简易设计基于单片机的语音温度计

    杨天宇 德湘轶

    摘 要：以单片机技术为基础设计一款温度计实现检测温度并显示，及对温度进行语音播报的功能，本设计是基于单片机AT89C51，其中包含数字温度传感器、LCD1602液晶显示器、蜂鸣器等。实现温度到达设定值时报警灯闪烁同时报警，其中温度值保留小数点后两位，允许测量误差在1 ℃以内。设计整体思路清晰简便，设计外围电路也较为简单。

    关键词：AT89C51;语音播报;报警系统

    中图分类号：TH811 ? ? ? ?文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.013

    作者简介：杨天宇（1998-），男，吉林东丰人，沈阳工学院学生，研究方向：电气工程及其自动化，E-mail：[email protected]。

    通讯作者：德湘轶（1982-），女，满族，教师，研究方向：智能控制，E-mail：[email protected]。

    随着社会科学技术的不断发展，以及智能产品不断更新，语音温度计的功能也在不断的完善，对于本文设计的语音温度计，不仅可以确定和显示测量的温度，还可以发出警报设定值的信号，并且有语音播报功能。

    1 设计思路

    本设计使用6 V电池作为电源为系统供电，不仅低耗能而且使用方便。温度检测系统采用美国产的DS18B20型传感器，这种类型的传感器不仅抗干扰，同时具有性能好、低功耗等优点，适合此功能的应用。同时对于显示模块而言，LCD是一种低压低耗能的器件，可以实现许多功能并可以清晰显示数据曲线等，较LED而言，更适合应用。由于该系统设计的功能按键不多，因此，独立按钮可更精确地控制系统。最重要的部分是语音广播模块，此系统采用ISD1420语音录放来实现语音播报，它不仅可反复播放20 s的语音，同时断电后语音也不会丢失。另外，ISD1420省略掉A/D、D/A转换。

    2 模块介绍

    此系统包含单片机模块、显示模块、电源模块、语音播报模块、温度传感器模块、按键控制模块。

    单片机模块：作为温度计的核心模块，采用的是AT89C51芯片，该芯片不仅可以实现许多功能，并且适合大规模生产，满足低成本要求。其中包含了一些简单的外围电路、复位电路、时钟电路等设计。

    温度传感器模块：本模块主要是用来检测气体的温度，将采集的信息传输给单片机AT89C51，DS18B20温度采集器精度高，可适用于对环境的温度检测，同时DS18B20芯片只需要一根总线，不需要额外电源，所以它在监测领域得到广泛的应用。DS18B20也可以采用3～5 V供电，因此有两种方法可以连接到微控制器。

    报警模块：当温度传感器检测到的温度值，无论是高于还是低于设定值时，MCU通过发送高电平来接通PNP晶体管，打开LCD1602监视器和蜂鸣器信号。

    液晶显示模块：该模块采用的器件为RT1620显示器，当连接电源是最高对比度时，可以通过10 K的电位器来调节对比度。RW是用于执行高电平读功能和低电平写功能的读/写信号线。

    语音播报模块：该模块中使用的ISD1402核心语音芯片包括时钟发生器、128 KB可编程只读存储器（EEPROM）。ISD1400是新一代语音芯片，可重写达20 s，集成了模拟接入技术，语音关闭电源不会丢失，最大值可分为160段，最小语音长度为125 ms，地址线可以控制每个语音。具有高精度、永久存储记录数据、省电、适用于同一MCU接口的优点。

    输入地址具有双重功能，功能引脚A0～A7根据地址中A6和A7的状态确定。如果A6和A7为低电平，则输入A0～A7完全被解释为地址位并用作起始地址。地址位仅用作输入，不能用于在操作期间显示内部地址信息。

    麦克风引脚是麦克风的输入端子。麦克风输入信号通过电容交流耦合到该引脚，并传输到集成前置放大器。耦合电容器C7和内部电阻R7，其中R7取值为10 K，确定语音信号的通带的下限频率。 MICREF是麦克风的参考输入端子。外部电路允许前置放大器具有更高的噪声抑制率和更高的共模抑制率。 ANA IN是模拟信号的输入端子。对于麦克风输入，ANA IN引脚必须通过外部电容C连接到ANA OUT引脚，外部电容决定了前置放大器带宽的下限频率来检查芯片。SP是扬声器的终端输出口，系统可直接驱动16 Ω的扬声器进行工作。

    XCLK是外部同步输入。ISD1420有一个内部时钟。連接外部时钟后，内部时钟会自动失效。电路未通过外部时钟接地。通常，除非时钟信号特别准确，否则不建议使用外部时钟。 RECLED是一个工作状态指示灯，在录制或播放期间提供低电平，可以控制LED指示灯的指示状态。录制过程中指示灯仍然亮起，指示灯在播放结束时闪烁。

    该设计可以完成对温度的检测通报功能，可以实现对系统设定的值进行报警提示，该系统的最大优点在于应用范围广，具有很广的推广实用性。

    参考文献：

    [1] 张玉莲.传感器与自动检测技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

    [2] 李群芳.单片机微型计算机与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2008.