【正文】 .................................. 29 致謝及聲明 ................................................... 30 附錄 ........................................................ 31 附錄一：整機(jī)電路圖 ...............................................31 附錄二：部分程序 .................................................33 第一章 引言 1 第一章 引 言 課題背景及意義 水溫控制系統(tǒng) 起源于早期的溫度控制，而溫度控制最早的應(yīng)用是在大工業(yè)生產(chǎn)時(shí)期的工廠中，例如鋼鐵生產(chǎn)，鋼材的等級(jí)、型 號(hào) 等技術(shù)指標(biāo)的區(qū)分在于對(duì)不同溫度鋼水控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音播報(bào)部分采用集成芯片，進(jìn)行語(yǔ)音對(duì)外傳輸，選用 ISD4004 在很大程度上優(yōu)化了系統(tǒng)，ISD4004 采用的是“直接模 擬量存儲(chǔ)”技術(shù)，該技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯可以直接進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)的錄入，即語(yǔ)音播報(bào)部分內(nèi)容可以直接輸入，無(wú)需模數(shù)裝換，存儲(chǔ)，再數(shù)模裝換，不但簡(jiǎn)化了流程，而且最大限度的減少失真 ，輸出效果較好 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 具有語(yǔ)音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 2021 年 6 月 摘 要 I 摘 要 本文 所描述的具有語(yǔ)音播報(bào)功能的水溫控制系統(tǒng)是以成熟的框架為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì) 的 ,當(dāng)前系統(tǒng)框架下 ,設(shè)計(jì)之中的區(qū)別主要在于系統(tǒng)各個(gè)部分單元電路選用的器件的不同 .因此 ,本 文將首先從 整體框架中硬件的選擇來(lái)確定總體電路 ,之后將描述各單元電路可行的元器件 ,在對(duì)比中確定優(yōu)先項(xiàng)。數(shù)據(jù)采集模塊 將使用 DS18B20 數(shù)字化溫度傳感器 ， DS18B20 突出的特點(diǎn)是 無(wú)需數(shù)模裝換，可以直接接入單片機(jī)，減少信號(hào)失真。之后在隨著技術(shù)的革新進(jìn)步，生產(chǎn)活動(dòng)的擴(kuò)大，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始應(yīng)用溫度控制， 而溫度控制也不再限于單一介質(zhì)，空氣、水、化工染料都會(huì)成為被控制對(duì)象。 溫度控制系統(tǒng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展歷程，技術(shù)越來(lái)越成熟，其理論框架基本不會(huì)再有較大的改動(dòng)，而電子科技的發(fā)展為其性能的提升創(chuàng)造了空間。語(yǔ)音播報(bào)部分采用集成芯片，進(jìn)行語(yǔ)音對(duì)外傳輸，選用 ISD4004 在很大程度上優(yōu)化了系統(tǒng)， ISD4004 采用的是“直接模擬量存儲(chǔ)”技術(shù)，該技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯可以直接進(jìn) 行模擬數(shù)據(jù)的錄入，即語(yǔ)音播報(bào)部分內(nèi)容可以直接輸入，無(wú)需模數(shù)裝換、存儲(chǔ)、 再數(shù)模裝換 的復(fù)雜流程 ，不但簡(jiǎn)化了流程，而且最大限度的減少 失真，輸出效果較好。預(yù)先溫度設(shè)定，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的溫度進(jìn)行控制 （ 2）達(dá)到設(shè)定的水溫時(shí)，進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。電路可以采用集成電路也可以采用分立式電路。 方案 對(duì)比： 方案 1使用的 SPCE061A 單片機(jī)， 其優(yōu)勢(shì)在于 自身 配 備 語(yǔ)音播放函數(shù)， 可以簡(jiǎn)單快捷的 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放 ； 芯片內(nèi)置在線仿 真、編程接口， 對(duì)于 在線調(diào)試 較為有用 。 結(jié)論：基于以上對(duì)比，本設(shè)計(jì)采用方案 2。 數(shù) 采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊是顯示模塊的前提，同時(shí)也是控制電路執(zhí)行模塊反饋形成的必要條件。 鉑電阻傳感器將測(cè)得的溫度線號(hào)傳到信號(hào)放大器，進(jìn)行電壓信號(hào)放大，之后由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并做出反應(yīng)。