09温度监控报警系统论文.doc

温度监控报警系统（D题）的电子制作及研究作者：古深豪 朱海平 胡凯指导老师：张建荣 邬金萍摘要：本论文描述为温度监控报警器，该电子制作主要用温度的监控与报警。采用ISD1420作为语音播报的芯片，将温度以语音形式播出。控制系统采用单片机80C51，可将采集的温度进行处理，然后作为语音和数显的温度取值。可设置多个键，如温度上下键、语音播报键、复位键等，来控制整个电子产品。在该电子制作中采用了DS18B20用于采集温度，可自动将采集的温度信号转换为数字信号，在以串运用动态数码管将采集的温度信号转换为图像信号。显示采用四位的动态数码管，扫描显示相应的温度值。显示采用四位的动态数码管，扫描后显示相应的温度值。关键词:单片机；温度监控报警；数显；语音播报 Temperature monitoring alarm system Abstract: This paper described as temperature monitoring alarm, this electronic production mainly with temperature monitoring and alarm.。The control system adopts 80C51 SCM acquisition of the temperature, can be processed and then as voice and digital temperature value. Can install multiple keys, such as temperature key, speech broadcast keys, the reset button, etc, to control the whole electronic products.In the electronic production adopted DS18B20 used for collecting temperature, it can automatic acquisition of the temperature will signals into digital signals。Display using four dynamic digital tube, after a scan showed the corresponding temperature. Adopt ISD1420 chips as speech broadcast， Will the temperature to broadcast phonetic forms. Key words: microcontroller Temperature monitoring Digital display Speech broadcast第1章 绪论第2章 温度监控报警器基本介绍2.1温度监控报警器的功能 2.2 发展前景 第3章 温度报警器的制作过程3.1温度监控报警器系统的论证 3.1.1 温度采集的设计方案认证与选择 3. 1. 2 主控电路控制的设计与论证 3. 1. 3 显示电路的设计与论证 3. 1. 4 语言播报电路的设计与论证 3. 1. 5 电源方案的选择3.2系统框图 3.3制作与调试 3.3.1主控模块的设计 3.3.2温度的采集3.3.3按键电路模块的设计3.3.4报警电路的设计3.3.5上电复位模块的电路设计3.3.6数显电路模块的设计3.3.7语音播报模块的电路设计3.3.8单片机系统及数显电路 3.3.9语音及电源电路 3.4.0射频模块3.5 软件实现的功能检验第4章 关键元器件的介绍 4.1有关单片机语音录放电路的知识 4.2有关传感器的知识 总结与体会 致谢参考文献1绪论：温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。温度控制电路在工农业生产中有着广泛的应用。日常生活中也可以见到，如电冰箱的自动制冷，空调器的自动控制等等。电路的DS18B20探头接到外部环境，当环境温度升高或降低时，超过预定的值，会出现报警。现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。因此传感器在此温度报警器的制作中起了重要的作用，语音播报将数字信号换成语音信号。2 温度监控报警器基本介绍2.1温度监控报警器的功能现代社会是信息化的社会，随着安全化程度的日益提高，机房一一作为现代化的枢纽，其安全工作已成为重中之重，机房内一旦发生故障，将导致整个系统的瘫痪，造成巨大的损失和社会影响；敏探公司研发出机房超温报警系统，功能强大。 造成高温火灾有：电气线路短路、过载、接触电阻过大等引发高温或火灾；静电产生高温或火灾；雷电等强电侵入导致高温或火灾；最主要是机房内电脑、空调等用电设备长时间通电工作，导致设备老化，空调发生故障，而不能降温；因此机房内所属的电子产品发热快，在短时间内机房温度升高超出设备正常温度，导致系统瘫痪或产生火灾，这时超温监控报警系统就发挥应有的功能。本文介绍的是采用数字型输出型传感器DS18B20作为敏感元件和ISD1420作为语音播报元件的温度监控报警器，当由金属探头所接触的温度通过传感器到开关，如果温度超过预定值，连接报警器发出报警声，此时的发声的报警装置可以通过改变一些元器件的接法而发出不同的声音。为了更加明确实时温度,特添加由共阳极动态数码管.电路不仅在报警的同时，而且能够显示温度。2.2发展前景目前我国人民生活水平有所提高，一些电器产品正深入到千家万户，据统计，我国目前有约13亿人口，几乎每个家庭都用过象热得快之类的烧水工具。随之而来的便是由于使用不当或在使用的同时却忘了而发生的事故。