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实验室防火预警系统的设计
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2009-04-24
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摘 要:本设计以AT89S52高速微控制器ISP在线编程技术为系统的核心,采用DS18B20温度传感器和湿度传感器来检测实验室的温度和湿度,并通过6个共阳极数码管时时显示当前的温度与湿度值。系统还采纳了高新的ISD1420语音播报技术,其芯片内部包含语音电路、大容量EEPROM存储器、功率放大器等。本系统设计在检测到实验室的温度或湿度过高/过底时通过语音播报来报警,同时继电器立即切断电源,实现系统的保护。
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实验室防火预警系统的设计
摘 要:本设计以 AT89S52 高速微控制器 ISP 在线编程技术为系统
的核心,采用 DS18B20 温度传感器和湿度传感器来检测实验室的
温度和湿度,并通过 6 个共阳极数码管时时显示当前的温度与湿度
值。系统还采纳了高新的 ISD1420 语音播报技术,其芯片内部包含
语音电路、大容量 EEPROM 存储器、功率放大器等。本系统设计在
检测到实验室的温度或湿度过高/过底时通过语音播报来报警,同时
继电器立即切断电源,实现系统的保护。
关键词:AT89S52 单片机 DS18B20 温度传感器 湿度传感器
目录
1.方案选择和论证………………………………………………………………
3
1.1 设计要求……………………………………………………………………… 3
1.2 系统基本方案……………………………………………………………… 4
1.2.1 系统框图…………………………………………………………………5
1.2.2 各模块方案选择和论证…………………………………………………5
1.2.3 系统各模块的最终方案…………………………………………… …5
2 系统硬件设计与实现…………………………………………………………6
2.1 系 统 硬 件 概 述 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 6
2.2 主要单元电路的设计…………………………………………………………7
2 . 2 . 1 主 控 电 路的设计 .………………………………………………………7
2.2.2 显示电路的设计………………………………………………………7
2.2.3 语音播报电路的设计…………………………………………………8
2.2.4 温度/湿度采集电路的设计…………………………………………………
8
2.2.5 继电器控制电路的设计……………………………………………………
… 8
3.系统软件设计…………………………………………………………………
9
3.1 系统软件概述………………………………………………………………9
3.2 子程序的设计…………………………………………………………………
10
3.2.1 温度采集子程序……………………………………………………………
10
3.2.2 湿度采集子程序……………………………………………………………
11
3.2.3 温度/湿度上下限报警子程序……………………………………………
11
4.系统测试………………………………………………………………………
11
4.1 测试议器………………………………………………………………………11
4.2 指标测试………………………………………………………………………12
4.2.2 功 能 测 试 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 13
4.3 测试结果与分析………………………………………………………… 13
5.总结………………………………………………………………………………
14
6.参考文献……………………………………………………………………15
附录一:系统电路图………………………………………………………………16
附录二:程序清单…………………………………………………………………17
1、系统方案选择和论证
1.1 设计要求
基本功能:(1)系统具有温度/湿度上下限语音报警功能;
(2)可以时时显示温度/湿度值;
(3)用继电器控制开关的通断,起到系统保护功能:
(4)系统具有复位功能:
1.2 系统基本方案
根据设计要求,系统可分为控制模块、温度/湿度显示模块、上/下限报警模
块、语音播报模块等。系统框图如图所示:
温 度 采
集模块
键盘控制
模块
显示模块
上 、 下 限
报警模块
主
控
制
电
路
语音播报模
块
A/D 转换
模块
`
1.2.1 各模块方案选择与论证
(1)主控模块
方案一:采用 FPGA 作为系统的控制器。FPGA(现场可编程门阵列)可
以实现各种复杂的逻辑功能,它把所有的器件都集中在一块芯片上,体积
小,稳定性高。同时 FPGA 可用 EDA 软件仿真调式,易于进行功能扩展。
