语音播报温度表设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 开题报告设计题目： 语音播报温度表设计 学生姓名： 周博海 学院名称： 电气与信息工程学院 专业名称： 电子信息工程 班级名称： 电子0641 学 号： 指导教师： 倪虹霞 教师职称: 副教授 学 历： 大学本科 2010年 4月 30日开题报告一、选题依据1.设计目的及意义(1)研究目的传统温度计多采用物理原理，根据水银等随温度升降的热胀冷缩的性质，通过读取刻度值来判断温度值，此类方法准确度比较低，不易实现自动化，温度计容易损坏1。并且测量需要的时间长，容易受到外界诸多物理因素的影响。具有语音播报功

2、能的电子温度计可克服传统温度计在生活生产中的诸多不利因素。在对周围环境温度进行测量时，本设计可通过语音播报功能及数字显示功能成功地实现温度测控，其本身还可通过软硬件支持的相关功能及特定算法来调节测量精度，大大提高了设计的灵活性。此类温度计测温性能方面准确快捷；显示方式则为清晰易懂的数字化类型，方便人们日常生活使用；语音播报功能使其更加智能化、人性化。(2)研究意义温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究合适的测温方法和测温装置具有重要的意义2。随着自动化水平在工业生产过程中的日益提高，智能化已经成为一

3、种趋势。人们越来越希望，生产生活中能够最大限度的趋于自动化和智能化，并且具有一定的人机交互性。大规模语音处理集成电路的发展，使得语音播报系统在实际生活生产中的应用越来越广泛3。语音播报技术体现了智能化，人性化，它不仅在需要用声音传递信息的环境中担当信息传输纽带的重要作用，还在繁忙的日常生产服务中通过温馨、亲切的语音提示方式调节受用者心情。语音播报技术的相关研究也已成为一个热门领域，现今生产生活中其相关技术的应用随处可见。具有语音播报的温度控制系统在工农业生产中拥有广泛的应用前景。目前生产生活中经常需要某一特殊的环境温度，测量一旦达不到一个相当高的要求就会造成巨大的损失。传统的方式对人力浪费较大

4、，对温度控制不精确，而且一不小心容易发生意外。如果设计一套基于电子技术的具有语音播报功能的温度控制系统，就可以实时监测温度，并可以通过键盘准确地控制温度，不需要人力检测，开题报告其测量速度、精度及可行度都得以保障，实现可远程监控、并尽可能节约人力资源的智能语音播报温度系统。相关产品利用率高，设备简单，费用低，效果好。2.设计拟解决的工程实际问题工业方面。本设计可重点解决工程中人力资源浪费问题、实时温度监控问题以及测温速度问题。工程中对温度的检测要求往往非常高，电子温度计测量灵敏快速的特性使其成为工业实际生产中的主流测温仪器。而且，很多工业场所对温度即时测量的要求极高，通常依靠人工对温度进行监测

5、。为避免事故发生，需要人员长时间坚守岗位，这必将耗费相关人员大量的时间和精力。此外，对于一些环境条件比较恶劣、危害人体健康的场所，无法实行人工监测温度。而此类语音播报温度表可通过单片机功能实现远程温度监控，播报系统又可简洁快速的提供温度的即时测量信息。而且，本设计可配合通信技术进行电话语音报警，充分利用已有通信资源的同时，使警情信息迅速传到相关人员，从而使监控系统更为智能化3。农业方面。本设计可解决工程中除工业常见问题外的产品价格问题。本系统温度控制精确，可实时监测温度，并节省大量的人力资源，在诸如户外大棚生产中，避免人力长期守候监测温度的窘境。此外，现在工业生产中的相关系统结构复杂，价格昂贵

6、，无法在农业生产中广泛推广4；而此系统在保证应有功能的基础上价格合理，操作方便，模块化设计决定本系统可根据需要添减硬件，达到效率最大化的效果。医用方面。本设计在实际工程中最为直观的产品就是语音智能电子体温计。体温是观测人体机能是否正常的重要指标之一， 也是人体生命活动的基本特征。在日常生活中， 在用水银体温计测量体温时， 是通过读取刻读值来判断温度的高低。当光线较暗或年纪较大，就看不清或不能准确的读出体温计的读数; 同时在测量时需要等待较长时间，只有使水银温度计充分受热，才能基本准确反应其实际温度值， 水银温度计给测量者带来了诸多不便。而语音智能电子体温计不仅克服了传统体温计的许多缺陷， 它可

