1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上使用了TS118-3專心-專注-專業(yè)1 緒論1.1 選題的目的和意義由于2003年非典的襲擊，我國迅速誕生了一支專門抗擊非典的醫(yī)療儀器研發(fā)隊伍，特別是在紅外體溫儀器的研發(fā)方面取得了突出的成就。由于現(xiàn)代科技的發(fā)展、新材料、新工藝的運用，各式各樣的體溫計陸續(xù)出現(xiàn)，探測方式不斷改進。國內(nèi)外體溫計的發(fā)展大致分為三個階段：第一階段是常見的玻璃水銀體溫計；第二階段是電子體溫計；第三階段是非接觸式紅外體溫計。水銀體溫計雖然價格便宜，但是有許多弊端。首先，水銀體溫計遇熱或安置不當(dāng)，體溫計容易破裂。人體接觸到水銀后會中毒，中毒癥狀是惡心、頭痛、腹瀉、脫發(fā)等，嚴重者會造成血液凝固。其次，

2、采用水銀體溫計測溫需要相當(dāng)長的時間(5min10min)，這對人們來說相當(dāng)不方便。電子體溫計是采用熱敏電阻測量溫度的，電子體溫計能快速準確地測量人體溫度，與傳統(tǒng)的水銀玻璃體溫計相比，具有讀數(shù)方便、測量精度高、能記憶并有蜂鳴提示的優(yōu)點，尤其是電子體溫計不含水銀，對人體及周圍環(huán)境無害，特別適合于家庭、醫(yī)院等場合使用。但電子體溫計測溫也是需要接觸測量的，因此也需要較長的時間，同樣使用不方便。非接觸式紅外體溫計是根據(jù)黑體輻射原理，通過測量人體輻射的紅外線而測量溫度的。它的紅外傳感器只吸收人體輻射的紅外線而不向人體發(fā)射任何射線，因此它對人體及環(huán)境是無害的。由于它的測量方式是非接觸式的，因此它具有了測溫方

3、便、便于在公眾場合使用的優(yōu)點。此外，它還具有測溫時間短、使用簡單等優(yōu)點。紅外體溫計的這些特點滿足了人們的生活需求，給人們帶來了極大的方便，因此選取紅外測溫系統(tǒng)作為畢業(yè)設(shè)計課題有很大的實用價值。由于人的體溫值基本上是恒定的，只在較小的范圍內(nèi)變化(3542)。因此，為了提高測量結(jié)果的精度，并且排除環(huán)境溫度的變化對測量結(jié)果的影響，本系統(tǒng)設(shè)計了溫度補償電路對環(huán)境溫度進行補償。本設(shè)計以STC12C5616AD單片機為控制核心，輔以信號采集模塊、電源模塊、超限報警模塊、按鍵模塊和溫度顯示模塊等外圍電路來實現(xiàn)溫度的測量的。本系統(tǒng)具有使用方便、測溫時間短、精度比較高、可重復(fù)性好等特點。紅外測溫技術(shù)是一門很實用

4、和前沿的技術(shù)，其內(nèi)容涉及電子技術(shù)、檢測技術(shù)、單片機技術(shù)等多方面內(nèi)容，以此作為畢業(yè)設(shè)計，有利于理論聯(lián)系實際，提高個人的綜合能力，同時這也是對本科階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的升華。通過對紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計不僅能加強自己對單片機控制、傳感器技術(shù)等知識的了解，同時也能培養(yǎng)自己解決問題的能力。1.2 紅外測溫技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況1800年，英國天文學(xué)家威赫謝耳在研究太陽光譜部分的熱效應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)熱效應(yīng)最大的位置在紅光之外，當(dāng)時稱之為“不可見光”。到1935年，安培稱之為紅外線，也可稱之為紅外輻射。之后，人們花了一百多年時間認識紅外輻射的電磁本質(zhì)，并建立了熱輻射的基本規(guī)律，為紅外技術(shù)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。近代紅外技術(shù)始于二

