畢業(yè)設計---智能遙控室內調溫系統(tǒng)的設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目： 智能遙控室內調溫系統(tǒng)的設計</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　班 級: </p><p>　　專 業(yè)

2、： 電子信息工程</p><p>　　指導教師： </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　電氣與信息工程 學院 電子信息工程 專業(yè) 班</p><p>　　題 目 智能遙控室內調溫系統(tǒng)的設計 </p><p>　　任務起止日期

3、： 2010 年 3月22日～ 2010年 6月 25日</p><p>　　學 生 姓 名 學 號</p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　教研室主任 年 月 日審查</p><p>　　院 長

4、 年 月 日批準</p><p>　　一、畢業(yè)設計（論文）任務</p><p>　　注：1. 此任務書由指導教師填寫。如不夠填寫，可另加頁。</p><p>　　2. 此任務書最遲必須在畢業(yè)設計（論文）開始前一周下達給學生。</p><p>　　3. 此任務書可從教務處網頁表格下載區(qū)

5、下載</p><p>　　二、畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表</p><p>　　注：1. 此表由指導教師填寫；</p><p>　　2. 此表每個學生人手一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據；</p><p>　　3. 進度安排請用“一”在相應位置畫出。</p><p>　　三、學生完成畢業(yè)設計（論文）階段任

6、務情況檢查表</p><p>　　注：1. 此表應由指導教師認真填寫。階段分布由各學院自行決定。</p><p>　　2. “組織紀律”一檔應按《長沙理工大學學生學籍管理實施辦法》精神，根據學生具體執(zhí)行情況，如實填寫。</p><p>　　3. “完成任務情況”一檔應按學生是否按進度保質保量完成任務的情況填寫。包括優(yōu)點，存在的問題與建議</p><

7、;p>　　4. 對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據情節(jié)輕重對該生提出忠告并督促其完成。</p><p>　　四、學生畢業(yè)設計（論文）裝袋要求：</p><p>　　1. 畢業(yè)設計（論文）按以下排列順序印刷與裝訂成一本（撰寫規(guī)范見教務處網頁）。</p><p>　　(1) 封面 (2) 扉 頁</p

8、><p>　　(3) 畢業(yè)設計（論文）任務書 (4) 中文摘要 </p><p>　　(5) 英文摘要 (6) 目錄 </p><p>　　(7) 正文 (8) 參考文獻</p><p>　　(9) 致謝

9、 (10) 附錄（公式的推演、圖表、程序等）</p><p>　　(11) 附件1：開題報告（文獻綜述） (12) 附件2：譯文及原文影印件</p><p>　　2. 需單獨裝訂的圖紙（設計類）按順序裝訂成一本。</p><p>　　3. 修改稿（經、管、文法類專業(yè)）按順序裝訂成一本。</p><

10、;p>　　4.《畢業(yè)設計(論文)成績評定冊》一份。</p><p>　　5．論文電子文檔[由各學院收集保存]。</p><p>　　學生送交全部文件日期 </p><p><b>　　學生（簽名）</b></p><p>　　指導教師驗收（簽名） </p>

11、<p>　　智能遙控室內調溫系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前室內調溫系統(tǒng)多種多樣，燃氣熱水器室內調溫系統(tǒng)、地下水室內調溫系統(tǒng)、可編程室內自動調溫系統(tǒng)等。恒溫室內環(huán)境不但給人類提供了良好的生活空間，也給很多類型的動物、植物提供了最佳的生活空間。本課題采用電子信息技術、微型計算機技術進行設計，組成一個由微型計算機

12、控制和數據處理、記憶的智能遙控室內調溫系統(tǒng)。</p><p>　　本課題采用電子信息技術、傳感器技術、微型計算機技術進行設計，組成一個由微型計算機控制和數據處理、記憶的智能遙控室內調溫系統(tǒng)。文中傳感器理論單片機實際應用有機結合，詳細地講述了利用熱敏電阻作為熱敏傳感器探測環(huán)境溫度的過程，以及實現熱電轉換的原理過程。</p><p>　　本設計應用性比較強，設計系統(tǒng)可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系

13、統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。課題主要任務是完成環(huán)境溫度檢測，利用單片機實現溫度調節(jié)并通過計算機實施溫度監(jiān)控。設計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。</p><p>　　關鍵詞：溫度采集；AVR；紅外發(fā)送接收；Atmega16；報警系統(tǒng)；</p><p>　　INTELLIGENT REMOTE CONTROL THERMOSTAT SYSTEM F

14、OR INDOOR ABSTRACT</p><p>　　Variety of indoor temperature regulation system of the present, indoor gas heater thermostat system, groundwater system indoor thermostat, programmable room thermostat system. T

15、emperature indoor environment not only to provide a good human living space, butalso to many types of animals, plants provide the best living room. The subject of electronicinformation technology, micro-computer technolo

16、gy in design,composed of a micro-computer control and data processing, memory, intelligent remote contr</p><p>　　Key words: temperature measurement；AVR；infrared sending and receiving;Atmega16.</p><

17、;p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論………………………..……………………………….……………….…...……….....1</p><p>　　1.1 智能調溫系統(tǒng)的發(fā)展…….……..……………………………….…………….…........2</p><p>　　1.2 課題的背景和來源……..………………

18、……………….……………….….…....…....3</p><p>　　1.3 課題研究的內容……..……………………………….……………….……...…..........4</p><p>　　2 智能調溫系統(tǒng)總體設計方案…………..………………………….…………….…...….......5</p><p>　　2.1 設計要求……..…………………………

19、…….………………......................................5</p><p>　　2.2 各模塊方案選擇與論證…......……………………….……………….…….................5</p><p>　　2.2.1 設計思路.……..…………………….………………......................................

