【正文】 ???21 完整控制系統(tǒng)與多層控制 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 構(gòu)成恒溫系統(tǒng)或微機(jī)溫度測(cè)量系統(tǒng)網(wǎng) ?????????????????????????????????????????????????????22致謝 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23參 考 文 獻(xiàn) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????24附錄 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25附錄（一）元件清單 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25附錄（二）英語(yǔ)論文 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27附錄（三）中文翻譯 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34具有語(yǔ)音功能的溫度檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作者：田立金[摘 要]簡(jiǎn)介了溫度檢測(cè)的廣泛應(yīng)用價(jià)值，以及多媒體技術(shù)，尤其是語(yǔ)音合成與識(shí)別技術(shù)，用于溫度檢測(cè)系統(tǒng)的意義。在一般部件選擇原則的基礎(chǔ)上，具體對(duì)控制器、傳感器、顯示部件等進(jìn)行了合理選擇，并詳細(xì)介紹了 SPCE061A 單片機(jī)的功能特點(diǎn)，以及數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 的特性以及使用方法。最后給出了系統(tǒng)功能可以繼續(xù)完善的一些基本思路。[關(guān)鍵詞] 單片機(jī) 語(yǔ)音技術(shù) 溫度檢測(cè) 傳感器Design of A temperature checkup and alarm system with voice function Tian Lijin [Abstract]The extensive application value of temperature measurement is introduced. Multimedia techniques, especially speech technique can improve the functions of temperature measurement. On the base of general principles of ponents choosing, choosing of the main ponents, including controller ,sensor ,display etc. , are discussed. A kind of special singleship puter, SPCE061A, is introduced, and the using method of DS18B20, which is a kind of digitized temperature sensor, is illustrated. Using DS18B20 as the sensor，and SPCE061A as the controller ,the temperature measurement and alarm system is realized. The hardware and the software of system are debugged and realized t in the lab environment. Some ideas of future work, which may make the system more perfect ,are discussed. The system works well in the lab with high stability and precision， and can reach the performance that expected.[Keywords] Microcontroller Voice technology Temperature checkup Sensor 第一章 概述 溫度檢測(cè)的廣泛應(yīng)用和意義溫度是在多種多樣的應(yīng)用中都必須監(jiān)測(cè)和控制的關(guān)鍵參數(shù)。多種多樣的溫度檢測(cè)就存在人們的日常生活中，如人計(jì)算機(jī)（PC），移動(dòng)電話，家用電器，汽車，醫(yī)用設(shè)備和游戲控制臺(tái)等等，都有不同的溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)。因此它的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，滲透到了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。把多媒體引入嵌入式系統(tǒng)正是它應(yīng)用的一個(gè)方面，也會(huì)給嵌入式系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)一片新的天地。同時(shí)也是由于具有簡(jiǎn)單和多媒體的特點(diǎn)，可以使得一些特殊的人群，如盲人、聾啞人、兒童、老人、等也可以方便地進(jìn)行溫度檢測(cè)與控制。 本設(shè)計(jì)的主要工作本設(shè)計(jì)的主要工作是要設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 主控制器的選擇與介紹 主控制器的選擇進(jìn)行溫度控制有多種方法，但由于既要降低成本，又要保證質(zhì)量，提高可靠性、方便性，決定采用單片機(jī)進(jìn)行溫度控制。