5、戰(zhàn)，推動技術(shù)發(fā)展的原因主要是由于軍事上的迫切需要和航天工程的蓬勃開展。半個世紀以來隨著光學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，紅外技術(shù)也日趨完善，其中紅外測溫技術(shù)也形成了完整的理論并成功的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)、礦業(yè)等領(lǐng)域1 2。我國的紅外技術(shù)研究起步于60年代，70年代后期開始了紅外玻璃測溫計的研究，并取得了可喜成果，但至今未形成系列產(chǎn)品，工業(yè)應(yīng)用僅在近些年才開始。國外的紅外測溫技術(shù)發(fā)展較早，技術(shù)比較成熟，紅外測溫產(chǎn)品種類繁多，測溫精度及分辨率較高。國內(nèi)紅外測溫技術(shù)相對來說技術(shù)落后，產(chǎn)品種類比較單一，測溫精度及測溫分辨率較低，在技術(shù)性能上國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比還有一定差距。但隨著紅外產(chǎn)品在國內(nèi)應(yīng)用

6、的越來越普及，以及更多廠家和科研機構(gòu)進行這方面的研究，這將推動我國紅外測溫產(chǎn)品性能的快速提高和進步。隨著紅外材料及傳感器類型的不斷開發(fā)研究，新型測溫儀器正逐步替代傳統(tǒng)的測試手段。目前美、英等國正致力于加強前視紅外系統(tǒng)信息處理能力(如自動人工目標分類)來解決研究領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域中的問題。世界上除了一些大軍工企業(yè)公司(如美國的Honeuwell公司、休斯飛機公司)之外，許多大商業(yè)公司(如三菱電氣、日本橫河電機(株)、瑞典AGA公司、法國Pyro公司、Sofradier公司、HGH紅外系統(tǒng)工程公司等)也正在積極從事紅外測溫、熱成像技術(shù)的研究及產(chǎn)品開發(fā)。在國內(nèi)，近年來隨著我國工業(yè)迅速發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代的

7、加速，對測溫儀器的需求量越來越大，盡管熱電偶(熱電阻)一類接觸性測溫傳感器件仍然具有很大的優(yōu)勢，但非接觸性的紅外測溫儀器正日益受到各行業(yè)的關(guān)注。1.3 紅外探測器的分類紅外探測器是紅外測溫儀的重要組成部分，它對測量的精度和范圍有著重要的意義。它可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器分為熱電堆探測器、熱敏電阻探測器、氣體探測器和熱釋電探測器等，而光子探測器則分為光電子發(fā)射器、光電導(dǎo)探測器、光生伏特器和光電磁探測器等3。熱電堆探測器采用熱電堆為探測元件，利用塞貝克效應(yīng)，測量比較準確。熱敏電阻探測器是根據(jù)物體受熱后電阻會發(fā)生變化的性質(zhì)而制成的紅外探測器，它可以響應(yīng)從X射線到微波波段的整個范圍，

8、可在室溫下正常工作，但由于其時間常數(shù)大，只適用于響應(yīng)速度要求不高的場合。氣體探測器是氣室內(nèi)的吸收膜吸收紅處輻射升溫，加熱工作氣體，由氣體膨脹給出電信號。熱釋電探測器是利用熱釋電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬、靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣、容易使用。常用的熱釋電探測器有硫酸三甘鈦 (TGS) 探測器、鈮酸鍶鋇(SBN )探測器等。紅外光子探測器是利用光子效應(yīng)制成的紅外探測器。常用的光子探測器有光電二極管、光敏二極管、InSb光電磁探測器等。紅外光子探測器的主要缺點是需要制冷，因為它需要用制冷來抑制由于熱運動而產(chǎn)生的自由載流子。新一代

9、近室溫光電探測器利用排斥效應(yīng)、提取效應(yīng)以及磁集中效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)耗盡，實現(xiàn)非制冷條件下的紅外探測。1.4 紅外測溫的特點（1）遠距離和非接觸測量紅外測溫不需要與被測物體接觸，并可遠距離測量，它特別適合于對高速運動物體、旋轉(zhuǎn)體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測量。（2）響應(yīng)速度快紅外測溫不象普通溫度計那樣，需要與被測量體接觸以達到熱平衡，它只要接到目標的紅外輻射即可測量，其響應(yīng)時間在毫秒甚至微秒數(shù)量級。（3）準確度高紅外測溫是非接觸測量，不破壞物體本身的溫度分布，因而所測溫度真實、準確。（4）測溫范圍廣由于紅外測溫是非接觸測溫的，所以測量儀器本身并不處在較高或較低的環(huán)境之中，而是工作在正常溫度或測

