【文章內(nèi)容簡介】 而且一不小心容易發(fā)生意外。如果設(shè)計(jì)一套基于電子技術(shù)的具有語音播報(bào)功能的溫濕度控制系統(tǒng)，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測溫濕度，并可以通過鍵盤準(zhǔn)確地控制溫濕度，不需要人力檢測。 2 第一 章 緒 論 課題開發(fā)背景 智能語音播報(bào)系統(tǒng)在我國屬于新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，有著極為光明的前景，此方面國內(nèi)市場的主要產(chǎn)品趨向于應(yīng)用國外先進(jìn)的基礎(chǔ)硬件生產(chǎn)成品。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速的發(fā)展，智能化生產(chǎn)規(guī)模日趨擴(kuò)大，語音播報(bào)融入日常生活已成為一種趨勢。如：對車輛收取管 理、通行或進(jìn)入等費(fèi)用、提示語等播報(bào)的智能語音系統(tǒng)，或是在各公共場合的時(shí)間、天氣、問候等提示語的播報(bào)。 設(shè)計(jì)的目的和意義 人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實(shí)時(shí)測量溫濕度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫濕度的測量，因此研究合適的測溫方法和測溫裝置具有重要的意義。隨著自動(dòng)化水平在工業(yè)生產(chǎn)過程中的日益提高，智能化已經(jīng)成為一種趨勢。人們越來越希望，生產(chǎn)生活中能夠最大限度的趨于自動(dòng)化和智能化，并且具有一定的人機(jī)交互性。大規(guī)模語音處理集成電路的發(fā)展，使得語音播報(bào)系統(tǒng)在實(shí)際生活生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。語 音播報(bào)技術(shù)體現(xiàn)了智能化，人性化，它不僅在需要用聲音傳遞信息的環(huán)境中擔(dān)當(dāng)信息傳輸紐帶的重要作用，還在繁忙的日常生產(chǎn)服務(wù)中通過溫馨、親切的語音提示方式 調(diào)節(jié)受用者心情。語音播報(bào)技術(shù)的相關(guān)研究也已成為一個(gè)熱門領(lǐng)域，現(xiàn) 生產(chǎn)生活中其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用隨處可見。具有語音播報(bào)的溫度控制系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中擁有廣泛的應(yīng)用前景。目前生產(chǎn)生活中經(jīng)常需要某一特殊的環(huán)境溫濕度，測量一旦達(dá)不到一個(gè)相當(dāng)高的要求就會(huì)造成巨大的損失。傳統(tǒng)的方式對人力浪費(fèi)較大，對溫度控制不精確，而且一不小心容易發(fā)生意外。如果設(shè)計(jì)一套基于電子技術(shù)的具有語音播報(bào)功能的 溫濕度控制系統(tǒng)，就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測溫濕度，并可以通過鍵盤準(zhǔn)確地控制溫濕度，不需要人力檢測，其測量速度、精度及可行度都得以保障，實(shí)現(xiàn)可遠(yuǎn)程監(jiān)控、并盡可能節(jié)約人力資源的智能語音播報(bào)溫度系統(tǒng)。相關(guān)產(chǎn)品利用率高，設(shè)備簡單，費(fèi)用低，效果好 。 3 國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 現(xiàn)代工業(yè)控制過程廣泛應(yīng)用了有播報(bào)功能的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)報(bào)警裝置。它以直觀、易懂、方便、準(zhǔn)確的形式向操作者提供有關(guān)信息，使操作者能夠更準(zhǔn)確、快速地處理系統(tǒng)問題。如：火車站信號(hào)自動(dòng)語音播報(bào)系統(tǒng)可通過對多路信號(hào)進(jìn)行檢測采集，提供安全警示語音信息并播報(bào)，實(shí)現(xiàn)安全 操作提示及報(bào)警，國內(nèi)對此項(xiàng)技術(shù)的要求趨向人性化，高效化，智能化。采取的措施為不斷完善傳統(tǒng)呆板的錄播式語音播報(bào)器，實(shí)現(xiàn)真正的智能化數(shù)字語音播報(bào)，根據(jù)不同的情況可以隨時(shí)調(diào)整播報(bào)的語言及語音語調(diào)等。溫度傳感方面，溫度傳感器在我國工業(yè)生產(chǎn)、國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究都有光明的前景。如 CN61M/KG3004B 礦用溫度傳感器，擁有操作方便、讀數(shù)直觀、工作可靠、體積小、重量輕、維修簡便等特點(diǎn)，適于在煤礦、油田、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場所連續(xù)檢測被測量對象的溫度，并 且有信號(hào)輸出功能，可與國內(nèi)各種型號(hào)的煤礦善傳統(tǒng)呆板的錄播式語音播報(bào)器，實(shí)現(xiàn)真正的智能化數(shù)字語音播報(bào)，根據(jù)不同的情況可以隨時(shí)調(diào)整播報(bào)的語言及語音語調(diào)等。