（2）合適的位數(shù)和功能要根據(jù)計(jì)算量的大小和系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。盡量選用片內(nèi)資源夠用的 MCU，使產(chǎn)品盡量接近“單片化”；還要遵循夠用、留有適當(dāng)富裕量的原則。選擇主流機(jī)型有很多可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)它的仿真器支持應(yīng)該使很完善的，開發(fā)性價(jià)比高。（5）選用主流技術(shù)、機(jī)型在小型和便攜式產(chǎn)品中要考慮采用小體積、微功耗 MCU。 本系統(tǒng)的具體選擇由于本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將語(yǔ)音功能用于溫度檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。它以 8 位或 16 位機(jī)為計(jì)算核心，外加 A/D 轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)器。典型芯片是 1996 年美國(guó) Sensory 公司生產(chǎn)的 RSC146。它將MCU、DSP、A/D、D/A、RAM、ROM 以及預(yù)放、功放等電路集成在一個(gè)芯片上，只要加上極少的電源供電等單元，就可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成以及語(yǔ)音回放等功能。較具代表性的是Sensory 公司生產(chǎn)的 RSC364 及 Infineon 公司生產(chǎn)的 UniSpeehSDA80D51，和凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的 SPCE061A 單片機(jī)。由于凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的 SPCE061A 單片機(jī)已是語(yǔ)音識(shí)別的主流產(chǎn)品 ，并且其開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單，價(jià)格低，所以本系統(tǒng)采用 SPCE061A 單片機(jī)作為主控制機(jī)。凌陽(yáng)的16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16 位微處理器芯片（以下簡(jiǎn)稱μ180。圍繞μ180。nSP?系列單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱 μ180。nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM 和功能豐富的各種外設(shè)接口部件，如圖21所示。nSP?家族的模塊式結(jié)構(gòu)圖μ180。除此之外的其他功能模塊均為可選結(jié)構(gòu)，即這種結(jié)構(gòu)可大可小或可有可無(wú)。 結(jié)構(gòu)概覽SPCE061A 的結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。凌陽(yáng) SPCE061A 單片機(jī)數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域的一種較經(jīng)濟(jì)選擇。nSP?微處理器；（2）工作電壓：VDD 為 ～（CPU）， VDDH 為 ～（I/O）；（3）CPU 時(shí)鐘：32768Hz～ ；（4）內(nèi)置 2K 字 SRAM；（5）內(nèi)置 32K 閃存 FLASH；（6）可編程音頻處理功能；（7）32 位通用可編程輸入/輸出端口；（8）32768Hz 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，鎖相環(huán) PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； （9）2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）；（10）2 個(gè) 10 位 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）輸出通道；（11）7 通道 10 位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和單通道語(yǔ)音模數(shù)轉(zhuǎn)換器；（12）聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器自動(dòng)增益控制（AGC）功能；（13）系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)） 耗電小于 ；（14）具備觸鍵喚醒的功能；（15）14 個(gè)中斷源：定時(shí)器 A / B，2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，時(shí)基，鍵喚醒等；（16）具備異步、同步串行設(shè)備接口；（17）具有低電壓復(fù)位（LVR）功能和低電壓監(jiān)測(cè)（LVD）功能；（18）內(nèi)置在線仿真電路接口 ICE（InCircuit Emulator）；（19）具有保密能力；（20）具有 WatchDog 功能。具體而言，選擇傳感器時(shí)應(yīng)該考慮的因素主要有：（1）具有很好的信號(hào)選擇能力，以便從干擾的信號(hào)中提取有用信號(hào)；（2）具有足夠大的工作范圍和量程，且有一定的過(guò)載能力；（3）輸出信號(hào)與被測(cè)輸入信號(hào)成確定關(guān)系（希望為線性），且靈敏度高，與測(cè)量或控制系統(tǒng)匹配性好；（4）傳感器本身是測(cè)量用的特殊系統(tǒng)，應(yīng)該具有滿足測(cè)量要求的靜態(tài)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即必須有足夠快的反應(yīng)速度、較高的穩(wěn)定性（如時(shí)漂、溫漂?。