10、量儀器允許的溫度之下，因此測溫范圍可從負幾十?dāng)z氏度到正幾千攝氏度。2 方案設(shè)計與器件選型2.1 總體方案設(shè)計本系統(tǒng)主要有信號采集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、超限報警模塊等部分組成。本設(shè)計的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。體溫信號單片機A/D轉(zhuǎn)換模塊環(huán)境溫度信號熱電堆紅外傳感器時鐘模塊顯示模塊超限報警模塊鍵盤輸入模塊圖2.1 系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)的工作原理如下：首先由熱電堆紅外傳感器采集人體體溫信號和環(huán)境溫度信號并以電壓形式輸出。由于傳感器輸出的電壓信號很微小，因此須對這些電壓信號進行放大處理。放大后的電壓信號經(jīng)過單片機自帶A/D模塊的A/D轉(zhuǎn)換后，由單片機對這些數(shù)字量進行處理和分析。最后由LCD顯示器顯

11、示出體溫值和環(huán)境溫度值，并由單片機判斷是否進行蜂鳴器報警。2.2 器件選型2.2.1 傳感器的選擇方案一 采用紅外線溫度傳感器IRTP。IRTP系列紅外傳感器是一種集成的多用途工業(yè)測溫傳感器，因此不能用作人體測溫，故不用此方案。方案二 采用熱釋電紅外線傳感器D203S。該型傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。但這種傳感器一般用于開關(guān)電路，紅外防盜報警等方面，若要用于測量體溫，則需要加入步進電機等進行斬光處理，硬件上的復(fù)雜性決定了它的穩(wěn)定性不高，故不選此方案。方案三 采用熱電堆紅外傳感器TS118-1。TS118-1是德國 HL2 Planartech

12、nik公司生產(chǎn)的非接觸式紅外溫度傳感器。它以非接觸的方式檢測物體發(fā)射出來的紅外線能量，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號輸出。由于TS118-1具有較小的熱慣性和較高的靈敏度，因此非常適用于醫(yī)學(xué)測溫，故選方案三。2.2.2 顯示器的選擇方案一 選用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有耗能低、電壓低、壽命長、對外界環(huán)境要求低等優(yōu)點，但其也有電路復(fù)雜、占用資源較多、顯示信息少、不宜顯示大量信息等缺點，故不選此方案。方案二 選用液晶顯示器顯示。液晶顯示器與數(shù)碼管相比，有以下明顯的優(yōu)點：微功耗、尺寸小、顯示信息量大、字跡美觀、視覺舒適而且容易控制。而本系統(tǒng)需要顯示直觀的信息，并且顯示的信息量比較大，所以應(yīng)選用顯示功能更好的

13、液晶顯示器，故選擇方案二。2.2.3 單片機的選擇方案一 采用MCS-51系列單片機。傳統(tǒng)的單片機具有價格低廉、易于掌握等特點，但也有功能單一、RAM、ROM空間小等缺點。而且在本設(shè)計中還需要設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換電路，電路比較復(fù)雜，故不選此方案。方案二 采用STC12C5616AD單片機。該單片機不僅具有代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機、運算速度快等特點，而且還有較大的RAM、ROM空間和8路10位的A/D轉(zhuǎn)換功能。因此，它能夠低設(shè)計的復(fù)雜性和節(jié)省元器件，故選用該方案。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計硬件電路設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)其實就是所有子模塊的功能的實現(xiàn)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計一般需要遵

14、循一些設(shè)計原則，這些原則主要有以下幾點：（1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規(guī)用法。這能夠為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。 （2）系統(tǒng)擴展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進行二次開發(fā)。 （3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比較長。（4）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。（5）要仔細考慮硬件設(shè)計的可靠性及抗干擾性，它包括去耦濾波、通道隔離等。（6）盡量朝“單片”方向設(shè)計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間

15、的相互干擾也就越強，功耗也就越大，也就不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 在設(shè)計中，要盡量做到上述要求，以便使設(shè)計出的系統(tǒng)能夠滿足實際需求。本系統(tǒng)的硬件電路主要由電源、信號采集、顯示器接口、鍵盤以及超限報警等模塊組成。下面詳細介紹各模塊的設(shè)計。3.1 信號采集部分設(shè)計 3.1.1 元器件簡介TS118-1傳感器：TS118-1型紅外溫度傳感器是一種專門用于非接觸體溫測量的傳感器。它的測量的原理是:所有的物體都會向外發(fā)射紅外線，而發(fā)射功率正比于物體的表面溫度，那么精確測量物體的紅外線發(fā)射功率就能確定物體的表面溫度。TS118-1應(yīng)用微結(jié)構(gòu)薄膜技術(shù)在硅底板上集成了許多個基于熱電效應(yīng)的熱電偶，熱電偶的熱