如果将本系统用于实际，可以有效遏制该类事故发生。因此，如果实际的产品一旦投放市场，必将有很大的市场空间和广阔的发展前景。本产品克服了现在流行的报警器的缺点，成本低，具有更大的实用性、新颖性。主要创新点及应用前景如下：高灵敏度，高稳定性，报警及时，实现人音的播报模式。本系统能具有高灵敏度和高稳定性，得益于系统有很好的传感器和优良的语音录放器件。但是它仍然有一定的缺陷，自身有很大的局限性。如果能够把更好的传感器和语音录放器件应用到该产品中，该产品会有更广阔的发展前景。3 温度报警器的制作过程3.1温度监控报警器系统的论证 3.1.1 温度采集的设计方案认证与选择 （1）方案一：用AD590传感器采集信号AD590配以单片A/D转换器，单片机可构成显示数字温度计，电路如图1.1所示。校正时用一支精密水银温度计检测温度，仪表显示值与被测温度T（）相等。使用温度不能超过150.AD590将采集到的温度信号转化成电流，其温度电流公式,缺点是校准时太繁琐了，其采集到的信号还要A/D转换处理传到单片机。 VCCGNDR 10KOUT 123图1方案二：用DS18B20传感器采集信号DS18B20是 “单总线”数字温度传感器，它具有结构简单、体积小、功耗低、精度高、无须外接元件、用户可自行设定预警上下限温度等特点。“单总线”结构独特而且经济，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。内部有设有自动A/D转换功能，只有一个输出口，在设计和使用时都非常方便。方案三：用热敏电阻 热敏电阻使用方便，体积小，也时将温度信号转化成电压，再经过A/D转换但精度不高，比较难控制。 综上所述，电路简单，精确度高，完全符合题目的要求，所以选择方案二采用DS18B20传感器采用信号 3.1.2 主控电路控制的设计与论证方案一：采用FPGA作为系统的控制器。FPGA（现场可编程门阵列）可以实现各种负载的逻辑功能，它把所有的器件都集中在一块芯片上，体积小，稳定性高。同时FPGA可用EDA软件仿真调试，易于进行功能扩展，但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高，而FPGA的管脚也比较多，布线起来会比较复杂，成本也会偏高。方案二：用用单片机80C51作为系统的控制器。51系列的单片机的使用很简单，软件编程灵活。自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且功耗低，体积小，技术成熟和成本低。综上所述，电路较简单，应用起来比较方便，更加符合题目的要求，所以选择方案二采用单片机80C51作为系统的控制器3.1.3显示电路的设计与论证方案一：采用LCD显示。LCD具有轻薄短小、低耗电量，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于只需要显示温度，信息量少，且LCD液晶显示的成本相对来说比较高。方案二：采用普通的LED数码管作为显示器件。数码管具有低能耗、 低损耗、低压、寿命长、耐老化，防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境的要求低，易于维护，同时其精度比较高，操作简单，编程容易 ，资源占用较少。综上所述：采用普通的LED数码管作为显示器件3.1.4语言播报电路的设计与论证方案一：语音芯片ISD2500。它具有抗断电,音质好,使用方便等优，主要运用于电脑语音钟、语音数字万用表、手机话费查询系统以及公共汽车站报站器等。方案二：语音芯片ISD1420。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。具备分段录音功能，便于与单片机连接，这次设计中采用此芯片作为语音播报模块综上所述，采用方案二较为合适，选用芯片ISD1420作为语音播报芯片。3.1.5电源方案的选择方案一，采用集成稳压器件LM317制成直流稳压电源，可调输出电压较大318v，但该电路提供需要的较稳定的5v电压。方案二，采用三端稳压集成7805得到5V的稳定电压，该方法方便简单，工作稳定可靠。如图1.6综上所述，选择方案二采用7805稳压作为电源。7805稳压市电降压整流滤波输出3.2系统框图3.3制作与调试 3.3.1主控模块的设计 主控模块采用单片机89C51为控制的核心，对单片机的主要接口分配：P3.5蜂鸣器的输出，P3.6作为DS18B20的DQ的输入，P3.7作为语音播报键，P3.7为语音播报键，P3.1作为功能键，P3.2是温度上调键，P3.3是温度下调键，P1口数码管数据端，P0口语音芯片的发音地址，P2.4P2.7作为数码管数据位显输出端。 主控 如下图 3.3.2 温度的采集温度采集采用DS18B20，DS18B20是一块集成芯片，内部含有A/D转换器，能将采集的温度信号转换为数字信号。测量的温度范围-50-125。将DQ脚接P3.6. 3.3.3按键电路模块的设计S1为语音播报键，S2功能键，用于切换上下限及显示，S3上为调键，S4为下调键，S5为复位键。电路图如下：3.3.4报警电路的设计 前面提到P3.5接蜂鸣器。当温度超过上下限时，89C51的P3.5脚有低电平输出，蜂鸣器会发声报警。3.3.5上电复位模块的电路设计利用电容实现上电复位，在接电瞬间RST引脚的电位与VCC相同，随着电容的充电，RST引脚的电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间，单片机就可以进行复位操作。3.3.6数显电路的设计4位LED数码管引脚a、b、c、d、e、f、g、h、dp、通过限流电阻与插针座的一排插针，插针座的另一排插针与单片机PO端口相连接。