20、....5</p><p>　　2.2.2 控制模塊設計方案論證與選擇………………..................................................5</p><p>　　2.2.3 溫度采集模塊設計方案論證與選擇………………..........................................6</p><p>　　

21、2.2.4 顯示模塊設計方案論證與選擇………….………………….............................6</p><p>　　2.2.5 語音模塊設計方案論證與選擇……………………...………………...............7</p><p>　　2.2.6 鍵盤模塊設計方案論證與選擇..........................................

22、................................7</p><p>　　2.2.7 電源模塊設計方案論證與選擇……………..……………………….....……...8</p><p>　　2.2.8 數據存儲模塊設計方案論證與選擇..................................................................8</p&

23、gt;<p>　　2.2.9 紅外遙控模塊設計方案論證與選擇..................................................................8</p><p>　　2.3系統(tǒng)各模塊的最終方案…………………..…………………………………………..8</p><p>　　3系統(tǒng)硬件設計與實現…………………………………………………

24、………………….....12</p><p>　　3.1 整體電路的設計…….......…...…………………………………...............................12</p><p>　　3.2 溫度采集下位機電路設計………..……..……..…………………………...............13</p><p>　　3.3鍵盤模塊電路設計…

25、………………………………………..………..……....…......14</p><p>　　3.4語音模塊硬件路設計………….......……………..………….....................................14</p><p>　　3.5電源模塊硬件路設計……………………………………………………..................15</p>

26、<p>　　3.6 控制電路的設計.........................................................................................................16</p><p>　　3.7 紅外發(fā)射與接收模塊………………………………………………………….........16</p><p>　

27、　3.8 通信模塊的設計.........................................................................................................18</p><p>　　3.9 本章小結………………………………………………………………………….19</p><p>　　4系統(tǒng)軟件設計.........

28、...........................................................................20</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序整體設計.......................................................................................................20<

29、;/p><p>　　4.2下位機系統(tǒng)程序流程圖如4.1……………………………...……..……..........20</p><p>　　4.3 上位機系統(tǒng)程序流程圖4.2…………………………………………………………21</p><p>　　4.4 單片機串行通信程序的設計................................................

30、....................................22</p><p>　　5系統(tǒng)調試與測量.……………………...………………………….................................24</p><p>　　5.1 測量儀器………………………………………………………………….………… 24</p><p>　　5.2 指標測

31、試和測試結果………………………………………………………………..24</p><p>　　5.2.1 溫度與輸入電壓值的測試.................................................................................24</p><p>　　5.2.2 MAX141模數轉換芯片的基準電壓的測試……………………………...

32、......24</p><p>　　5.3 結論…………..............................................................................................................25</p><p>　　6 設計總結………………………………………………………………………………….26<

33、/p><p>　　參考文獻…………………….……………………...…………………………......................27</p><p>　　致謝……..……………………………….……………………..…………………………….28</p><p>　　附錄A電子元器件明細表………………………………………………………………….29</p><

34、;p>　　附錄B系統(tǒng)整體原理圖……………………………………………………………………..30</p><p>　　附錄C 部分程序清單…………………………………………………………………….…31</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　目前室內調溫系統(tǒng)多種多樣，燃氣熱水器室內調溫系統(tǒng)、地下水室內調溫系統(tǒng)、可

35、編程室內自動調溫系統(tǒng)等。恒溫室內環(huán)境不但給人類提供了良好的生活空間，也給很多類型的動物、植物提供了最佳的生活空間。本課題采用電子信息技術、微型計算機技術進行設計，組成一個由微型計算機控制和數據處理、記憶的智能遙控室內調溫系統(tǒng)。</p><p>　　本設計系統(tǒng)包括溫度傳感器，輸出控制模塊，數據傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調節(jié)驅動電路、紅外接收、語音播報七個部分。整個系統(tǒng)的核心是進行溫度監(jiān)控，完成了課題所對應的要求&

36、lt;/p><p>　　本溫度監(jiān)控系統(tǒng)由8位AVR型單片機為主控制器，以高精度AD590為溫度傳感器，通過16位AD MAX1415轉換得到數字量供單片機分析處理；然后單片機通過軟件分析計算后將溫度值通過12864液晶顯示，通過ISD1720語音芯片進行播報，同時將分析的數值通過射頻模塊發(fā)送出去，方便人們進行遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠精確測量0.1攝氏度以內的溫度，該系統(tǒng)同時設有可通過紅外遙控設定報警上線和下線值模塊，語音

37、播報更具人性化，液晶界面友好，還可以擴展功能，是理想的溫度監(jiān)控報警的設計方案。</p><p>　　1.1 智能室內調溫系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　溫度是表征物體冷熱程度的物理量，它在工業(yè)自動化、家用電器、環(huán)境保護、安全生產和汽車工業(yè)等行業(yè)中都是基本的檢測參數之一。溫度是溫度監(jiān)控系統(tǒng)中最基本、最為核心的衡量指標，也是測溫系統(tǒng)中最為重要的被控參數，因此對溫度進行準確的檢測一直是一個重要的

38、研究課題。因此，測量溫度的儀器在測溫系統(tǒng)中占有至關重要的地位。</p><p>　　國家標準GB7665一87對傳感器(Sensor)下的定義是:“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是