16、端和冷端之間用隔熱的SiNx隔膜隔開，熱端的吸收區(qū)把引入的紅外線轉(zhuǎn)換成熱量，而熱電偶把熱量成比例地轉(zhuǎn)換成電壓輸出4。TS118-1在距離人體 5cm范圍內(nèi)紅外線吸收效率接近100%，也就是說有效測量距離為 5cm 。在TS118-1內(nèi)還集成了一個熱敏電阻，用于測量環(huán)境溫度。其主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1 TS118-1傳感器的主要參數(shù)參數(shù)單位值條件內(nèi)阻k43825穩(wěn)定時間ms255500k,1Hz視角120工作溫度-20100熱敏電阻阻值1000425Beta值ppm/K39701500 100AD620：運算放大器AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增

17、益范圍為1至1000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設(shè)計，并且功耗較低(最大電源電流僅1.3 mA)，因此非常適合電池供電的便攜式(或遠程)應(yīng)用，其工作電壓為4.6V36V或2.3V18V。LM358：運算放大器LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)模m合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。其單電源為330V，雙電源為1.515V，而且它的輸出電壓擺幅比較大，很適合于電池供電。3.1.2 信號采集電路信號采集電路有兩部分組成：體溫信號放大電路和環(huán)境溫度信號處理電路。體溫信號放大電路是由儀用放大器AD620和參考電壓電路組成；環(huán)

18、境溫度信號處理電路是由運算放大器LM358構(gòu)成的電壓跟隨器組成。體溫信號放大電路：由于傳感器輸出的體溫信號為mV級，而單片機A/D模塊的信號輸入須為V級，因此需用運放AD620對該信號進行放大5。其放大倍數(shù)由一個精密可調(diào)電阻（R13）進行調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可在11000之間調(diào)節(jié)。本設(shè)計將放大倍數(shù)設(shè)為600倍。環(huán)境溫度信號處理電路：環(huán)境溫度信號處理電路主要是實現(xiàn)環(huán)境溫度檢測電阻Rrt到輸出電壓Vrt的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換原理是由LM358運算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器跟蹤Rt的分壓電壓變化，Rt的分壓電壓隨Rt阻值的變化而變化6 7。信號采集電路的電路圖如圖3.1所示。其中V0為放大后的熱電堆電壓信號，也就是將要

19、處理的體溫信號，V1為參考電壓，V2為環(huán)境溫度信號，它們分別接單片機的P1.0、P1.1和P1.2口。圖3.1 信號采集電路圖3.2 STC12C5616AD單片機STC12C5616AD單片機是宏晶科技生產(chǎn)的高速、低功耗的新一代8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，其內(nèi)部集成8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換器8。其主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）工作電壓：5.5V3.5V（2）應(yīng)用程序空間16K字節(jié)（3）片上集成768字節(jié)RAM（4）通用I/O有23個（5）自帶8路10位精度A/D轉(zhuǎn)換器（6）有EEPROM功能（7）工作溫度范圍：0753.2.1 單片機的A/D功能STC12C5616AD單片機的

20、A/D轉(zhuǎn)換口在P1口(P1.7 P1.0)，為8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達到100KHz (10萬次/秒)。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8 路中的任何1路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O 口使用。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_DATA和ADC_LOW2，同時，置位控制寄存器ADC_CONTR中的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位ADC_FLAG，以供程序查詢或發(fā)出中斷申請。模擬通道的選擇控制由控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2 CHS0確

21、定。其轉(zhuǎn)換速度由控制寄存器中的SPEED1和SPEED0確定。在使用之前，應(yīng)先給ADC上電，也就是置位控制寄存器中的ADC_POWER位。STC12C5616AD單片機的A/D轉(zhuǎn)換功能的控制主要有ADC_CONTR控制寄存器來實現(xiàn)，其各個位的功能如表3.2所示。表3.2 特殊功能寄存器ADC_CONTRAddressB7B6B5B4B3B2B0C5HADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS0單片機的A/D轉(zhuǎn)換口為P1.7P1.0，需要作為A/D轉(zhuǎn)換用的I/O口需要首先將其設(shè)置為高阻輸入或開漏模式。在P1M0、P1M1中對相應(yīng)的位進行設(shè)置，其具體

