【正文】 摘 要本文從硬件和軟件兩方面介紹了具有語音播報功能的水溫控制系統(tǒng)的設計思路，采用AT89C51單片機為檢測控制中心，此芯片功能強大，能滿足設計要求。采用DS18B20為數(shù)據(jù)采集芯片，不需要AD轉換，與單片機接口簡單，編程容易。本設計與一般的水溫控制系統(tǒng)不同的是具有語音播報功能，此功能模塊的實現(xiàn)主要靠ISD4004語音芯片，ISD芯片采用了“直接模擬量存儲”專利技術，信號無需經(jīng)過模數(shù)、數(shù)模轉換，數(shù)字壓縮和語音合成等復雜的數(shù)字信號處理過程，減少了失真，使其聲音存貯效果較以前產(chǎn)品有大幅提高。由于單片機直接輸出電流小，所以輸出電流經(jīng)過MOC光耦器件由繼電器控制電機工作，從而控制水泵進行水溫調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)設定、播報、控制水溫及越限報警等多方面功能。關鍵字：水溫控制 單片機 語音播報 電機ABSTRACTThis arcticle introduces the design of the water temperature control system with speech function from both hardware and software. SCM AT89C51is used to detect control center. This powerful chip can meet the design requirements. DS18B20 is used for data acquisition chip, which does not require AD conversion, and also has simple interface with SCM and easy programming. The difference between the design and the general temperature control system is the voice broadcast feature with the ability to rely mainly on the realization of modules ISD4004 voice chip. ISD chip applies direct analog storage (DAST) patented technology. It processes signal without going through A / D, D / A converters, digital pression and voice synthesis, and other plex digital signal processing, at the same time decreases distortion to sound effects than before storage products are substantially increased. As a direct output current SCM small, so output current through the device by the MOC Optocoupler relay driven motor, so as to control water pumps for water temperature adjustment. The system can be set, broadcast, temperature control and alarm, and so the more limited function.Keyword: Water temperature control；SCM；Voice broadcast；Motor目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒 論 1 系統(tǒng)概述 1 2 基本要求 2 主要性能指標 2 擴展功能 22 系統(tǒng)框圖和方案論證 3 3 3 各部分電路方案論證 4 數(shù)據(jù)采集部分 4 鍵盤顯示部分 63 AT89C51單片機 8 單片機的基本組成 8 中央處理器 8 存儲器 9 外圍接口電路 10 時鐘震蕩電路 10 引腳排列及功能 10 I/O口線 11 控制信號線 12 電源線 13 外部晶振引線 134 單片機外圍電路 14 數(shù)據(jù)采集電路 14 DS18B20特性 14 引腳排列及功能 14 內(nèi)部結構 15 測溫原理 18 鍵盤顯示電路 19 鍵盤電路設計 19 顯示電路設計 20 語音播報電路的設計 21 ISD4004外部引腳 21 ISD4004內(nèi)部功能結構框圖 23 極限參數(shù) 24 串行外圍接口SPI 24 錄放音工作原理 26 電機制執(zhí)行電路設計 275 系統(tǒng)的軟件設計 29 主程序 30 數(shù)據(jù)采集電路程序設計 31 控制電路程序設計 39 ISD4004語音電路程序設計 396 總結與展望 46致 謝 47參考文獻 48附錄：系統(tǒng)總電路圖 50511 緒 論 系統(tǒng)概述隨著電子技術的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可編程控制器的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領域帶來了一次新的革命。在現(xiàn)代社會中，溫度控制不僅應用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個方面。而水溫控制在工業(yè)生產(chǎn)過程和日常生活中也起著非常重要的作用，過低的溫度或過高的溫度都會使水資源失去應有的作用，從而造成水資源的巨大浪費。隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務于社會目前，單片機控制器在從生活工具到工業(yè)應用的各個領域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場控制儀表、數(shù)控機床等。尤其是用單片機控制器改造落后的設備具有性價比高、提高設備的使用壽命、提高設備的自動化程度的特點。 現(xiàn)代工業(yè)設計、工程建設及日常生活中常常需要用到溫度控制,早期溫度控制主要應用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級的鋼鐵要通過不同溫度的鐵水來實現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要的產(chǎn)品了。 