39、實現自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。而溫度傳感器是最早開發(fā)，應用最廣的一類傳感器。</p><p>　　溫度傳感器的使用范圍廣，數量多，居各種傳感器之首。</p><p>　　溫度傳感器的發(fā)展大致經歷了以下3個階段:</p><p>　　(1) 傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)，主要是能夠進行非電量和電量之間轉換;</p><p>　　(2

40、) 模擬集成溫度傳感器/控制器;</p><p>　　(3) 智能溫度傳感器。</p><p>　　目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式想數字式、集成化向智能化網絡化的方向發(fā)展。溫度傳感器按傳感器與被測介質的接觸方式可分為兩大類:一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。接觸式度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流理達到熱平衡，顯示值即為被測對象的溫度。

41、這種測溫方法精度比較高，并可測量物體內部的溫度分布。但對于運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸[2]。常用的是輻射熱交換原理。此種測溫方法的主要特點是可測量運動狀態(tài)的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測量溫度場的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。</p><p>　　智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世

42、。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。目前，國際上己開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器(或寄存器)和接口電路。</p><p>　　隨著科技的不斷發(fā)展，智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢:</p><p>　　(1)提高測溫精度和分辨力;</p><p>　　(2)增加測試功能。<

43、/p><p>　　另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通的方向發(fā)展，這為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。近年來，隨著工業(yè)生產效率的不斷提高，自動化水平與范圍的不斷擴大，對溫度檢測技術的要求也愈來愈高，各國專家都在有針對性地研究各種特殊而實用的測溫技術，并取得了重大進展。</p><p>　　1.2 課題的背景和來源</p><p>　　溫度是人們日常生活中接觸最

44、多的物理量，人們的日常生活、動植物的生存繁衍和周圍環(huán)境的溫度息息相關，石油、化工、冶金、紡織、機械制造、航空航天、制藥、煙草、檔案保管、交通運輸等領域對溫度也有著較高的要求。例如:印刷車間的溫度控制水平對印刷質量有很大的影響;為防止庫存武器彈藥、金屬材料等物品霉爛、生銹，必須保持環(huán)境溫度不能過高和干燥;而水果、種子、肉類等的保存也需要保證一定的溫度;在礦山、棉麻、塑料、食品生產加工等企業(yè)的生產環(huán)境中，如果空氣溫度不適應，極易發(fā)生不良反應

45、。</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，許多新興產業(yè)對環(huán)境提出了更高的要求:制造大規(guī)模集成電路需要極高的空氣潔凈度，生物化學制藥需要精確的溫度控制。因此，對溫度的監(jiān)測和控制己成為生產過程中非常重要的技術要求。目前，溫度傳感器已廣泛應用于氣象、農林、冶金、化工、紡織、食品、家用電器、交通等許多領域。溫度技術被廣泛應用于人們的日常生產和生活當中，傳感器無疑是測量系統(tǒng)中重要的組成部分。但是伴隨傳感器而來的是大量的數

46、據線纜。眾多的線纜不僅帶來布線復雜的不便，而且存在著短路、斷線隱患，成本高、易老化，錯綜復雜的線路還給系統(tǒng)的調試和維護增加了難度。同時對于一些臨時使用的傳感器，搭接線纜十分不便。因此，尋找一種便捷的、能夠滿足數據通信要求的無線通信技術，以解除線纜搭接復雜的困擾，成為一個函需解決的問題。無線通信技術與有線通信技術相比，有成本低、攜帶方便、不必穿墻鉆孔布線、搭建網絡簡單快捷等優(yōu)點。特別是在有線網絡不通暢或現場環(huán)境因素受限不便架設線路的情況下

47、，使用無線通信技術進行數據采集、傳輸顯得更加實用、高效、快捷。</p><p>　　1.3 課題研究的內容</p><p>　　本課題所研究的溫度采集系統(tǒng)是微電子技術在溫度測量方面的一個具體應用。該系統(tǒng)主要研究內容包括以下幾方面:</p><p>　　(1)選用溫度傳感器時，應重點考慮測量精度高，抗干擾能力強，穩(wěn)定性好，信號易于處理、傳送，便于多路測量，安裝方便，維

48、護簡單，環(huán)境溫度補償容易的器件。</p><p>　　(2)在硬件設計時，結構要盡量簡單實用、易于實現，應盡量使用各種總線技術，以節(jié)約系統(tǒng)有限的I/O資源，并使系統(tǒng)電路盡量簡單。</p><p>　　(3)在硬件電路和軟件程序設計時，一定要增加抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　(4)軟件設計必須要有完善的思路，要充分考慮到各傳

49、感器時序，做到程序簡單，調試方便。</p><p>　　2 智能調溫系統(tǒng)總體設計方案</p><p><b>　　2.1 設計要求 </b></p><p>　　1.12864液晶顯示：在條文運行過程中有顯示界面提示欲行的狀態(tài)。</p><p>　　2.紅外通訊：遙控器和調溫系統(tǒng)之間采用紅外通訊。</p>

50、<p>　　3.鍵盤：控制面板上有三個按鍵。一個功能鍵，另兩個分別是增加鍵和減少鍵。</p><p>　　4 溫度設置：通過以上三個按鍵或者紅外遙控可以設置16檔的調溫運行。</p><p>　　5.語音播報：語音報警。</p><p>　　2.2 各模塊方案選擇和論證</p><p>　　2.2.1 設計思路</p>

