【導讀】本文設計并研制了一種集可編程(設置參數)、語音播報、超限報警功能于一體，并能聯機顯示溫度變化曲線和可聯網使用的新型智能溫度計。可以廣泛地應用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)甚至家庭。
系統(tǒng)設計目標
(1)每分鐘采用語音報告一次所測溫度的實時值，無誤報、漏報。所測溫度超過預警溫度值時，系統(tǒng)立即報警。
(2)系統(tǒng)預警溫度值可在-55．O～+125．O℃的范圍內任意設置(默認值設定為37．O℃)。
(3)記錄測溫結果，并可以和計算機聯網顯示溫度變化曲線。
(4)測量精度為±0．1℃(或0．2 F)。
(5)系統(tǒng)結構簡單，使用方便，價格合理。
硬件設計
系統(tǒng)采用一般自動測試系統(tǒng)的成熟方案，由主控單片機、測溫電路、語音播報和編程電路組成。
主控芯片的選擇
可供選擇的主控芯片比較多，如使用面最廣的MCS-5l系列、資源豐富的ARM7TDMI-S系列微控制器、低功耗的MSP430系列等。考慮到語音播報和語音編程功能的高性價比實現方案，所以采用臺灣凌陽公司推出的16位μ’nSPTM內核單片機SPCE061A，其較高的處理速度能夠非常容易、快速地處理復雜的數字信號，也是適用于數字語音識別應用領域產品的一種最經濟的選擇。
測溫方案
在不同的測溫范圍，成熟的測溫方案也比較多，如采用熱敏電阻、利用鉑電阻、基于集成溫度傳感器等的測溫系統(tǒng)。當前流行的數字型溫度傳感器有 AD7416；MAX6575L／H以及DSl8X20。前兩者多用于計算機或儀器設備內部的溫度檢測。鑒于后者接口簡單，且就測量精度、器件可靠性、穩(wěn)定性及參數一致性而言表現良好，應用較廣泛。由于在-10～+85℃范圍其測溫誤差不超過±O．5℃，以及有12位的分辨率而使其在各適用領域十分受歡迎。本系統(tǒng)采用DSl8B20，該傳感器內部自帶信號調理和A／D轉換，與單片機之間的硬件接口非常簡單，只需要通過一根數據線與單片機相連，所以保證了系統(tǒng)的高可靠性。為了實現測量精度為±0．1℃，利用了DSl8B20中SCRATCHPAD中的“剩余脈沖數”和“每度脈沖數”，通過公式：高分辨率溫度值=TI-0．25+(Tp—TR)／TP可以獲得±0．1℃的測量精度。
語音播報
對于語音播報，常用做法是用單片機對ISDl420操作來實現，所用硬件和連線都較多，所以系統(tǒng)的可靠性和成本都不占優(yōu)勢。本設計由于采用了 SPCE061A單片機，由于其強大的信號處理功能，所以可以直接由單片機輸出語音信號，不需要借助其他語音芯片，從而使系統(tǒng)的可靠性得到大幅提高。
語音控制(編程)
語音控制也有現成的芯片可供選擇，由于本系統(tǒng)采用的單片機具有較強的數字信號處理能力，而且其Mic輸入內部已經集成AGC電路，使得語音控制更為穩(wěn)定，所以直接用SPCE061A實現語音控制。由于凌陽公司提供的語音識別API是基于特定人語音識別技術的，所以使用之前需要用戶對系統(tǒng)進行訓練，同時也只有對訓練過的人的語音識別率才較高，所以使用很不方便。本系統(tǒng)基于DHMM模型的識別算法，用BaumWelch法對模板進行訓練，Viterbi算法進行識別實現的非特定人語音識別，使得使用者可以直接控制而無需進行繁瑣的訓練，不同的用戶也不需要經常反復訓練，使系統(tǒng)的適應性大為增強。
鍵盤電路
考慮到使用者講話的習慣，對于部分用戶，使用語音控制不太方便，所以設置鍵盤電路，以解決其設置(編程)問題，所以要求鍵盤電路非常簡單，對整體成本影響不大。SPCE06IA有2個16位的通用I／O接口Port A和Port B，而且Port A具有喚醒功能，所以采用A口直控鍵盤的形式。
聯網功能
SPCE061A同樣提供了通用異步串行接口UART，所以可以直接利用其通用異步串行接口進行聯網，實現測溫人員與被測對象的隔離，即遠距離和多點測溫。
綜上所述，整體硬件電路組成如圖1所示，由SCPE061A單片機實現系統(tǒng)整體控制并實現語音或鍵盤編程與語音播報，系統(tǒng)可通過通用異步串行接口實現聯網功能，在不需要聯網的場合，溫度計也可以單獨使用，實現了系統(tǒng)的可裁剪，DSl8B20用來實現溫度檢測。
圖1：系統(tǒng)組成
軟件設計
軟件設計的主要任務是將測量溫度通過語音播報出來，接收編程數據使系統(tǒng)工作于不同的狀態(tài)。
溫度檢測
通過DSl8B20測溫時，要求控制器嚴格按照其單總線協(xié)議進行通信，對于DSl8B20的通信控制程序已有很多討論，這里不再贅述。
語音播報
實驗凌陽公司提供的API可以直接播放壓縮格式的語音，將O～9十個數字和攝氏度、設置、報警溫度等語音的數字信號(文件)壓縮后直接寫入單片機，播報溫時傳遞溫度參數給放音程序就可以實現語音播報或者報警功能。
參數設置
參數設置可以通過語音控制和鍵盤輸入實現，對于普通話較好的用戶，可以直接使用語音控制實現系統(tǒng)參數的調整，而普通話不太好( 識別率低)的用戶，則可以選擇使用鍵盤調整系統(tǒng)參數。系統(tǒng)采用非特定人語音識別技術，使得使用語言控制系統(tǒng)較為簡單、方便，同時鍵盤的設計也為不方便使用語音控制的人群提供了另一種選擇，可以適應不同類型的用戶。
可設置的參數主要有，播報方式：“連續(xù)、隔x秒、禁止”；報警溫度值；工作方式等。在需要實時關注溫度值的時候，可以設置為連續(xù)播報；溫度變化較慢的時候可以設置為隔x秒方式；夜晚設置報警模式后，可以設置為禁止播報模式。設置報警溫度值后可以，可以處理其他事情，在出現警情時，系統(tǒng)給出報警，提示用戶。選擇工作方式為“聯網工作”后，系統(tǒng)除了現場播報和報警外，還將相應信息通過異步串行口發(fā)送到遠端。設置過程全部采用語音菜單方式，可以大幅度較低成本，設置流程圖如圖2所示。
圖2：設置子程序流程圖
結語
本文設計的智能溫度計，電路簡單、所需元器件少、測量精度高、抗干擾能力強，可以實現實時測溫、超限報警和語音播報等功能。由于各種功能是通過單片機來實現的，可以根據具體要求添加不同的測溫模式，實現了設計目標，可廣泛地應用于溫度測量和性價比要求較高的領域，尤其是特殊應用場合。
