【毕业设计】具有语音功能的水温控制系统设计 ㊣ 精品文档 值得下载

大小，通常用于调整零点。

放大电路采用集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，如图所示，前级约为倍，后级约为倍。

温度在至度变化，当温度上升时，阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压对应升高。

注意虽然电桥部分已经经过稳压，但是整个模块的电压定要稳定，否则随着的波动，运放的工作电压波动，输出电压随之波动，最后导致转换的结果波动，测量结果上下跳变。

按键和显示电路按键直接使用板自带的按键，其电路如下图所示，不需要连接硬件即可使用。

图按键电路原理图显示采用键盘模组位数码管的其中位进行动态显示，电路原理如图所示。

在使用时，将至端接至，至接至。

图显示电路原理图功率驱动电路模块系统的主要功率器件为个交流的电加热器，采用继电器来驱动该加热器。

继电器选择型继电器，该继电器具有触发电压低，可控功率大，以及反应时间短等优点。

采用三极管驱动继电器，当其控制端加载高电平信号时三极管导通，继电器工作，当其控制端为低电平信号时三极管截止，继电器停止工作。

继电器的周围有续流保护电路和工作指示电路。

功率驱动部分电路如图所示。

图功率驱动模块电路原理图为继电器控制信号输入端，通过单片机的控制。

为控制加热器的开关接口。

转换模块电路系统上，下位机的数据传输通过接口完成，该部分的电路如图所示。

转换模块电路原理图系统设计要求控制系统能同联机通信，已利用图形处理能力打印显示温度曲线。

由于串行口为电平，串行口为电平，使用片为电平转换驱动。

模组的接口与机串口相连接，口的分别与板的相连接。

音频输出电路内置路位精度的，只需要外接功放电路即可完成语音的播放。

通过功率放大器，驱动喇叭，完成语音播放。

通过输出语音电流信号，为了把电流信号转换为电压信号，提高输出功率，推动扬声器，在电路中接了块，这是块八引脚的专用语音信号放大芯片，其增益为，改变的大小可以改变增益值。

音频输出电路简介工作电压最高输出功率达到系统软件设计软件总体设计程序的控制思想设置目标温度后，系统采样水温，且将当前温度语音播报，并通过预设温度，当前温度，历史偏差等进行运算产生结果，通过该参数控制加热时间，从而调节加热器的平均功率，实现系统的控制。

整体功能通过主程序和中断服务程序配合实现。

主程序流程系统首先初始化等部件，之后进入主循环，进行温度采样和相关处理。

在系统运行过程中通过按键重新设置目标温度。

图系统主程序图算法的流程图需要设置温度系统初始化设置温度温度相关处理清看门狗开始算法初始化运算处理设置调解参数返回值算法中断服务程序中断服务包括中断，中断，中断，中断，及语音播放中断中断。

其中用以提供时间以确定采样的时间间隔中断控制数码管的闪烁，用于配合设置目标温度提供溢出频率为的中断信号，配合主程序的运算结果确定加热时间，实现加热器功率调节为时基，在此中断中完成的动态刷新中断为当键盘扫描时，调用语音播报函数，实时播报当前温度。

是用来监视系统的正常运作。

当系统正常运行时，每隔定的周期就必须清除计数器。

如果在限定的时间内，计数器没有被清除，就会认为系统已经无法正常工作，将会进行系统复位。

的的清除时间周期为秒。

计算该数据的小数位播放播放计算该数据的个位计算该数据的十位位播放个位播放十位播放小数位输入三位整数返回小数位是否为个位是否为十位是否为十位是否为十位是否为个位是否为语音播放三位数流程图数码管对应的位闪烁清除中断标志中断服务程序中断返回图中断服务程序关闭加热器清除中断标志中断服务程序中断返回图中断服务程序次转换置完成标志清除中断标志中断服务程序到图中断服务程序系统主程序中断返回调用显示子函数中断服务程序清除中断标志中断返回图中断服务程序子程序设计温度转换实现转换每间隔执行次温度采样操作，每次采样执行次转换在中断服务程序中完成。

处理处理包括两方面内容，是值的滤波处理，二是值向实际温度转换。

由于干扰或者电路噪声的存在，在采样过程当中会出现采样信号与实际信号存在偏差的现象，甚至会出现信号的高低波动，为了减小，其实的实质就是对偏差值进行比例积分语音数据解码填充语音序列退出中断图语音播放中断序列微分运算，根据运算结果控制执行部件的过程。

数字的实现由于计算机基于采样控制理论，计算方法也不能沿袭传统的模拟控制算法，所以必须将控制模型离散化，离散化的方法以为采样周期，为采样序号，用求和的形式代替积分，用增量的形式求差代替微分，这样可以将连续的计算公式离散这样就可以让计算机或者单片机通过采样的方式实现控制。

具体的控制又分为位置式控制和增量式控制，若公式给出了控制量的全部大小，所以称之为全量式的或者是位置式控制如果计算机只对相邻的两次作计算，只考虑在前次基础上，计算机输出量的大小变化，而不是全部输出信息的计算，这种控制叫做增量式控制算法，其实质就是求的大小。

温度控制算法设计本设计利用了上面所介绍的位置式算法，将温度传感器采样输入作为当前输入，然后与设定值进行相减得偏差，然后再对之进行运算产生输出结果，然后让控制定时器的时间进而控制加热器。