51、<p>　　題目的大部分要求還是在發(fā)揮部分，要做到滿足題目要求的同時有大較大的創(chuàng)新點。因此我們加入了無線收發(fā)模塊實現遠程監(jiān)控，和語音報警模塊，和溫度上升過程記錄且繪制過程曲線。</p><p>　　所以總共包括以下部分：溫度采集，菜單顯示，無線收發(fā)，語音報警，紅外收發(fā)，溫度記錄。這么大的工程量，為求的系統(tǒng)的穩(wěn)定，且有較大的靈活性，我們采用了5片AVR，一片Atmega16作為主機，他接收無線發(fā)來的A

52、D值和紅外發(fā)來的按鍵代碼值，予以處理；控制語音模塊實現報警和實時溫度讀數；將溫度數據記錄到片里EPROM，實現全程監(jiān)控。</p><p>　　由于每一個溫度計之間有一定的誤差，為適應這一點，我們增加了適應性操作，就是用系統(tǒng)自動記錄當前AD值，人工輸入當前的溫度值，且系統(tǒng)將記錄到EPROM里，實現一張簡單的表，我們只要記錄10 個就可以了，十分方便。</p><p>　　當EPROM記滿了，

53、將不在寫入，直到有擦除溫度記錄命令為止。</p><p>　　同時為增加系統(tǒng)絕對可控性，增加了矩陣鍵盤。在調試時可作為標志鍵使用，對調試程序很方便。</p><p>　　2.2.2 控制器模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　題目任務是制作一個基于單片機的溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)，所以我們首選單片機，單片機足以。單片機是集成了CPU、ROM、RAM、和I/O口的微型計

54、算機。有很強的接口性能，此系統(tǒng)和外圍接口芯片比較多，選單片機作為主控器是明智的，單片機運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程的餓實現各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低，體積小，技術成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領域應用廣泛。用于本系統(tǒng)外圍接口比較多微秒采用雙CPU為主控器，分別對其他各個模塊進行檢測和控制，這樣減輕了單個CPU的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時通過CPU之間的分段相互控制，減少了外圍設備。由Atmega8采集

55、溫度傳感器通過AD轉換傳來的數據。</p><p>　　2.2.3 溫度采集模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　方案一:用熱電偶測溫優(yōu)點是測溫范圍寬，缺點是電動勢低，對運放的要求高，重要的是熱電偶測溫需要冷端溫度補償，來消除冷端溫度變化所產生的影響，對于本電路補償溫度要求精度很高，且準確，否則會給系統(tǒng)帶來反所用，而且成本高，操作復雜。</p><p>　　方

56、案二:利用熱敏電阻作為溫度傳感器。NTC 熱敏電阻阻值隨溫度的變化符合指數規(guī)律,其最大的缺點也在于它的非線性阻值分散性大復現性差,一般需要經過線性化處理, 使輸出電壓與溫度之間基木上成線性關系。NTC 熱敏電阻溫度傳感器的一致性和互換性較差。其次是老化較快。</p><p>　　方案三:利用數字溫度傳感器，18B20，測量溫度范圍為- 55 ℃～+ 125 ℃,在- 10 ℃～ + 85 ℃范圍內,精度為

57、7;0.5 ℃.DS1822 的精度較差,為±2 ℃.不符合本系統(tǒng)要求。</p><p>　　方案四:利用集成溫度傳感器，當電源電壓在5~15之間變化時，其輸出電流的變化小于1uA，當被測溫度一定時流過AD590的電流與熱力學溫度成正比，其靈敏度為1uA/k。在其適用溫區(qū)范圍內具有靈敏度高、線性好、功能全和使用簡單方便。無論電壓輸出、電流輸出還是頻率輸出都適合于與微機。綜上所述，方案四適合本設計要求。由

58、于本系統(tǒng)要求誤差≤0.1攝氏度；所以選用高精度的AD進行數據轉換，綜合考慮選用MAX1416，MAX1416低功耗、2通道、串行輸出模數轉換器(ADC)使用一個具有數字濾波器的Σ-Δ調制器，分辨率達16位，無失碼。在采用雙極性測量條件下，且可編程增益設定為2，IN-端直接接到2.5V基準電壓端，則可計算1℃的對應AD范圍：</p><p>　　Data=10×2/2500×32767=262.

59、3</p><p>　　理論上可達到0.0038℃的精度，這對于0.1℃的精度來說是完全夠了。</p><p>　　所以我們選擇方案四。</p><p>　　2.2.4 顯示模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　之所以我選擇12864液晶顯示器：</p><p>　　1精確及時還原所需信息。液晶顯示器采用的是直接

60、數碼尋址的顯示方式，它能夠將顯卡輸出的視頻信號經過AD轉換之后，根據信號電平中的"地址"信號，直接將視頻信號一一對應的在屏幕上的液晶像素上顯示出來。</p><p>　　2、顯示字符銳利。畫面穩(wěn)定不閃爍。液晶顯示獨特的顯示原理決定了其屏幕上各個像素發(fā)光均勻，而且紅綠藍三基色像素緊密排列，視頻信號直接送到像素背后的以驅動像素發(fā)光。 </p><p>　　3、屏幕調節(jié)方

61、便。液晶顯示器的直接尋址顯示方式，使得液晶顯示器的屏幕調節(jié)不需要太多的幾何調節(jié)和線性調節(jié)以及顯示內容的位置調節(jié)。</p><p>　　2.2.5 語音模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　方案一：采用APR9600系列語音錄放芯片，繼美國ISD公司以后采用模擬存儲技術的又一款音質好、噪音低、不怕斷電、可反復錄放的新型語音電路，單片電路可錄放32-60秒，串行控制時可分256段以上，并