7、以快速的进行体温测量， 而且以语音报出测量的体温值; 同时可以将测量值保存起来， 具有记忆功能。具有较高的灵敏度，可以在几秒钟内测得结果，对于视力不佳而无法读取数值的人群或老年人开题报告显得更为重要5。此外，本设计可灵活调试，结合其他技术解决更多工程中的问题。如结合红外技术应用于交通、安检中，或结合其他类传感器应用于湿度、光照度的检测中等。3.设计拟应用的文献综述本设计是具有语音播报功能的电子温度表。文献6详细说明了电子温度表测温元件由热电偶、热敏电阻，到单线集成温度传感器的发展历程，阐述了软硬件模块化设计理念。并提出通过硬件自带功能设计系统，进而简化电路的观点。首先，本设计的硬件选择方案多种

8、多样。文献7应用了最为基础的AC89C51单片机，但外围电路极为繁琐，而文献8应用功能更强的SPCE061A，硬件电路简单清晰；文献5介绍了本设计SPCE061A优于AT89C51等系列单片机的理由，即无需额外的语音芯片及仿真器，相关的软件技术更加成熟。文献9则在设计中应用了可直接读取被测温度的DS18B20，简化了A/D转换系统。文献10提出除常规A/D转换外，可配合V/F转换进一步提高测量精度。相关软件技术及控制算法也同样是设计的参考之一，以凌阳SPCE061A为例，文献11中精确的提出了SACM L IB库及SACM A2000算法的概念，说明其语音技术的强劲，并解决语音文件存储空间的问

9、题；文献8中介绍了PID控制算法的公式及其应用，以及两种加热控制系统方法的优劣性对比。本设计相关的研究侧重于实际工程中某一技术的拓展与多种技术的结合，如文献12 并未指定使用某一测温元件，但涉及了多点测量的技术层面，并提出了在工程中通过标度变换与数字滤波控制测量范围与精度的实际操作方法。文献13为全自动控温系统，测温范围可调，具有语音开关，并通过电炉及风扇自动控温。文献3则是利用电话及MODEM控制，实施远程通讯，在大规模生产线及某些重要场合中应用广泛。本设计的相关产品在实际生活中实用度问题也值等思考，文献14就提出了SPCE061A体积大的缺点，如果用嵌入式将大大缩小器件体积。而文献15中应

10、用了MSP430F149单片机，设计出的系统低功耗、便携，并可通过热电偶冷端补偿的方法提高其实用度。开题报告总体来讲，本设计趋向于智能化，其相关技术的主要研究方向为温度的实时监控，温度的多点测量，温度的自动调控及与电话通讯等技术相结合；本系统在软硬件方面均趋向于模块化，可根据实际需要添减元件，增减功能，调整性能。硬件选择方面，微观上着重注意单一元件的特点及技术支持，功能上与系统整体要求的匹配度。宏观上减少信号转换，简化外围电路。测量精度一般是通过软件及算法进行控制。在实际生产中，相关产品对价格及功耗的问题也比较敏感；而实际工程应用中，其产品体积，测量性能及适用环境同样需要考虑。4.设计相关技术

11、的国内外现状(1)国内相关技术现状：智能语音播报系统在我国属于新兴技术产业，有着极为光明的前景，此方面国内市场的主要产品趋向于应用国外先进的基础硬件生产成品。随着我国国民经济持续高速的发展，智能化生产规模日趋扩大，语音播报融入日常生活已成为一种趋势。如：对车辆收取管理、通行或进入等费用、提示语等播报的智能语音系统，或是在各公共场合的时间、天气、问候等提示语的播报。现代工业控制过程广泛应用了有播报功能的工作状态和故障状态报警装置。它以直观、易懂、方便、准确的形式向操作者提供有关信息，使操作者能够更准确、快速地处理系统问题。如：火车站信号自动语音播报系统可通过对多路信号进行检测采集，提供安全警示语

