发平台的介绍 本次设计采用“61”板进行开发（如图 3-2，图 3-3） ， “61 板”是 SPCE061A EMU BOARD V1.0 的简称,是以 16 位单片机 SPCE061A 为核心的精简开发仿真实验板，大小 相当于一页扑克排，是“凌阳大学计划”专为电子爱好者、课设、毕设及电子竞赛所设 计的。硬件电路包括有电源电路、音频电路（含 MIC 输入部分和 DAC 音频输出部分） 、复 位电路等。它体积小、采用电池供电，方便学生随身携带12。 福州大学本科生毕业设计（论文） 10 图 3-2 “61”板结构框图 图 3-3 “61”板 使用“61”板进行对 SPCE061A 的开发是通过在线调试器 PROBE 实现的。PROBE 即是一个编程器（即程序烧写器） ，又是一个实时在线调试器。用它可以替代在单片机应 用项目的开发过程中常用的两件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器。它利用了 SPCE061A 片内置的在线仿真电路 ICE（In- Circuit Emulator）和凌阳公司的在线串行编程 技术。PROBE 工作于凌阳 IDE 集成开发环境软件包下，其 5 芯的仿真头直接连接到目标 电路板上 SPCE061A 相应管脚，直接在目标电路板上的 CPUSPCE061A 调试、运行 用户编制的程序。PROBE 的另一头是标准 25 针打印机接口，直接连接到计算机打印口与 上位机通讯，在计算机 IDE 集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。另外，为了配 合学校学生使用方便，凌阳专门制作了一款“EZ_probe”，它相当与一个简易的“写入器”， 当学生在自己的 PC 机上将程序调试通过，并编译后，执行一个应用程序，将编译后的文 件再通过该“EZ_probe”写入芯片中。 33 SPCE061A 的开发环境介绍。 nSP IDE 集成开发环境集程序的编辑、编译、链接、调试以及仿真等功能为一体。 具有友好的交互界面、下拉菜单、快捷键和快速访问命令列表等，使编程、调试工作方 便且高效。此外，它的软件仿真功能可以在不连接仿真板的情况下模拟硬件的各项功能 来调试程序10。 331 开发环境界面组成 智能家电网络化研究环境监测模块设计 11 nSP IDE 集成开发环境的界面（如图 3-4）通常由标题栏、菜单栏、工具栏、 workspace 窗口（如图 3-5） 、output 窗口（如图 3-6） 、edit 窗口（如图 3-7）和 debug 窗口组成。 图 3-4 nSP IDE 集成开发环境的界面 福州大学本科生毕业设计（论文） 12 图 3-5 workspace 窗口 图 3-6 output 窗口 智能家电网络化研究环境监测模块设计 13 图 3-7 edit 窗口 332 在开发环境下进行工程开发的过程 在开发环境下进行工程开发的步骤如图 3-8 所示 创建工程生成文件 加载程 序 向工程添加文件和资源 工程编制（包括 编译和链接） 运行程 序 设置工程（一般使 用系统默认设置） 图 3-8 进行工程开发的步骤 （1）创建工程 nSP IDE 运行之后可以开始创建程序的工程，工程包括创建一个特定程序所要的 各信息，步骤如下： 1）选择 File 打开 New 对话框选择 Project 标签； 2）在 File 文本框内输入工程名称； 3）在 Location 文本框内输入工程文件的路径； 4）在 Select Body Here 区域内选择 Probe； 5）单击 OK 创建工程。 这时 nSP IDE 生成一个新的工程信息在 workspace 窗口显示，如果 workspace 窗 口没有显示，可以选择 Viewworkspace，打开 workspace 窗口。 （2）生产文件 步骤如下： 1)在 FileNew 打开 New 对话框，选择 File 标签； 2)在 File 页的文件类型清单里选择要创建的文件类型； 3)在 File 框内输入源文件名称； 4)Location 内包含了生成文件时指定的项目文件夹路径； 5)选择 Add to Project,可把源文件添加到某个项目中； 6)单击 OK 生成文件。 输入程序代码后选择 FileSave，可保存输入的内容。 福州大学本科生毕业设计（论文） 14 （3）向工程添加文件和资源 可以通过两种方式向工程添加文件： 1)选择 ProjectAdd to ProjectFile/Resource，激活 Add File 对话框。 2)右击工程窗口的文件夹，在快捷菜单里选择 Add File to Foldeer 激活 Add Files 对话框。 （4）设置工程 在编制工程之前，可改变影响工程源文件编译、链接的设置，为改变设置，选择 ProjectSetting，打开名为 Setting 的设置对话框。一般采用系统默认设置，不需要 修改工程设置。 （5）工程的编制 编制工程是对工程中的程序进行编译，然后把编译生成的二进制代码和库文件模块 链接在一起，生成可执行目标代码文件和符号表文件的过程。 主要编制项目命令： 选择 BuildCompile 对当前文件进行编译。 选择 BuildBuild 编制工程。 选择 BuildRebuild All 重新编制当前工程目标后，将处理当前工程中的所有文 件。 选择 BuildStop Build 停止当前工程目标编制。 编制过程中产生的各项信息均显示在 Output 窗口的 Build 页内，包括程序编制过程 里产生的一些错误和警告信息。若没有显示错误，则说明通过了编译链接，用户可进行 程序的调试。在等待文件编制的过程中，可利用 nSP IDE 完成其他操作，不过此时有 些菜单命令和工具栏中的按钮无效。 当用户选择 BuildStop Build 后，nSP IDE 首先要试图阻止当前工具的运行。 若阻止不了，则会等待当前工具运行结束才终止编制过程。 （6）运行程序 完成工具编制后，用户就可以运行所编写的程序了。 （7）加载程序 选择 FileLoad Program，将用户程序的可执行代码载入到内存内。 智能家电网络化研究环境监测模块设计 15 第 4 章 系统设计的实现 41 温度传感模块的设计实现 411 温度传感模块设计方案 温度传感器选用选用传统的热敏电阻作为温度感应的传感部件。电源电压经稳压管 TL431 稳压到 2。5V，提供给 10K 电阻和热敏电阻组成的分压电路。测量热敏电阻所分得 的电压，并送单片机进行 A/D 转换，计算后查表得到对应的温度值。 412 温度传感模块硬件设计 温度传感器选用传统的热敏电阻作为温度感应的传感部件。热敏电阻本身及装配起 来以后体积很小，灵敏度高，响应速度快，不需要补偿连接导线和电阻，标尺量程小 （可小到 1） ，能应用长的连接导线，低温测量时精确度可接近热电偶；比热电偶的测 量线路简单。同时本次设计的温度传感器使用的场所是家庭环境，对温度的测量的精度 要求不高，精确度在 1已经足够了，而且家庭环境中的温度范围不大，不会涉及到高温 部分，所有热敏电阻器在高温区段电压变化率较小、不易分辨、造成温度测量的误差较 大的缺点完成可以忽略。 TL431 是德州仪器公司（TI）生产的一种有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。 它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从 Vref（2.5V）到 36V 范围内的任何值。 该器件的典型动态阻抗为 0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电 压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。它的封装形式有两种，一种封装形似三 极管，与三极管 9013 外观相同（如图 4-1） ，另一种封装为 42 个管脚的双直插形式 （如图 4-2） 。 图 4-1 TL431 福州大学本科生毕业设计（论文） 16 图 4-2 TL431 TL431 的主要参数为： 最大输入电压为 37V; 最大工作电流 150mA; 内基准电压为 2.5V;输出电压范围为 2.530V。 TL431 的基本连接方法有两种，一种是作为 2.5V 基准电源（如图 4-3） ，一种是作为 可调基准源（如图 4-4） 。 图 4-3 TL431 作为 2.5V 基准电源接法 图 4-4 TL431 作为可调基准源接法 本次设计中，使用的是 TL431 作为 2.5V 基准电源的连接方法。电源电压经稳压管 TL431 稳压到 2。5V，提供给 10K 电阻和热敏电阻组成的分压电路。热敏电阻分得的电压 通过 TO 输出，可以把 SPCE061A 单片机 ADC 的任一通道与 TO 连接，利用单片机进行 A/D 转换，并计算出对应的温度。 智能家电网络化研究环境监测模块设计 17 413 温度传感模块软件设计 温度传感模块软件部分由温度测量程序、A/D 转换程序和中断服务程序三个部分组成。 （1）温度测量程序 温度测量程序包含了温度测量端口初始化程序 Temp_Init()和温度测量函数 Temp_measure()。 