其讀數(shù)方式是數(shù)字式的 ,有效寬度 (912 位 )完全可以滿足需求 ,而且讀數(shù)時(shí)間極短 ,在一秒 單片機(jī) AT89C51 LED 顯示 語(yǔ)音播報(bào) ISD4004 繼電器 電爐 盛水容器 數(shù)據(jù)采集DS18b20 按鍵 時(shí)鐘與復(fù)位電路 第二章 系統(tǒng)總體框圖和方案對(duì)比論證 5 鐘之內(nèi)就可以完成 ,芯片的讀寫都依賴于一個(gè)總線 ,簡(jiǎn)化了電路 ,其功耗也比較低?？尚械姆桨赣幸韵聝蓚€(gè)： 方案 1： 以 SK040G 語(yǔ)音芯片直接驅(qū)動(dòng)的 的擴(kuò)音器。 方案比較： 兩個(gè)方案從功能上來(lái)說(shuō)都能順利完成任務(wù)，但是方案 1中 SK040G是可編程語(yǔ)音芯片，要完成語(yǔ)音播放任務(wù)需要預(yù)先的編程，增加了工作量；另外，雖然該芯片的價(jià)格只有 幾 元 錢 ，但是其是一次性可編程的，完成一次變成后期編程功能即喪失， 經(jīng)濟(jì)性好，但性價(jià)比低。 圖 23 傳統(tǒng)繼電器 第二章 系統(tǒng)總體框圖和方案對(duì)比論證 7 方案 2：使用較為新型的固態(tài)繼電器，完成強(qiáng)弱電信號(hào)銜接。 方案 2的 SSR繼電器具有過(guò)零控制功能，可以實(shí)現(xiàn)。 具有良好的兼容性， MCS51系列 產(chǎn)品 的 指令系統(tǒng) 完全可應(yīng)用于 AT89C51 程序 存儲(chǔ)器 可進(jìn)行三級(jí)加密 中斷源 6個(gè) 當(dāng)單片機(jī)處于空閑方式，其 CPU 將 停止 工作，在此期間 RAM的讀取不受影響 ，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 11 P2 口： P2 口的性質(zhì)功能與 P1 口基本相同，不同之處在于在進(jìn)行 Flash 編程和程序校檢時(shí)， P2口可以獲取 16位地址的外部數(shù)據(jù)，但是 P1口只能獲取低8位地址 P3 口： P3 口是 的性質(zhì)功能與 P P2口重疊，但是 P3口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表 所示 : 表 31 P3口的第二功能 除此之外， P3 口還 可以 接收 控制信號(hào)，這些控制信號(hào)一般 用于 f閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)。 EA/VPP:EA 保持低電平時(shí)， 單片機(jī)的 CPU 只能 訪問(wèn) 外部 程序存儲(chǔ)器，當(dāng) EA保持高電平時(shí)，需要接 VCC 端， CPU就只能訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 XTAL1: 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出端。 表 32 按鍵 控制描述 按鍵 名稱 功能 描述 K2 加 一 鍵 每按一次鍵，數(shù)字加 1 K3 減 一 鍵 每按一次鍵，數(shù)字減 1 K4 功能鍵 按鍵按下 ,系統(tǒng) 處于設(shè)定狀態(tài) ,再次按下 ,系統(tǒng) 設(shè)定完成 。按鍵 K4 與 相連，采用外部中斷方式，并且優(yōu)先級(jí)定為最高； K2 和 K3 分別與 和 相連，采用軟件查詢的方式。 一根數(shù)據(jù)總線完成輸入輸出 通信 適用 溫度范圍 較寬 ,下限 為 – 55176。 內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器 (ROM)含有 64 位產(chǎn)品序列號(hào) VDD 可選電源端 。單片機(jī)通過(guò)一線總線訪問(wèn) DS18B20 的話，需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟： 1. 復(fù)位 單片機(jī) 上電 后，向 DS18B20發(fā)送 不少于 480us的低電平信號(hào) ， DS18B20會(huì)在最第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 15 長(zhǎng) 60us的時(shí)間內(nèi)向的單片機(jī)返回一個(gè)脈沖信號(hào)，證明數(shù)據(jù)采集芯片正在待命，復(fù)位 完成 。 DS18B20 測(cè)溫原理 DS18B20內(nèi)部有四個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件，其中 包括帶有 64位序列號(hào)的光刻只讀存儲(chǔ)器 ROM，溫度傳感器，溫度傳感器的儲(chǔ)存器，配置寄存器。 該溫度值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在單片機(jī)對(duì) DS18B20進(jìn)行讀取時(shí)，溫度第三章 硬件單元電路設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù) 16 值傳輸至單片機(jī)內(nèi)。由于 AT89C51單片機(jī)帶有 32個(gè)引腳，無(wú)需端口擴(kuò)展 。 工作時(shí)，位選信號(hào)每次僅有一路輸出是“ 0”，另一路是“ 1”，同時(shí) P2口 選通的數(shù)碼管相對(duì)應(yīng)的字形碼信號(hào)。 ISD4004外部引腳 語(yǔ)音芯片 ISD4004的外部引腳圖如圖 37所示。 （ 5） 串行 輸入（ MOSI） 串 行輸入端，主控制器 向該口發(fā)送的控制信號(hào) ，ISD4004 獲得信號(hào) 輸入。 （ 9） 外部時(shí)鐘（ XCLK） 沒(méi)有 接 外 部 時(shí)鐘時(shí)，此端必須接地。 語(yǔ)音錄放時(shí)間： 8— 16min 采樣頻率： 8KHz（頻率可選： ,，頻率越低，錄放時(shí)間越長(zhǎng)，但是音質(zhì)會(huì)下降） 語(yǔ)音播放單元電路 MK1 為 駐極體話筒（ MIC）， 用于語(yǔ)音信號(hào)錄入， LS為 麥克風(fēng)， 功率為 ，用于語(yǔ)音信號(hào)播放 。 固態(tài)繼電器 SSR工作原理 系統(tǒng) 執(zhí)行模塊 采用固態(tài)繼電器 SSR 進(jìn)行控制 , SSR 內(nèi)部可以劃分為三個(gè)部分：輸入電路、耦合電路、輸出電路。 所謂 “ 過(guò)零 ” 是指， 輸入端 加 控制信號(hào)，交流電壓過(guò)零時(shí)， 固態(tài)繼電器 即為通態(tài)；而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)后， 固態(tài)繼電器 要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn) (零電位 )時(shí)， 固態(tài)繼電器 才為斷態(tài)。 （ 3） 交流型 SSR 采用過(guò)零觸發(fā)技術(shù)， 避免了對(duì) 計(jì)算機(jī) 產(chǎn)生的 干擾。單片 機(jī) 的 時(shí)鐘信號(hào) 和復(fù)位需要本單元電路的 時(shí)鐘 51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)可以由外部時(shí)鐘提供，也可以有內(nèi)部時(shí)鐘提供。 外部諧振可以選擇石英晶體也可以選擇陶瓷諧振，考慮到成本 ， 設(shè)計(jì)中采用石英晶體諧振電路，電路中有兩個(gè)電容 C5， C7，諧振電路電容的大小影響振蕩頻率、穩(wěn)定性、和起振。 時(shí)鐘電路 和復(fù)位電路如圖 311 所示。兩部分結(jié)構(gòu)相同，都是 由 變壓器、 橋式全波整流電路、電容 (C CC C9)濾波電路、三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器 78LXX 構(gòu)成，一端接直流電源，另一端輸出直流電源， 不同之處在于 +5V 電路采用的是 78L05， + 采用的是 78L33。 圖 41主程序流程圖 開(kāi)始 初始 化 調(diào)用鍵盤掃描模塊程序 調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊程序 開(kāi)中斷 調(diào)用顯示模塊程序 調(diào)用執(zhí)行模塊程序 調(diào)用語(yǔ)音播報(bào)模塊程序中斷 關(guān)中斷 調(diào)用顯示模塊程序 第四章 系統(tǒng)各電源模塊程序設(shè)計(jì) 24 鍵盤 模塊 程序 流程圖 系統(tǒng)上電以后掃描鍵盤，若鍵盤的確認(rèn)鍵 K4按下，則系統(tǒng)處于設(shè)定狀態(tài)，調(diào)用顯示模塊，將掃描 K2， K3鍵的結(jié)果傳送至顯示模塊，使其顯示顯示設(shè)定的溫度值， 當(dāng) K4 鍵再次按下，設(shè)定完成， 將設(shè)定值送單片機(jī)存儲(chǔ)。顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū)內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的 BCD 碼，分別存入十位和個(gè)位顯示區(qū)，然后通過(guò)串行通信口送出顯示。 ISD4004 采用直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，可以將錄入的語(yǔ)音信號(hào)直接存儲(chǔ)，無(wú)需 A/D 和數(shù)據(jù)壓縮過(guò)程，減少了信號(hào)失真。 電路設(shè)計(jì)中由于考慮到成本，沒(méi)有完全發(fā)揮各器件的功能，如 ISD4004 芯片，其電源端分為 VSSD 和 VSSA 兩類， VSSD 代表數(shù)字電路電源端，而 VSSA是模擬電路 電源端，最好是單獨(dú)供電， 可以最大限度的降低噪聲，但是電路中并沒(méi)有設(shè)置兩組 +3V的直流電源。同時(shí)也感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中給與我?guī)椭耐瑢W(xué)們。中斷總允許 SETB EX0 ； 0INT 中斷允許 SETB EX1 ； 1INT 中斷允許 SETB PX1 CLR IT0 ； 0INT 為電平觸發(fā)方式，低電平有效 CLR IT1 ； 1INT 為電平觸發(fā)方式，低電平有效 AJMP SJCJ 鍵盤模塊程序 START: MOV P1, 07H ；輸入時(shí) P1 口置 1 MOV A, P1 ；鍵狀態(tài)輸入 CJNE A, 07H, LOOP SJMP START LOOP: LCALL DAL 12ms ；延時(shí) 12ms MOV P1,07H ； P1 口置 1 附錄 34 MOV A,P1 ；鍵狀態(tài)輸入 CJNE A,07H, LOOP1 ；比較狀態(tài)是否一致，跳轉(zhuǎn) SJMP START LOOP1: MOV B,A ；暫存 A 值 LOOP2:MOV A,P1 CJNE A,07H,LOOP2 LCALL DAL 12ms MOV A,P1 CJNE A,O7H,LOOP2 ； 釋放循環(huán)狀態(tài) MOV A,B ；返回 A 值 顯示模塊程序 DIS:MOV R0， 30H ； R0 指向顯示緩存 MOV R2， 20H ； R2 存位選碼 DIS1:MOV A,R0 ；取數(shù)進(jìn)行譯碼 MOV DPTR,SEG