為了提高對傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其對溫濕度傳感器的深入研究以及用法和用途，基于實(shí)用丶廣泛和典型的原則，因此設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)，在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用性都比較強(qiáng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)和語音技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一室內(nèi)溫濕度語音播報(bào)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)不緊可以顯示室內(nèi)溫濕度，而且還能實(shí)現(xiàn)溫濕度語音播報(bào)，使其更人性化，操作方便，控制靈活。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子設(shè)備智能化程度的提 高 一些電子產(chǎn)品除了使用傳統(tǒng)的鍵盤和顯示器件作為人機(jī)交互操作界面之外還借助于語音作為反饋信息以體現(xiàn)智能化和人性化設(shè)計(jì)本文以 AT89S51 單片機(jī)和語音芯片 ISD1760 為核心 設(shè)計(jì)了一種溫度和濕度語音播報(bào)系統(tǒng) 完成了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)播報(bào) 實(shí)現(xiàn)了測量過程的智能化和自動(dòng)化 以適應(yīng)各種對測量服務(wù)要求比較高的場合 .，因此設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)，在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用性都比較強(qiáng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)和語音技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一室內(nèi)溫濕度語音播報(bào)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)不緊可以顯示室內(nèi)溫濕度，而且還能實(shí)現(xiàn)溫濕度語音播報(bào)，使其更人性化，操作 方便，控制靈活。 4 第二章 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)任務(wù) 。 2當(dāng)測量溫濕度超過設(shè)定溫濕度值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警模塊報(bào)警。 。 ，誤差 ≤177。 1℃ 原理框圖 分析本題，根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們確定了本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原理框圖如圖所示 電源模塊 電源模塊 方案：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。電源的穩(wěn)壓的特性較好，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 溫濕度傳感器模塊 方案： DS18B20 是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。 5 ①、 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 ② 、測溫范圍 － 55℃～ +125℃，固 有測溫誤差（注意，不是分辨率，這里之前是錯(cuò)誤的） 1℃。 ③、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 ④、工作電源 : ~（可以數(shù)據(jù)線寄生電源） ⑤ 、在使用中不需要任何外圍元件 ⑥、 測量結(jié)果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 ⑦ 、不銹鋼保護(hù)管直徑 Φ 6 ⑧ 、適用于 DN15~25, DN40~DN250 各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 ⑨、 標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋 M10X1, , G1/2”任選 ⑩ 、 PVC 電纜直接出線或德式球型接線盒出線 ,便于與其它電器設(shè)備連接 。 顯示模塊 方案：采用 LCD 顯示屏進(jìn)行顯示。 LCD 顯示屏是一種低壓、微功耗的顯示器件， 23伏就可以工作了，工作電流為幾微安，這是其它顯示器無法比較的，而且可以顯示（除數(shù)字外）大量信息，顯示曲線，字母，比傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼顯示器的畫面有提高。雖然 LCD 顯示器的價(jià)格比傳統(tǒng)的 LED數(shù)碼管要貴，但它的顯示效果更好，也是當(dāng)今的顯示器不二選擇，所以采用 LCD 作為顯示器。采用 LCD，更容易實(shí)現(xiàn)題目的要求，而且功能 兼容性高，只需將軟件修改即可，可操作性強(qiáng)，易于度數(shù)，采用 LCD12864 四行十六字符的顯示，能同時(shí)顯示溫濕度。 鍵盤控制模塊 方案：獨(dú)立式按鍵。對于獨(dú)立式按鍵來說，如果設(shè)置過多按鍵，雖然會(huì)占用較 6 多 I/O 口，給布線帶來不便，此方案適用于按鍵較少的情況。