为了方便运算，首先建立个的结构体数据类型，该数据类型用于保存运算所需要的系数，以及设定值，历史误差的累加和等信息。

然后是运算的算法程序，通过运算返回，的值决定是否加热，加热时间是多少。

在实际运算时，由于水具有很大的热惯性，而且运算中的积分项具有非常明显的延迟效应所以不能保留，我们必须把积分项去掉，相反微分项则有很强的预见性，能够加快反应速度，抑制超调量，所以积分作用应该适当加强才能达到较佳的控制效果，系统最终选择控制方案。

温度控制实现反馈设定比例积分微分执行部件图模拟控制系统原理图通过温度的运算，产生结果，该参数决定是否加热，加热时间是多长。

加热时间由主函数计算，由中断控制。

主程序中通过函数得到参数，如果该参数大于，则开启加热器。

中断直处于允许状态，每进入次中断，参数减，直到，停止加热。

如果计算结果比较大说明离目标温度相差较大，则加热时间比较长，如果计算结果比较小，说明离目标温度相差较小，加热时间相对较短。

上下位机的通信程序设计下位机程序设计通信采用接口实现，下位机的通信代码包含初始化和发送两部分。

发送每隔执行次，以数据包格式发送桢头桢尾，中间两个字节为温度部分，前个字节为温度的整数部分，后个字节为温度的小数部分。

上位机程序设计上位机接收采用可视化编程设计，上位机接收部分程序分为初始化和接收两部分。

对于数据接收部分接收完数据首先判断桢头和桢尾是否正确，如果桢头和桢尾是正确的，则将接收到的中间数据还原为温度值并传送给绘图程序，如果接收到的桢头和桢尾数据是的，则不进行处理绘图界面设计绘图界面包括串行口设置功能按钮曲线输出窗口三部分，如图所示，在使用时选择正确的端口，上下位机的波特率，数据格式要致。

完成以上操作，点击连接即可。

图绘图部分界面参数的整定由控制原理知比例控制能迅速反应误差，减小稳态误差比例作用的加大，会引起系统的不稳定。

积分控制的作用，只要系统有偏差存在，积分作用不断地积累，输出控制量以消除误差积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。

微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

我们想要达到的目标就是反应速度尽可能快，超调量尽可能的小，稳态误差趋近于。

通过测量曲线分析，最终选择注意参数的整定和加热器的功率，水的容积有很大关系，所以在个系统下整定的参数在另外个系统下可能不适用。

语音播放的实现凌阳是位特色单片机，有很强的信息处理能力，最高时钟频率可达，具备运算速度高等优势。

这为语音的播放录放合成及辨识提供了条件。

语音处理大致可分为存储解码处理及等，见下图图凌阳单片机对语音处理过程放音的编解码是靠调用库函数完成，凌阳公司提供了丰富的库函数，我们只要了解库函数的使用，就能轻松完成语音录放，不需要我们设计硬件电路。

凌阳公司提供了多种音频编解码算法及其函数库，即。

该库将编码解码存储及做成相应的模块，对于每个模块都有其应用程序接口，设计人员只须了解每个模块所要实现的功能及其参数的内容，然后调用该函数即可实现相应功能。

其中凌阳压缩算法中和主要是用来放音，可用于语音提示，为音频输出提供两个通道和，分别由经由和引脚输出。

的输出范围从到。

如果的输出数据被处理成数据，必须让输出数据的直流电位保持为，且仅有高位的数据有作用。

和的输出数据应写入写和写单元。

本设计采用输出。

系统调试板上配有凌阳的自行研发设计的位单片机开发环境。

此工具在环境下操作，支持标准语言和汇编语言，集编译编程链接调试和仿真于体，应用方便简单易学。

同时还提供大量的编程函数库，大大加快了软件开发的进程。

集成开发环境具有友好的交互界面下拉菜单快捷键和快速访问命令列表等，使编程调试工作方便且高效。

此外，它的软件仿真功能可以在不连接仿真板的情况下模编解码处理转换存储喇叭输出拟硬件的各项功能来调试程序。

片内集成了个在线仿真电路接口，使得对该芯片的编程仿真都变得非常方便，而接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境用户可以利用它对芯片进行真实的仿真而程序的下载烧写也是通过该接口进行下载。

步骤根据电路连接示意图连接硬件，并连接下载线。

步骤二打开电源。

步骤三启动。

打开语音控制系统应用程序，编译链接确认没有步骤四下载程序代码到板上。

步骤五运行程序。

结语基于的位特性功能以及快速的处理能力，使得该系统的数据采集和运算处理十分的方便简单，另外由于支持标准的语言函数库，使得复杂的数学运算变得轻而易举，大大减小了编程的难度。

另外采用实现上下位机相互通信，在上位机可以直接显示温度的变化曲线，直接观察控制的性能，并根据曲线适当的修改系统的参数，使控制达到最优化，同时也因为开发环境友好，易用，方便同时配有语音播放函数，这些大大加快系统开发设计。

本设计充分利用了的资源，发挥了芯片的性能，是在数据采集方面的典型应用作品。

本系统核心是控制算法的设计和实现，各方面指标基本达到题目要求。

方案的扩展本方案的可扩展性比较强，整个程序的程序框架已经搭建好，可以继续编写程序完成其他功能。

例如添加超高温报警功能进步优化系统的算法，使控制曲线更加完美。

参考文献罗