4只位选通信号放大管V1V4的积极通过限流电阻接到另一插针座的03位的插针上，相对应的是单片机P2端口的P2.4P2.7位，放大管的集电极与数码管共阳极相连。3.3.7语音播报的电路设计语音播报接的是P3.7，当单片机有低电平给P3.7时，通过语音芯片ISD1420，实现转换为声音形式发声。3.3.8单片机系统及数显电路3.3.9语音及电源电路3.4.0射频模块3.5 软件实现功能的检验整体测试次数 温度测试温度 显示温度 1 71.5 72.9 2 65.567.4 3 56.758.6 4 45.344.5 5 42.540.6 6 37.735.9 7 30.629.5 8 15.114.4 9 5.57.14 有关键元器件的介绍 4.1有关单片机语音录放电路的知识 ISD1400系列单片机语音录放电路,片内由时钟振荡器、128K字节E2PROM（电可编程可擦除只读存贮器）、微音放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。一个最小的录放系统仅由一个驻极体话筒、一个喇叭、两个按钮、一个电源和少量的电阻电容组成。图1是其内部原理方框图。 和其它同类语音电路相比具有以下特点： 所需外围元件少,电路简单,操作方便。 采用直接模拟量存贮技术DAST（Direct Analog Strorage Technology）,再现优质原声。 零功率信息存贮,省掉备用电源。 信息可保存10年以上,可反复录放达10万次之多。 语音固化无需专用编程或开发装置。 较强的选址能力,可把存储器分成160段来进行管理。 具有自动省电模式,此时仅需0.5A的保持电流。 单一电源供电。 ISD1400电气特性如下： 工作电压VDD：5V. 静态电流ISTB：典型值 0.85A,最大值为2A. 工作电流IOP：典型值15mA,最大值30mA. 目前,ISD1400系列有下列型号：ISD1408、ISD1410、ISD1412、ISD1416、ISD1420。录放时间分别为：8秒、10秒、12秒、16秒、20秒。 ISD1400系列主要采用28脚DIP和SOG（小型双列封装）塑料包装。另一种是标准28脚双烈直插式COB软包装,其性能指标与DIP、SOG包装相同,并可与DIP互换代用,其价格是DIP、SOG包装的一半,目前国内普遍使用COB包装,其型号规格与ISD1400系列对应,分别为HY408、HY410、HY412、HY416、HY420. 本文主要介绍ISD1420电路,图2、图3分别是ISD1410（1408、1412）和ISD1420（1416）管脚排列图。各管脚功能简述如下： A0A7：地址输入端; VCCD：数字电路电源; VCCA：模拟电路电源; VSSD：数字地; VSSA：模拟地; SP+:喇叭（+）; SP-：喇叭（-）; SCLK：外接时钟（可选）; ANA IN：模拟量输入; ANA OUT：模拟量输出; AGC：自动增益控制; MIC：驻极体话筒输入; MIC REF：驻极体话筒参考输入; PLAYE：边沿触发放音; PLAYL：电平触发放音; REC：录音触发; RECLED：发光二极管接口; NC：空脚 由图2、图3可以看到ISD1410（1408、1412）与ISD1420（1416）不同之处是地址输入端除A3之外,其余均为空脚（NC）。由此说明ISD1410（1408、1412）不能分段应用,ISD1420（1416）则具有分段录放功能。 分段方法：ISD1420（1416）典型应用电路图,图中的“PLAYL”、“PLAYE”键只需选接一个即可,地址输入端A0A7有效值范围为0000000010011111,这表明最多可被划分为160个存贮单元,可录放多达160段语音信息。由A0A7决定每段语音的起始地址,而起始地址又直接反映了录放的起始时间。其关系见公式： TQ=0.125s（128A7+64A6+32A5+16A4+8A3+4A2+2A1+0）第一段语音从0秒开始,地址设置为00000000; 第二段语音从2秒开始,地址设置为00010000; 第三段语音从5秒开始,地址设置为00100000; 第四段语音从12秒开始,地址设置为01010000;4.2单总线温度传感器DS18B20简介DS18B20是DALLAS公司生产的单总线式数字温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干扰能力强、易配处理器等优点，特别适用于构成多点温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号（提供9位二进制数字）给单片机处理，且在同一总线上可以挂接多个传感器芯片。它具有3引脚TO92小体积封装形式，温度测量范围为55125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生，多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。DS18B20外形及引脚说明外形及引脚如图2所示：图2 管脚排列图在TO-92和SO-8的封装中引脚有所不同，具体差别请查阅PDF手册，在TO-92封装中引脚分配如下：1（GND）：地2（DQ）：单线运用的数据输入输出引脚3（VDD）：可选的电源引脚总结与体会1 制作中出现的问题及解决方案 1)电路设计的问题及解决 2）软件设计的问题及解决2. 体会在本次电子设计的过程中，我们发现很多的问题，虽然以前还做过类似这样的课程设计，但这次电路设计真的让我们长进了很多，从一无所有到最终产品的完成真