12、音信息并播报，实现安全操作提示及报警16。国内对此项技术的要求趋向人性化，高效化，智能化。采取的措施为不断完善传统呆板的录播式语音播报器，实现真正的智能化数字语音播报，根据不同的情况可以随时调整播报的语言及语音语调等。温度传感方面，温度传感器在我国工业生产、国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究都有光明的前景。如CN61M/KG3004B矿用温度传感器，拥有操作方便、读数直观、工作可靠、体积小、重量轻、维修简便等特点，适于在煤矿、油田、化工等有爆炸危险的场所连续检测被测量对象的温度，并且有信号输出功能，可与国内各种型号的煤矿善传统呆板的录播式语音播

13、报器，实现真正的智能化数字语音播报，根据不同的情况可以随时调整播报的语言及语音语调等。开题报告温度传感方面，温度传感器在我国工业生产、国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究都有光明的前景。如CN61M/KG3004B矿用温度传感器，拥有操作方便、读数直观、工作可靠、体积小、重量轻、维修简便等特点，适于在煤矿、油田、化工等有爆炸危险的场所连续检测被测量对象的温度，并且有信号输出功能，可与国内各种型号的煤矿监测监控系统配接使用或独立使用。总体来讲，我国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，总趋势为微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和

14、网络化发展。(2)国外相关技术现状：在国外，语音播报技术已经非常先进，语音播报系统日趋成熟，许多国家致力于这方面的开发研究，到现在为止很多国家的产品已经达到国际先进水平，并已广泛应用于各个领域。如：美国ISD公司生产的ISD系列智能语音存储芯片音质好，长期断电语音信号不丢失，非常适合于电子产品的开发应用16。其各型号产品性能各异，特点鲜明，总体功能齐全，可根据开发项目和要求选择合适的产品进行设计，既实现预期要求又不会资源浪费。温度传感器方面，国外在此项技术的发展史悠久，技术体系相当完善。本次设计使用的AD 590是美国模拟器件公司生产的双端集成温度传感器，具有功能单一（仅测量温度）、测温误差小

15、、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，相关设计外围电路简单等特点。而被本次设计摒弃DS18B20是美国DALLAS公司生产的目前流行的单线数字温度传感器芯片，较传统的温度传感器具有结构简单、体积小、功耗小、抗干扰能力强、使用简单和可组网实现多点温度测量等优点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。另外，DS18B20为数字信号输出，不需要经信号放大和AD转换，电源极性接反也不会因发热而烧毁17，设计可行度及安全性均得以保障。开题报告二、设计方案及技术路线1.方案选择方案一：AT89C51+8个温度变速器+8个控制开关+时钟功能+

16、纪录功能。系统总体框图如图1：AT89C51音频输出控制复位电路语音电路语音播报键盘及时钟电路显示电路打印机存储器AD574转换数字滤波八路选择开关温度变速器1-8数据转换数据存储 图1 方案一的系统总体框图系统主要由AT89C51、8个温度变速器、语音芯片ISD2560、时钟电路、显示电路、复位电路、打印机等组成12。(1)单片机控制核心的选择AT89C51 8位单片机。自带有片内ROM 和一定数量的RAM，一般不需要扩展片外的存储器，并且能和MCS51产品兼容7。(2)测温电路：本方案没有选择特定的温度传感器，而是直接进行温度变速器的相关设计。可见，本方案在此方面着重设计多点测量功能，而非

17、测量的范围、精度与可调性。(3)语音电路：ISD2560语音芯片及外围电路。ISD2560抗断电，音质好，使用方便。最大特点为录放时间长，寻址能力强，便于多器件级联18 。(4)开关控制：8个温度点将信号送到温度变送器，后经转换送到八路选择开关。选择其中的一路信号经AD574转换后送到单片机内进行标度变换、数字滤波等技术处理。(5)纪录功能相关器件开题报告与小型打印机联机即可记录现场各点的温度值。(6)时钟功能拟用DS1320 ，向单片机提供时间的信息。本方案特点为多点测温具有选择性，并可通过通道选择按钮进行调节；选择开关连接的温度变速器具有普遍性，放宽了硬件要求；常使用标度变换与数字滤波的方