62、行控制時最大可分8段。但不能用軟件實施控制播放音，所以不適合在數字播音的場合使用。</p><p>　　方案二：采用ISD1700系列語音芯片，ISD1720華邦 ISD 公司 2007 年新推出的單片優(yōu)質語音錄放電路，該芯片 提供多項新功能，包括內置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示（ vAlert ） , 雙運作模式（獨立 & 嵌入式），以及可定制的信息操作指示音效。芯片內部 包含有自動增益控制、麥克風

63、前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內存等的全方位整合系統(tǒng)功能。優(yōu)點是是可錄、放音十萬次，存儲內容可以斷電保留一百年，兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式?？商幚矶噙_255 段以上信息有豐富多樣的工作狀態(tài)提示多種采樣頻率對應多種錄放時間。ISD1700錄音區(qū)的存儲地址為 0x0010—0x00FF；真正錄音去范圍</p><p>　　T=0x00FF-0x0010+1=240 位</p>

64、<p>　　錄音時間可達20秒，通過軟件控制可進行分段錄音，分段播放，本系統(tǒng)只是用來播簡單的語音，容量不算大，操作方便。若想增加功能可進行用ISD1700的其他語音芯片，如ISD1760錄音時間可達60秒。ISD1720的接口為標準SPI接口，AVR Atmega16 單片機自帶SPI接口，接口電路簡單，軟件易于實現。綜上所述語音播報模塊 我們選擇ISD1720。</p><p>　　2.2.6 鍵

65、盤模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　本系統(tǒng)鍵盤主要用來設置上限下限溫度，進行語音播報，12864 菜單鍵盤 ，數據輸入按鈕。</p><p>　　方案一：利用8個獨立按鍵 直接和單片機連接的方式。缺點是占I/O口太多，而且按鍵數太少。</p><p>　　方案二：利用4*4矩陣鍵盤。采用逐行逐列掃描的方法。優(yōu)點占8個I/O,可進行16個按鍵的設置，完全達到

66、設計的需求。</p><p>　　綜上所述：方案二按鍵豐富 占I/O口又少，操作簡單 ，所以選擇方案二。</p><p>　　2.2.7 電源模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　系統(tǒng)需要多個電源，單片機使用2.7-5V電壓，語音模塊是2.4—5.5V，液晶需要3—5V。綜合可知電源設置5V即可。</p><p>　　方案一：采用升壓

67、型穩(wěn)壓電路。用兩片MC34063芯片分別將3V的電池電壓進行直流斬波調壓，得到5V穩(wěn)壓的輸出。只需要使用兩節(jié)電池，既節(jié)省了電池，又減少了系統(tǒng)體積重量， 但該系統(tǒng)供電電流小，供電時間短，無法使用相對龐大的的系統(tǒng)穩(wěn)定運作。</p><p>　　方案二：采用三段穩(wěn)壓集成7805得到穩(wěn)定電壓，利用此方法方便簡單，工作穩(wěn)定可靠。</p><p>　　綜上所述，選擇方案二，采用三端穩(wěn)壓器電路。<

68、/p><p>　　2.2.8 數據存儲模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　要記錄的數據包括10個AD值和10個溫度值，總共要40字節(jié)，記錄存儲溫度值還有216字節(jié)的空間，因此采用單片機里集成已經夠用了。</p><p>　　2.2.9 紅外遙控模塊設計方案論證與選擇</p><p>　　方案一：用2262和2272夠成紅外遙控器。專用的

69、紅外發(fā)射為2262IR型，才，但是發(fā)現用這兩組組合的效果并不是很好，且數據傳輸效果也不理想，自主性不高。</p><p>　　方案二：用單片機自己編碼和解碼，采用A8的CTC產生38KHz載波，準確度好，在用另一A8的捕獲口作為接收口。效果很理想。</p><p>　　綜上所述才用單片機編碼和解碼。</p><p>　　2.3系統(tǒng)各模塊的最終方案</p>

70、<p>　　經過仔細分析和論證，決定了各模塊的最終方案如下。</p><p>　　控制模塊：采用Atmega8 和Atmega16雙CPU控制；</p><p>　　電源模塊：采用三端穩(wěn)壓電路。</p><p>　　溫度采集模塊：采用高精度集成傳感器AD590。AD采用MAX1416。</p><p>　　鍵盤模塊：采用矩陣式鍵

71、盤。</p><p>　　顯示模塊：采用點陣式12864 液晶顯示。</p><p>　　語音模塊：采用ISD1720語音芯片。</p><p>　　紅外部分模塊：采用單片機解碼和譯碼。</p><p>　　系統(tǒng)基本框圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 溫度監(jiān)控報警系統(tǒng)方框圖</p><

72、;p>　　單片機Atmega8主要采集AD590傳來的數據，然后通過一串口通信將數據采集分析計算的數據傳送給Atmega16，同時Atmega8將采集分析的數據通過無線模塊發(fā)送出去，可用來遠程監(jiān)控。Atmega16主要用來讀取鍵盤的值，然后進行分析控制類型 ，將相對應的控制信號通過液晶顯示和語音芯片播報，Atmega16還將Atmega8采集來的數據經過分析和轉換將數據顯示在液晶上，同時當播報按鍵按下后，其控制ISD1720播報語