隨著社會的發(fā)展、娛樂設施的普及，越來越多的學校開始構建游泳池，供學生學習和訓練之用。而如何監(jiān)測并控制游泳池的水溫，則是建游泳池主要關心的技術之一，本文設計的具有語音播報功能的水溫控制系統(tǒng)就是為了達到這樣的溫度控制要求而進行設計的。本設計采用以AT89C51單片機為檢測控制中心，此芯片功能強大，能滿足設計要求。采用DS18B20為數(shù)據(jù)采集芯片，不需要AD轉換，與單片機接口簡單，編程容易。此外，采用ISD4004語音芯片實現(xiàn)語音播報功能。該設計結構簡單，控制方便，有較強的通用性。該設計的控制系統(tǒng)有以下功能：溫度設定范圍：20～40℃，最小區(qū)分度為。 實現(xiàn)控制可以升溫也可以降溫； 語音播報水的溫度 實時顯示當前溫度值： 按鍵控制：功能轉換鍵、加一鍵、減一鍵： 越限報警。 基本要求一般大學里的游泳池長50m，寬25m，其總水容量為2250m3?？刂瞥厮臏囟龋笏疁乜梢栽谝欢ǚ秶鷥?nèi)由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設定的溫度基本不變。 主要性能指標(1) 溫度設定范圍：20～40℃，最小區(qū)分度為。(2) 控制精度：溫度控制的靜態(tài)誤差。(3)用十進制數(shù)碼顯示實際水溫及設定水溫。(4)語音播報溫度功能。 擴展功能(1)具有通信能力，可接收其他數(shù)據(jù)設備發(fā)來的命令，或?qū)⒔Y果傳送到其他數(shù)據(jù)設備。(2)采用適當?shù)目刂品椒▽崿F(xiàn)當設定溫度或環(huán)境溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。(3)溫度控制的靜態(tài)誤差。2 系統(tǒng)框圖和方案論證本題目是設計制作一個具有語音播報功能的水溫控制系統(tǒng)。 要求能在20℃40℃范圍內(nèi)設定控制水溫，并具有較好的快速性和較小的超調(diào)，以及十進制數(shù)碼管顯示等功能。根據(jù)題目要求，我們提出以下兩種方案：方案1：采用凌陽十六位單片機SPCE061A實現(xiàn)溫度控制，溫度信號由PT1000和電壓放大電路提供。通過PID算法實現(xiàn)對電爐功率和水溫控制。同時，具有溫度數(shù)字語音播報和顯示。方案2：采用單片機AT89C51為核心。采用DS18B20進行數(shù)據(jù)采集，芯片ISD4004實現(xiàn)語音播報功能。使用單片機具有編程靈活，控制簡單的優(yōu)點，使系統(tǒng)能簡單的實現(xiàn)溫度的控制及顯示，并且通過軟件編程能實現(xiàn)各種控制算法使系統(tǒng)還具有控制精度高的特點。比較上述兩種方案，雖然方案1SPCE061A單片機內(nèi)置8路ADC,2路DAC,且集成開發(fā)環(huán)境中，配有很多語音播放函數(shù)，用SPCE061A實現(xiàn)語音播放極為方便，但是由于凌陽單片機與我們之前所學的MCS5系列單片機在結構、性能及指令系統(tǒng)方面相差較大，另PID算法也不熟悉，學習使用起來較費力。方案2中使用的單片機及各芯已熟悉其結構功能，并具有控制簡單、控制溫度精度高的特點，因此本設計電路采用方案2。AT89C51鍵盤設定數(shù)據(jù)采集DS18B20游泳池水顯示電路LED語音播報ISD4004報警電路控制電路水泵從功能模塊上來看，此系統(tǒng)電路可分為：主機電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、語音播報電路、控制執(zhí)行電路以及報警電路。 各部分電路方案論證 現(xiàn)將各部分主要元件及電路做以下的論證： 數(shù)據(jù)采集部分方案1：采用溫度傳感器AD590和ADC0809芯片。ADC0809是一種8路模擬輸入的8路逐次漸逼式A/D轉換器件，是28引腳DIP封裝的芯片。其內(nèi)部有8位A/D轉換電路和8路模擬開關，其作用可根據(jù)地址譯碼信號來選擇8路模擬輸入，使8路模擬輸入共用一個A/D轉換器進行轉換，可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 ADC 0809引腳排列圖 AD590具有體積小、質(zhì)量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。其測量范圍在50℃ +150℃，滿刻度范圍誤差為177。℃，當電源電壓在5—10V之間，穩(wěn)定度為1﹪時，誤差只有177?！?，其各方面特性都滿足此系統(tǒng)的設計要求。此外AD590是溫度電流傳感器，對于提高系統(tǒng)抗干擾能力有很大的幫助。方案2：采用溫度傳感器AD590和ADC0832芯片。ADC0832是NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有Microwire/Plus串行接口的8位A/D轉換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式智能儀器中使用。 DODI CH0CLKCSAT89C51ADC0832 AT89C51與ADC0832接口方案3：采用DS18B20芯片。DSB1820能夠直接讀出被測溫度，不需要任何外圍器件，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93175 m s 和750 m s 內(nèi)完成9 位和12 位的數(shù)字量, 并且從DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20 的信息僅需要一根口線(單線接口) 讀寫, 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線, 總線本身也可以向所掛接的DS18B20 供電, 而無需額外電源。比較這3種方案，方案1采用并行接口，轉換快，但考慮到此設計中所用外圍芯片較多，I/O接口不足，雖然 ADC0832與單片機只有三線接口，但方案2都需要外接器件AD590進行數(shù)據(jù)采集。使用DS18B20比AD590精度低（ ℃，測量游泳池水溫已夠用），不需要輔助電路，編程容易。 AD590、ADC0832與單片機組成的數(shù)據(jù)采集電路接口示意圖 DS18B20與單片機的接口示意圖 鍵盤顯示部分 控制與顯示電路是反映電路性能、外觀的最直觀部分，所以此部分電路設計的好壞直接影響到電路的好壞。 方案1：采用可編程控制器8279與數(shù)碼管及地址譯碼器74LS138組成，可編程/顯