18、法调节测温范围及测温精度。方案二：AT89S52+ISD1420+DS18B20+8个控制键+报警功能+时钟/日历功能。系统总体框图如图2：继电器温度控制被 控 对 象AT89S52音频输出控制数据输入温度检测电路时钟/日历电路温度值显示时间日期显示语音芯片语音播报报警电路数据转换及数据运算键盘电路图2 方案二的系统总体框图系统主要由MCS-51 系列单片机AT89S52、温度传感器DS18B20、语音芯片ISD1420、时钟/日历电路、显示电路等组成9。(1)单片机控制核心的选择AT89S52 8位单片机相比于AT89C51，定时器多一个T2，RAM多128B，ROM多4K，中断多2个，多一

19、个看门狗，在掉电、数据指针等方面还有一些改进。(2)温度检测电路由DS18B20单线数字温度传感器组成。DS18B20体积小、成本低、抗干扰能力强，可直接读出被测温度。另外，“一线总线”的特点适合多点检测温度6。(3)语音电路ISD1420语音芯片及外围电路。ISD1420作为单片语音录放电路它的功能齐全，控制信号方式简单；可分段存贮20 秒语音信息，并有断电数据保护功能7。开题报告(4)键盘电路拟用8个独立式控制键，可根据需要进行各种功能按键的设定，以控制温度上下限、时钟/日历信息及报警信息。(5)显示电路拟用RT1602C 液晶显示器件LCD。可用一个10K 的电位器调整对比度。(6)报警

20、电路由功放三极管及蜂鸣器组成。当温度传感器检测到的温度高于温度的上限或低于温度的下限设定值时，三极管受低电平信号导通，蜂鸣器发出警报。(7)时钟/日历电路主要由可编程串行时钟/日历芯片、DS1302晶振、电容等组成。(8)控制电路可通过PID 控制算法进行比较后，输出PWM信号控制继电器的工作状态，从而完成对温度控制器的调节控制。本方案特点为使用了可直接读出被测温度的DS18B20温度传感器，简化了A/D转换系统；利用DS18B20“一线总线”的特点可轻松实现多点测温；控制键多，可根据需要调控各功能的控制；可通过PID算法实现控温；可随时显示当前温度、时间等信息。方案三：SPCE061A+AD

21、590+5控制键+调零系统+PID控制功能系统总体框图如图3：调零电路SPCE061A音频输出控制数据转换数据输入A/D转换及数据运算人机交互模块温度值显示调零值显示键盘电路语音播报温度数据采集图3 方案三的系统总体框图系统主要由SPCE061A 单片机、温度传感器AD590、调零电路、人机交互模块（含键盘设定电路、数码管显示电路及语音播报电路）等组成8。开题报告(1)单片机控制核心的选择凌阳SPCE061A 16位单片机。内置精度的模/数转换器和10 位精度的数/模转换器、2K字的SRAM、32K字的闪存FLASH，并具有DSP功能19；配有诸多语音播放函数，内置在线仿真、编程接口5。(2)

22、温度数据采集电路由恒流型集成模块AD590 温度传感器组成。AD590精度高、灵敏度高，测量范围广，无需进行温度补偿。具有良好的线性和互换性，可消除电源波动 20。(3)语音电路直接从单片机引脚输出音频信号，由功率放大器驱动扬声器进行播报。(4)显示电路显示电路由两组数码管组成，它们分别显示设定温度值和当前测定温度，并采用共阴极连接和动态显示法以节省硬件资源。(5)调零电路拟用4个按键进行调零控制。即一个调零键，一个确认键，两个设定温度键。本方案特点为使用语音技术成熟的凌阳SPCE061A 16位单片机，语音电路简单；温度传感器测温范围较大，精度更高；尽量减少按键，简化电路；调零的设计使本系统