73、音。</p><p>　　3.系統(tǒng)硬件設計與實現</p><p>　　3.1 整體電路的設計</p><p>　　本文所設計的溫度采集系統(tǒng)的電路原理圖如圖3.1所示，它是由電源模塊，溫度采集模塊，主控單元以及通信模塊組成。</p><p>　　圖3.1 溫度采集系統(tǒng)的電路原理圖</p><p>　　3.2溫度采集下位機

74、電路設計</p><p>　　如圖2.1.1 所示 AD590將溫度變化成對應的電流，經10K電阻后，在電阻兩端產生對應的電壓，溫度每變化1℃，相應電阻兩端電壓變化10mV。將它經過運放緩沖后，輸入到MAX1416，經行AD轉換，換算成對應的數字。再通過無線模塊將數據發(fā)送給上位機。</p><p>　　圖3.2 AD590傳感器采集和AD1516接口電路</p><p

75、>　　由于AD590是電流型集成傳感器，溫度變化 其電流值也隨著變化，采集的電流和將電流信號轉換為電壓信號,然后MAX1516差分輸入，MAX1516采用外部基準電壓基準，由于內部有可編程增益放大器(PGA)，提供1至128倍增益，PGA用軟件設計為2 ，所以實際和基準電壓比較的值為。</p><p><b>　　= *R </b></p><p>　　為AD

76、590輸出的電流變化</p><p><b>　　R為10K</b></p><p><b>　　=（-2.5）*2</b></p><p>　　為AD590經10K電阻轉換來的電壓</p><p><b>　　如果AD轉換值則：</b></p><p>

77、;　　=(2.5*)/32768××</p><p>　　3.3鍵盤模塊電路設計</p><p>　　一般來說，鍵盤有兩種接口方式：獨立式和行列式。獨立式是指將每個按鍵一一對應地接到單片機的輸入口線上。每一個鍵的狀態(tài)通過讀入鍵值的高低電平來區(qū)分。但當按鍵數目較多時，獨立式鍵盤方式將大量占用單片機的I/O線，通常的辦法是采用行列式鍵盤。行列式鍵盤也稱矩陣式鍵盤，一般應用在

78、按鍵較多的系統(tǒng)之中。行列式鍵盤通過I/O線組成行、列結構，按鍵設置在行、列的交叉點上，按鍵的作用只是使相應接點接通或斷開，在相應程序配合下也可產生被按鍵的鍵碼。其硬件電路極為簡單，故能廣泛用于微型計算機中。如圖3.3所示。一個4x4的行列結構可組成16個鍵的鍵盤。這樣，當單片機系統(tǒng)的資源有限時，可以節(jié)省大量的I/O口線。</p><p>　　圖3.3 4x4矩陣鍵盤</p><p>　　3

79、.4語音模塊硬件路設計 </p><p>　　此模塊選用ISD1700 語音芯片，此芯片內部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內存等的全方位整合系統(tǒng)功能。 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式音質好，電壓范圍寬，應用靈活，可進行軟件控制語音芯片的錄制 播放，此芯片的用兩種工作方式，按鍵工作方式和SPI工作方式，兩者互不干擾，單片機可以通過自帶的SPI接口將指令和數據寫到單片

80、機中，芯片最大可以錄制255段語音。如圖</p><p>　　圖3.4 ISD1700語音芯片電路</p><p>　　ISD1700 的獨立按鍵工作模式錄放電路非常簡單（如圖3.4），而且功能強大。不僅有錄、放功能，還有快進、擦除、音量控制、直通放音和復位等功能。這些功能僅僅通過按鍵就可完成。在按鍵模式工作時，芯片可以通過/LED 管腳給出信號來提示芯片的工作狀態(tài)，并且伴隨有提示音，用戶

81、也可自定4 種提示音效。音頻輸入方式有兩種 第一種是 通過外接到 引腳10 (MIC+) 引腳11（MIC-）麥克風 ，還可以通過外接引腳9 使用時需要一個交流耦合電容（值為0.1uF），并且輸入信號的幅值不能超出1.0Vpp。音頻輸出用三極管來驅動的。注意在用單線錄音時，要和芯片共地，否則會干擾很大。</p><p>　　3.5電源模塊硬件路設計</p><p>　　根據單片機ATmeg

82、a 及其接口電路電源的要求，需要5V的穩(wěn)定電源。各部分的工作電流的大小，估計總電流在350mA左右。按此計算：</p><p>　　P=5V×350mA=1.75W</p><p>　　考慮到預留一定的功率裕量，故采用功率為5W，副線圈輸出電壓為9V的變壓器。變壓器副線圈為單匝線圈，故變壓器降壓后整流電路采用橋式整流電路。整流后用電解電容濾除100Hz的紋波，再用三端穩(wěn)壓器780

83、5穩(wěn)壓并用小容量電容慮除高頻紋波后得到系統(tǒng)所需電源。其電路原理如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5系統(tǒng)電源電路</p><p>　　3.6控制電路的設計</p><p>　　用于本系統(tǒng)外圍接口比較多微秒采用雙CPU為主控器，這樣減輕了單個CPU的負擔，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時通過CPU之間的分段相互控制，減少了外圍設備。由Atmega8采集溫度傳感器通過

84、AD轉換傳來的數據，Atmega16，用來驅動液晶，采集鍵盤的數值，控制ISD1700語音芯片的發(fā)聲。</p><p>　　Atmega16的最小系統(tǒng)就外圍電路（如圖3.6）</p><p>　　圖3.6 Atmega16的最小系統(tǒng)及外圍電路</p><p>　　3.7 紅外發(fā)射與接收模塊</p><p>　　本系統(tǒng)采用Atmega8為發(fā)射與