在本設(shè)計(jì)中所需要的控制點(diǎn)數(shù)的較少，只需要幾個(gè)功能鍵，簡便、易操作、成本低就成了首要考慮的因素。所以此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。 語音播報(bào)模塊 方案：采用 ISD1420 為美國 ISD 公司出品的優(yōu)質(zhì)單片語音錄放電路，由振蕩器、語音存儲(chǔ)單元、前置 放大器、自動(dòng)增益控制電路、抗干擾濾波器、輸出放大器組成。一個(gè)最小的錄放系統(tǒng)僅由一個(gè)麥克風(fēng)、一個(gè)喇叭、兩個(gè)按鈕、一個(gè)電源、少數(shù)電阻電容組成。錄音內(nèi)容存入永久存儲(chǔ)單元，提供零功率信息存儲(chǔ)，這個(gè)獨(dú)一無二的方法是借助于美國 ISD 公司的專利 直接模擬存儲(chǔ)技術(shù) (DAST TM)實(shí)現(xiàn)的。利用它，語音和音頻信號(hào)被直接存儲(chǔ)，以其原本的模擬形式進(jìn)入 EEPROM 存儲(chǔ)器 .直接模擬存儲(chǔ)允許使用一種單片固體電路方法完成其原本語音的再現(xiàn)。僅語音質(zhì)量優(yōu)勝，而且斷電語音保護(hù)。 7 第三章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)模塊 此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)單片機(jī)的控 制濕最主要的核心部分，給出以相關(guān)的指令，按照用戶的意愿執(zhí)行相應(yīng)的操作，這次選用是 ATMEL 公司生產(chǎn)的芯片 AT89S51,它的價(jià)格廉價(jià) ,而且通用性比較強(qiáng) ,很容易獲取。 單片機(jī)介紹 CPU 即中央處理器的簡稱，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作， CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分電路組成。微型計(jì)算機(jī)即單片機(jī)是因工業(yè)測控系統(tǒng)數(shù)字化，智能化的迫切需求而發(fā)展起來的。 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。STC89C51 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C51 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。此系列單片機(jī)易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、抗干擾能力強(qiáng)，可以兼容種類眾多的支持芯片、較為豐富的軟件資源，可以工作于各種惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。考慮到本系統(tǒng)的需要以及本人對單片機(jī)的熟悉程度，因此本設(shè)計(jì)選用STC系列的 STC89C51 單片機(jī)作為本系統(tǒng)的 CPU。由 STC89C51 單片機(jī)為核心的單片機(jī)最小 系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。 AT89C51 的管腳圖如圖所示： 8 AT89C51 的引腳功能 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電 。 當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P3 口： P3口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用 作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程 序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用的 AT89C51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k 9 Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的 高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89C51 具有如下特點(diǎn)： 40 個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89C51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率 ，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式。 AT89C51 單片機(jī)綜合了微型處理器的基本功能。 當(dāng) AT89C51 芯片接到來自溫度傳感器的信號(hào)時(shí)，其內(nèi)部程序?qū)⒏鶕?jù)信號(hào)的類型進(jìn)行處理，并且將處理的結(jié)果送到顯示模塊、報(bào)警模塊、語音播報(bào)模塊，發(fā)送控制信號(hào)控制各模塊。該模塊在硬件設(shè)計(jì)方面，其外圍電路提供能使之工作的晶振脈 沖、復(fù)位按鍵，四個(gè) I/O 口分別用于外圍設(shè)備連接。單片機(jī) AT89C51 硬件連接圖如圖 所示，其中 P0 接口外接上拉電阻以保證高低電平的準(zhǔn)確性。單片機(jī) AT89C51 的 I/O 端口具體分配與下表 : 圖 單片機(jī)與外圍設(shè)備硬件連接圖 10 表 AT89C51 的