但是由于本系统对数据处理的速度要求并不是很高,而 FPGA 的管脚也比
较多,布线起来会比较复杂,成本也会偏高。
方案二:采用 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机作为系统的控制器。
51 系列的单片机的使用简单,软件编程灵活。自由度大,可用软件编程实
现各种算法和逻辑控制,并且功耗低、体积小、技术成熟和成本低。
(2)显示模块
方案一:采用 LCD 显示。LCD 具有轻薄短小、低耗电量,平面直角显示
以及影像稳定不闪烁等优势,可视面积大,画面效果好,分辩率高,抗干
扰能力强等特点。但由于只需要显示温度和湿度值,信息量少,且 LCD 液
晶显示的成本相对来说比较高。
方案二:采用普通的 LED 数码管作为显示器件。数码管具有低能耗、低损
耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高(低)温,对外界
环境要求低,易于维护,同时其精度比较高,操作简单;编程容易,资源
占用较少。
(3)语音播报模块
方案一:语音芯片 ISD2560 具有较强功能的一种电脑语音录放器件,其
集成度高、音质好、使用方便等优点应用在很多需要语音服务的场合。如
电脑语音钟、语音型数字万用表、手机话费查询系统以及公共汽车报站器
等。
方案二:语音芯片 ISD1420,控制简单、控制管脚与 TTL 电平兼容,且
具备分段录音功能,便于与单片机连接,在这次设计中采用此芯片作为 语
音播报模块。
(4)A/D 转换模块
方案一: 采用 MAX187A/D 转换器,是属于 12 位串行口的转换器。使用
方便,结构简单,所占用单片机的 I/O 口较少,节省了资源的占用,但由
于此芯片成本较为昂贵,固不采纳此方案。
方案二: 采用 ADC0809 转换芯片,其中 A/D 转换器用于实现模拟量向数
字量的转换,由于模拟转换电路的种类很多,选择 A/D 转换器从速度,精
度和价格方面考虑,其内部是 8 路模拟选通开关,以及相应的通道抵制锁
存译码电路,转换时间是 128μS 左右,单电源供电。
(5)温度和湿度采集模块
方案一:采用 DS1822 芯片作为温度采集模块,DS1822 与 DS18B20 软
湿度采集
模块
件兼容,是 DS18B20 的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨
率参数的 EEPROM,精度降低为±2°C,适用于对性能要求不高,成本控
制严格的应用,是经济型产品。
方案二:采用 DS18B20 数字温度计作为温度采集模块,其精度可达到
0.0625 摄氏度。它具有线路简单,体积小, 一线总线的特点。因此用它来
组成一个测温系统,具有线路简单,在一根通信线,可以挂很多这样的数
字温度计,十分方便。
综合上述,采用方案二较为合适。
(6)湿度采集模块
采用 HSM20G 芯片作为湿度采集模块,它具有采用电阻式传感元件, 成本
低、互换性好, 湿滞小、耐高湿, 抗污染、微型化, 温湿度一体, 线性电压信
号输出。
1.2.2 系统各模块的最终方案
结合系统自身要求和实际应用中的利益问题,我们最终选择了以下方案作为
此次作品设计的最终方案:
(1)主控模块:采用 AT89S52 单片机作为系统的控制器
(2)显示模块:采用普通的 LED 数码管作为系统的显示器件
(3)语音播报模块:采用语音芯片 ISD1420;
(4)A/D 转换模块:采用 ADC0809 转换芯片;
(5)温度和湿度采集模块:采用 DS18B20 数字温度计和 HSM20G 湿度传感
器。
2、系统的硬件设计与实现
2.1 系统硬件概述
本系统采用 AT89S52 单片机作为控制核心,,对采集到的湿度模拟电压
信号通过 ADC0809 进行分析处理,实现 A/D 转换,以便数码管显示其湿度值。
本设计可以手动设置温度/湿度的上、下限值,如只要有一样与设定的值不符合
时,即温度/湿度过高或过低,则该系统会发出语音报警,起到防患功能,同时
继电器立即切断电源,实现系统的保护。(电路原理图见附录一)
2.2 主要单元电路的设计
2.2.1 主控电路的设计
本系统设计应用 AT89S52 单片机作为系统的控制核心。采用单片机的 P1
口控制数码管显示温度和湿度值。P2 口与 ADC0809 连接,实现湿度模拟电压
量转换为数字量便于单片机处理。键盘控制采用 P0 口,其中 P0.0 是温度的设
置,P0.1 是湿度的设置,P0.2/P0.3 是分别对温度与湿度的上/下限值进行设
置。P0.4 是 DS18B20 温度传感器的接线口,P0.6 是 ISD1420 语音芯片的接
线 口 。 原 理 图 如 下 :
2.2.2 显示模块的设计
系统采用动态显示方式驱动 6 个数码管工作,其中 4 个数码管用来显示温度
值,2 个用来显示检测到的湿度值。用 74LS138 的输入端来选择位码,单片机
的 P1 口控制数码管的断码。如检测到的温度与湿度发生变化时,数码管即会
发生相应的变化,起到时时显示功能。
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