85、接收，硬件設計十分簡單，發(fā)射部分采用四級1.2v電池供電。接收部分的電源由主機供給。</p><p>　　圖3.7 發(fā)射部分電路圖</p><p>　　圖3.8 接收部分電路</p><p>　　3.8 通信模塊的設計</p><p>　　由于系統(tǒng)RS－232信號的電平和單片機串口信號的電平不一致，必須進行二者之間的電平轉換，在此使用的集成電

86、平轉換芯片MAX232為RS－232／TTL電平轉換芯片。它只使用單＋5V為其工作，可完成RS-232電平與TTL電平之間的轉換。</p><p>　　中央處理器CPU和外界的信息交換稱為通信。全雙工的串行通信僅需一根發(fā)送線和一根接受線，半雙工串行通信用一根線發(fā)送或接收，串行通信適合于遠距離通信，雖然速度慢，但成本可以大為降低。</p><p>　　串行通信有兩種基本方式：異步通信方式和同

87、步通信方式。異步通信方式是按字符傳送的，字符的前面有一個起始位（0），后面有一個停止位（1），這是一種起止式的通信方式，字符之間沒有固定的間隔長度。這種方式的優(yōu)點是數據傳送的可靠性較高，能及時發(fā)現錯誤，缺點是通信效率比較低。RS-232通信硬件電路圖如圖3.5所示</p><p>　　圖3.9 RS-232通信硬件電路圖</p><p><b>　　3.9 本章小結</b&

88、gt;</p><p>　　單片機Atmega8主要采集AD590 傳來的數據，然后通過一串口通信將數據采集分析計算的數據傳送給Atmega16，同時Atmega8將采集分析的數據通過無線模塊發(fā)送出去，可用來遠程監(jiān)控。Atmega16主要用來讀取鍵盤的值，然后進行分析控制類型 ，將相對應的控制信號通過液晶顯示和語音芯片播報，Atmega16還將Atmega8采集來的數據經過分析和轉換將數據顯示在液晶上，同時當播報

89、按鍵按下后，其控制ISD1720播報語音。</p><p>　　本設計系統(tǒng)包括溫度傳感器，輸出控制模塊，數據傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調節(jié)驅動電路、紅外接收、語音播報七個部分。整個系統(tǒng)的核心是進行溫度監(jiān)控，完成了課題所對應的要求</p><p>　　本章完成了溫度采集系統(tǒng)整體電路設計對各塊電路的做了一定的分析，在設計的過程中，也或多或少的遇到一些問題，最后通過查閱相關資料和指導老師的耐心

90、講解，這些問題將一一解決，最后成功完成了該溫度采集系統(tǒng)的硬件設計。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序整體設計</p><p>　　系統(tǒng)軟件設計采用C語言，對單片機進行編程實現各項功能。程序是在Windows XP 環(huán)境下采用ICCAVR 軟件編寫的 可以實現單片機對溫度采集，控制液晶，掃

91、描鍵盤的值，控制語音芯片。由于系統(tǒng)采用雙CPU工作，Atmega8作為下位機 采集溫度并將溫度上傳給上位機，Atmega16作為上位機接受Atmega8傳來的數據，然后經過處理分析 ，如果要顯示則需要控制12864顯示，若需要語播報則控制單片機控制ISD1700.主程序在Atmega16單片機中。</p><p>　　4.2 下位機系統(tǒng)程序流程圖如4.1</p><p>　　圖4.1下位機

92、系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　采集來的AD值依次放在數組中，用K開計數 ，一次采集80個數據，然后進行從小到大排列，然后取中間的20個值，算出其平均值，此值就是要發(fā)送給上位機的數據。這樣通過數字濾波使穩(wěn)定性增強，抗干擾能力加強。</p><p>　　4.3 上位機系統(tǒng)程序流程圖4.2.</p><p>　　圖4.2 上位機系統(tǒng)程序流程</p>&

93、lt;p>　　單片機串行通信程序的設計</p><p>　　串行中斷程序流程圖如圖4.7所示</p><p>　　圖4.3 串行中斷程序流程圖</p><p><b>　　5系統(tǒng)調試與測量</b></p><p><b>　　5.1 測量儀器</b></p><p>　

94、　為了確定系統(tǒng)與題目要求的符合程度，我們對系統(tǒng)的關鍵部位進行了實際的測試。</p><p>　　測量使用的儀器設備如表5.1所示</p><p>　　表5-1 測試使用的儀器設備</p><p>　　5.2 指標測試和測試結果</p><p>　　5.2.1 溫度與輸入電壓值的測試</p><p>　　采用深圳勝利公

95、司的數字萬用表用來測量輸入AD的的電壓值i，然后記錄儀表顯示的溫度，生成表5-2</p><p>　　表5-2 溫度—電壓值記錄表</p><p>　　圖標分析，由表可以算出溫度和電壓 值是幾乎是成線性的，靈敏度 </p><p>　　M=10mv/℃，溫度沒上升一度，輸入AD的電壓值將變化10mv。</p><p>　　5.2.2 MAX1

96、416模數轉換芯片的基準電壓的測試</p><p>　　使用高精度電壓電壓測量儀器JL5445BJ 測得基準電壓為2.499003V，誤差為0.000997V,經AD采集轉換為溫度值為=0.0997,對系統(tǒng)影響不到0.1攝氏度,復合設計要求。</p><p><b>　　5.3結論</b></p><p>　　本系統(tǒng)可實現以下功能：</p