1）建立标定电压值数组 程序中首先先定义了一个数组 floatV125=1.576304,1.558983,1.541521,1.523924,1.506198,1.488351,1.47038 9,1.452319,1.434150,1.415889,1.397544,1.379122,1.360632,1.342083,1.323481,1.3 04837,1.286158,1.267453,1.248731,1.230000,1.230000,1.211269,1.192547,1.173842,1 .155163,1.136519,1.117917,1.099368,1.080878,1.062456,1.044111,1.025850,1.0076 81,0.989611,0.971650,0.953802,0.936076,0.918479,0.901017,0.883696,0.866524,0. 849505,0.832646,0.815952,0.799428,0.783080,0.766911,0.750927,0.735131,0.71952 8,0.704121,0.688913,0.673907,0.659107,0.644514,0.630131,0.615961,0.602004,0.5 88263,0.574738,0.561431,0.548342,0.535473,0.522823,0.510392,0.498181,0.486190,0 .474417,0.462862,0.451525,0.440405,0.429499,0.418808,0.408329,0.398061,0.3880 03,0.378152,0.368507,0.359066,0.349826,0.340785,0.331941,0.323291,0.314834,0. 306566,0.298485,0.290588,0.282873,0.275336,0.267976,0.260789,0.253772,0.24692 3,0.240239,0.233717,0.227353,0.221146,0.215092,0.209187,0.203431,0.197819,0.1 92348,0.187016,0.181821,0.176758,0.171826,0.167021,0.162341,0.157783,0.153345,0 .149023,0.144815,0.140719,0.136734,0.132852,0.129076,0.125401,0.121825,0.1183 46,0.114962, 0.111669,0.10847,0.105353,0.1023233,0.099378; 这个数组的作用是用来存放 0125 摄氏度对应热敏电阻分到的标定电压值当测量的 电压值 iADDataVx+1时，测量到的温度 iTemp = x。 2）温度测量端口初始化程序 Temp_Init() 温度测量端口初始化程序 Temp_Init()的功能是把 IOA0 初始化为悬浮的输入口。 /= /语法格式: void Temp_Init(void) /功能描述: 温度测量初始化 /入口参数: 无 /出口参数: 无 /= 福州大学本科生毕业设计（论文） 18 void Temp_Init(void) *P_IOA_Dir /初始化 IOA0(LINE1)为悬浮输 入口 *P_IOA_Attrib |= 0x0001; *P_IOA_Data /= 3）温度测量函数 Temp_measure() 温度测量函数流程图如图 4-5 所示 图 4-5 温度测量函数流程图 是否完成 10 次测量？ 开始 开中断 测温端口初始化 Y N 计算 10 次测量的电压平均值 返回温度值 查表计算出温度值 智能家电网络化研究环境监测模块设计 19 该函数返回测量温度值，为了保证测量结果准确性，在 10ms 内测量 10 次，取平均 值。 /= /语法格式: unsigned int Temp_Measure(void) /功能描述: 温度测量,测量得到的数据存放在 iTemp 中 /入口参数: 无 /出口参数: 温度值 /= unsigned int Temp_Measure(void) unsigned int x,iTemp,Flag;/ADData 用来存放 A/D 转换的数 据,x 用来循环,iTemp 用来存放 温 度值 float iADData; /iADData 用来存放转换后的电压数 据 iADData = 0.0000;/初始化为 0 Flag = 1; Temp_Init();/端口初始化 *P_INT_Ctrl = 0x0010; _asm(“int irq“); while(Flag) if(Counter=10) _asm(“int off“); ADData = ADData/10; /取 10 次测量数据的平均值 iADData = iADData+ADData*3.3/0x03ff; /把 A/D 转换后数据计算成 电压,并进行累加 福