┖蜏?zhǔn)確性，而且工作可靠性高；（5）適用性和適應(yīng)性強(qiáng)，即傳感器動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響小，以防止破壞被測(cè)對(duì)象的正常工作狀態(tài)，內(nèi)部噪聲小又不易受外界干擾，使用安全等；（6）使用經(jīng)濟(jì)，成本低，壽命長(zhǎng)，且便于使用、維修和校準(zhǔn)。 幾種常用溫度傳感器及其主要性能特點(diǎn)人們已經(jīng)開發(fā)出許多不同的測(cè)量技術(shù)以滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)各種技術(shù)和成本的要求，這些測(cè)量技術(shù)包括熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）、紅外（IR）測(cè)溫、熱電偶以及許多最新推出的集成電路（IC）溫度傳感器。主要特點(diǎn)是靈敏度高、體積小、熱慣性小、價(jià)格低廉、壽命長(zhǎng)；主要缺點(diǎn)是其阻值與溫度變化呈非線性關(guān)系，測(cè)量范圍較窄（100~300℃），且元件的穩(wěn)定性和互換性差。（2）電阻溫度檢測(cè)器（RTD）：又叫熱電阻，主要由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等組成，通常是將電阻絲以雙線繞制的形式繞在石英、云母或塑料骨架上，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大。（3）紅外（IR）測(cè)溫：技術(shù)含量高、價(jià)格貴、應(yīng)用于工業(yè)醫(yī)用等特殊場(chǎng)合、比如車站入口檢測(cè)乘客體溫。（5）集成電路（IC）溫度傳感器：適合于55℃～150℃溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用，測(cè)量范圍比熱電偶和 RTD 的測(cè)量范圍小一些，但是它們有小封裝、高精度和低價(jià)格等特點(diǎn)，并且容易與其它器件連接，例如，放大器、穩(wěn)壓器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和微控制器（MCU ）。模擬溫度傳感器的輸出是一個(gè)與溫度成比例的電壓或者電流信號(hào)。 本系統(tǒng)的具體選擇本系統(tǒng)的要求是能完成 0~99℃范圍內(nèi)的溫度檢測(cè)，精度為 1℃。溫度傳感器 DS18B20 和 SPCE061A 單片機(jī)都具有 A/D 轉(zhuǎn)換功能，SPCE061A 內(nèi)置 8通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，而 DS18B20 可以完成最高 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用溫度傳感器 DS18B20 完成 A/D 轉(zhuǎn)換，這也是提高精度，減小誤差的一個(gè)重要措施。 圖 23 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ROM 中的 64 位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個(gè) DS18B20 的 64 位序列號(hào)均不相同。ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并可以由用戶設(shè)定報(bào)警限，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。與 DS1820 相比，主要具有更寬的測(cè)溫范圍，同時(shí)增加了程序設(shè)置寄存器，用來(lái)設(shè)置分辨率的位數(shù)，具體情況如表 21 所示：表 21 DS18B20 的程序設(shè)置寄存器TM R1 R0 1 1 1 1 1TM 是測(cè)試模式位，為 1 表示測(cè)試模式，為 0 表示工作模式，出廠時(shí)該位設(shè)置為 0，且不可改變。DS18B20 具有 64 位 ROM 編碼。溫度數(shù)據(jù)寄存器由 2 個(gè)字節(jié)組成。4－ DS18B20 的應(yīng)用DSl8B20 常見(jiàn)的封裝形式有 2 種，如圖 24 所示。DS18B20 的供電模式有 2 種，即寄生電源模式和外電源供電模式。 圖 24 DS18B20 封裝總線上所有掛接的 DS18B20 在進(jìn)行其他的操作之前要進(jìn)行復(fù)位操作，即主機(jī)對(duì)DS18B20 相連的口線激發(fā)一個(gè)低電平，并且保持 480~960 μs，如果復(fù)位操作正常，在15~60 μs 之后 DS18B20 會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答脈沖，將會(huì)保持 60~240 μs，其時(shí)序如圖 25 所示。表 22 ROM 操作命令讀 ROM 命令〔33H〕 讀總線上 DS18B20 的序列號(hào)匹配 ROM 命令（55 H） 對(duì)總線上 DS18B20 尋址跳過(guò) ROM 命令（CCH ） 該命令執(zhí)行后，將省去每次與 ROM 有關(guān)的操作搜索 ROM 命令（FOH ） 控制機(jī)識(shí)別總線上多個(gè)器件的 DS18B20編碼報(bào)警搜索命令（ECH） 控制機(jī)搜索有報(bào)警的器件單片機(jī)完成表 22 命令之后進(jìn)行 RAM 的操作，操作的具體