97、><p>　?。?）溫度測量范圍： 0～300℃，誤差≤0.1℃；</p><p>　?。?）可通過鍵盤設定溫度值并在點陣液晶12864顯示設定值，顯示精確度≤0.1℃；</p><p>　　（3）實時顯示測量溫度值并可以用語音播報測量溫度值，其中數碼管顯示精確度≤0.1℃；</p><p>　?。?）設定溫度值與實際溫度值保持一致，誤差≤1℃；

98、</p><p>　?。?）當溫度超出測量范圍時，能實現語音報警報警；</p><p>　　（6）射頻模塊無線發(fā)送（發(fā)射距離﹥100米）；</p><p>　　（7）當溫度上升或下降時，可以通過在液晶顯示出來其變化曲線。</p><p><b>　　6 設計總結</b></p><p>　　本設

99、計完成了智能室內調溫系統(tǒng)的設計，由8位AVR型單片機為主控制器，以高精度AD590為溫度傳感器，通過16位AD MAX1415轉換得到數字量供單片機分析處理，然后單片機通過軟件分析計算后講溫度值通過12864液晶顯示，通過ISD1720語音芯片進行播報，同時將分析的數值通過射頻模塊發(fā)送出去，方便人們進行遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠精確測量0.1℃以內的溫度，該系統(tǒng)同時設有可通過紅外遙控設定報警上線和下線值模塊，語音播報更具人性化，液晶界面友好，

100、還可以擴展功能，是理想的溫度監(jiān)控報警的設計方案。</p><p>　　此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。</p><p>　　通過這次實踐，我鍛煉了工程設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一

101、次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數據，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經驗公式的獲得是前人不懈努力的結果。 </p><p>　　但是畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解，等等。這次實踐是對自己大學四年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長

102、，以后更應該在工作中學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人，電子信息產業(yè)添上自己的微薄之力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王家楨，王俊杰.傳感器與變送器[M]. 北京:清華大學出版社1996年</p><p>　　[2] 羅四維.傳感器應用電路[M].北京:電子工業(yè)出版社,1993年</p

103、><p>　　[3] 曾禹村，信號與系統(tǒng)[M].北京:北京理工大學出版社，1992年</p><p>　　[4] 周培森，自動檢測與儀表[M] .北京:清華大學出版社,1987年</p><p>　　[5] 何克思 李偉.計算機控制系統(tǒng)[M].北京:清華大學出版社,1998.4 </p><p>　　[6] 孫增圻 張再興 鄧志東.智能控制理論與

104、技術[M].北京：清華大學出版社,1997</p><p>　　[7] 潘新民.微型計算機控制技術 [M].北京：人民郵電出版社，1999.9</p><p>　　[8] 徐愛鈞，智能化測量控制儀表原理與設計[M]，北京航空航天大學出版社，1999</p><p>　　[9] 王秀玲，微型計算機A/D，D/A轉換技術及數據采集系統(tǒng)設計[M]，清華大學出版社，1984

105、</p><p>　　[10] 張福學編，現代實用傳感器電路[M]中國計量出版社，1997</p><p>　　[11] 沈兆軍;數字變頻空調智能控制系統(tǒng)的研究與設計[D];華東師范大學;2006年</p><p>　　[12] 武衛(wèi)華;基于模糊自整定PID的溫控系統(tǒng)研究[J];電子質量;2003年05期</p><p>　　[13] Nic

106、holas H T, III H .Samulei, Kim B．The optimization of direct digita frequency synthesizer performance in the presence of finite word lengtheffects, IEEE Proc 42th AFCS，1988</p><p><b>　　致謝<

107、/b></p><p>　　本次畢業(yè)設計中，我非常感謝我的導師，因為我在公司實習，所以很多關于畢業(yè)設計的消息不是那么靈通，多虧了老師的及時通知和不斷督促使我做好畢業(yè)設計工作的每一塊，并對我不斷鼓勵以及耐心的教導，在他的幫助下，我才會順利的做完這次畢業(yè)設計。因此，在這里，我要真心的對老師說聲謝謝！這次設計的完成,與各位任課老師平時的教導是密不可分的,在此對所有給予我教導的老師致以我最誠摯的謝意!同時,有許多同

108、學在我有困難時給予的幫助也是我這次設計順利完成的保證,在此對所有幫助過我的同學一并表示感謝!</p><p>　　在這整個的學習過程中，我體會到了做設計的各種酸甜苦辣，但也鞏固了所學的各種知識，提高了對各種知識融會貫通的能力,這段經歷使我獲益匪淺，也十分感謝以上各位對我的幫助。</p><p>　　附錄A 電子元器件明細表</p><p>　　附錄B 系統(tǒng)整

109、體原理圖</p><p>　　附錄C 部分程序清單</p><p>　　/*====================================*/</p><p><b>　　/*大液晶顯示*/</b></p><p><b>　　/*8M晶振*/</b></p><p&

110、gt;　　/*包含了測試程序,和到圖形顯示程序*/</p><p>　　/*====================================*/</p><p>　　#include"iom16v.h"</p><p>　　#include"macros.h"</p><p>　　#includ

111、e"math.h"</p><p>　　#include"yejing.h"</p><p>　　#include"wuguan.h"</p><p>　　#include"External.h"</p><p>　　#include"play.h&qu