23、更为精确，方便长时间使用。方案选择：本设计最终选定方案三，原因如下：单片机方面，89C51及S52虽然编程自由度大，但需要额外增添语音芯片及仿真器，软件实现比较麻烦，外围电路有可能极为复杂，所以选择配有诸多语音播放函数，内置在线仿真、编程接口的凌阳SPCE061A单片机5；温度传感器方面，本设计要求测温范围为- 50 + 150，因此放弃了可简化A/D转换系统的DS18B20（测温范围- 55 + 125），选择了精度更高、无需温度补偿的AD590（测温范围为- 55 + 150）；由于本系统涉及技术领域广泛，所以设计过程中容易出错，电路容易繁琐，因此按键应尽可能减少，锦上添花的附加功能应予以

24、舍去，而且本系统软硬件均采用模块化设计，可根据需要再添加器件；本次设计的是一个测温系统，对精度的调节可增加其实用性。总而言之，硬件选择应在确保参数要求的前提下尽量简化电路；控温设计在技术层面可行性不高，难度过大；多点测量技术对本次设计帮助不大，在舍去时钟及打印机等功能的同时还可减少按键的数量，报警功能只是一种语音功能的附加；而尽量提高测温精度则是本系统应该解决的问题。综上，方案三更适合本次设计。2.技术路线系统整体方案选择及论证学习软件的相关理论知识根据单片机特性设计硬件连接图绘制主程序流程图根据系统要求的功能设计个模块的硬件电路图绘制主要模块的子程序流程图参考国内外相关文献收集及整理资料归纳

25、总结，撰写论文根据参数要求及设计可行度选择元件型号编写源代码，并与硬件结合调试图4 设计技术路线开题报告三、可能存在的问题及解决措施1. 可能存在的问题本系统是结合单片机技术、传感技术、语音播报技术和模数转换技术而成的智能化设计，技术覆盖领域广泛，软硬件设计上很可能存在诸多问题。系统若采用控制时间的方法拓展控温功能，很可能出现控制时间有较大的滞后性、引入较大超调的问题。由于本设计在保证功能的基础上需要相对简单的设计，因此模拟信号传输环节可能出现比较大的失调和温漂。另外，调零的准确度可能不够理想，扬声器的语音播报音量可能过小，语音播报的效果达不到预期要求。2. 解决措施首先，为避免软硬件中过于复

26、杂烦琐的问题，应选用自身功能较强，语音播报软件技术非常成熟，并可简化外围电路的单片机。因此，应尽量避免使用某些需要外接语音芯片等相关器件的8位单片机。传感器方面，尽量选择体积小，功能单一的集成温度传感器。温度控制可采用控制加热功率的方法，通过控制电炉的平均通断时间来控制其平均功率，在满足系统要求的层面上相对比较理想。为提高精度，应选用失调、温漂较小的集成运放器，在大量程范围内还可以预先通过实验来获取各温度段的校正系数，以便进行软件校正，可进一步提高测量精度。调零设置方面，可用外界其他参考温度进行提前校准以提高调零准确度。功率放大器可解决音量过小的问题，利用功率放大器驱动扬声器的方法，即可实现音

27、量达到足够要求的语音播报系统。四、设计成果(1)具有语音播报功能的测温系统。(2)设计相关硬件电路图。(3)设计相关软件源代码。(4)设计相关外文资料及其翻译。(5)毕业论文。开题报告五、进度计划毕业设计进度计划如表1：表1 毕业设计进度计划安排时 间主 要 内 容3.3至3.21结合校外或校内生产实习，确定毕业设计题目，收集毕业设计资料，论证毕业设计题目及内容的可行性，研究设计方案和思路3.22至4.11确定设计方案和技术指标，拟定采取的解决措施，撰写毕业设计开题报告，查找并进行外文资料翻译工作4.12至4.30指导教师审核开题报告，提出修改意见，整改并完成毕业设计开题报告，修改完善外文翻译，同时开始设计系统组成原理框图，进行控制电路原理设计，计算机绘制电路原理图，完善电路设计5.1至5.16进行电路元器件选择、参数计算和数据测试