22、設(shè)置如表3.3所示。表3.3 P1M0、P1M1的設(shè)置P1M0P1M1I/O口模式（P1.x 如做A/D使用，需先將其設(shè)置成開漏或高阻輸入）00準雙向口（傳統(tǒng)8051 I/O口模式），灌電流可達20mA，拉電流為230A01推挽輸出（強上拉輸出，可達20mA，盡量少用）10僅為輸入（高阻），如果該I/O口徐作為A/D使用，可選次模式11開漏，如果該I/O口需作為A/D使用，可選此模式通過對ADC_CONTR 的CHS2、CHS1、CHS0 3個位的設(shè)置可以控制A/D通道的選擇。它的具體設(shè)置如表3.4所示。表3.4 模擬輸入通道的選擇C H S 2C H S 1C H S 0模擬輸入通道選擇00

23、0選擇P1.0作為A / D 輸入來用001選擇P1.1作為A / D 輸入來用010選擇P1.2作為A / D 輸入來用011選擇P1.3作為A / D 輸入來用100選擇P1.4作為A / D 輸入來用101選擇P1.5作為A / D 輸入來用110選擇P1.6作為A / D 輸入來用111選擇P1.7作為A / D 輸入來用ADC_START為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換啟動控制位，設(shè)置為“1”時，開始轉(zhuǎn)換, 轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0 。ADC_FLAG為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標志位，當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，要由軟件清0。ADC_POWER為電源控制位，當(dāng)它為“0”時，關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源，

24、當(dāng)為“1”時，打開A/D轉(zhuǎn)換器電源。特殊功能寄存器ADC_DATA / ADC_LOW2用于保存A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。3.2.2 復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路在整個系統(tǒng)中既簡單又重要，如果復(fù)位電路不可靠，在工作中就有可能出現(xiàn)“死機”，“程序走飛”等現(xiàn)象。所以，一個單片機復(fù)位電路的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。復(fù)位操作完成單片機片內(nèi)電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。當(dāng)單片機的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)一定時間的高電平時，單片機就完成了復(fù)位操作，如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序，因此要求單片機復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)9 10。圖3.3 單片機復(fù)位電路復(fù)位操作通常有上電

25、復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，如果發(fā)生死機，用按鈕開關(guān)操作使單片機復(fù)位。常用的上電復(fù)位且開關(guān)復(fù)位電路如圖3.3所示。上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時間。當(dāng)單片機已在運行之中時，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。3.2.3 時鐘電路設(shè)計將引腳XTAL1和XTAX2外接晶體振蕩器，就構(gòu)成了一個時鐘電路。本設(shè)計選用12MHZ 的晶振。時鐘電路如圖3.4所示。圖3.4 單片機時鐘電路3.3 顯示器接口設(shè)計本設(shè)計選用的液晶顯示器是型號為YM12864R帶字庫的液晶顯示器，其

26、具有漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM。本設(shè)計采用的是串口接法，因此不僅接口電路非常簡單，而且還有占用I/O少、控制方便靈活等特點。它的主要技術(shù)參數(shù)如下所示：（1）低電源電壓（+3.0+5.5V），無需外加負壓（2）顯示分辨率：12864點（3）內(nèi)置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選)（4）顯示角度：6：00鐘直視（6）與MCU接口：8位或4位并行/3位串行（7）工作溫度：060（常溫）/-2075（寬溫）YM12864R液晶顯示器的串行數(shù)據(jù)傳送共分三個字節(jié)完成，它的三

27、個字節(jié)的具體功能如下所示： 第一字節(jié)：串口控制格式 11111ABC A 為數(shù)據(jù)傳送方向控制：H表示數(shù)據(jù)從LCD到MCU，L表示數(shù)據(jù)從MCU到LCD B為數(shù)據(jù)類型選擇：H表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)，L表示數(shù)據(jù)是控制指令 C 固定為 0第二字節(jié)：8位數(shù)據(jù)的高4位格式 DDDD0000 第三字節(jié)：8位數(shù)據(jù)的低4位格式 0000DDDD 表3.5 YM12864R引腳功能表引腳號引腳名稱功能說明1VSS模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3VOLCD驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號，串行的片選信號5R/W（SID）并行的讀寫選擇信號，串行的數(shù)據(jù)口6E/CLK并行的使能信號，串行的同步時鐘1

28、5PSB并/串行接口選擇，H-并行/L-串行17/RET復(fù)位，低電平有效19LED_A背光源正極（LED+5V）20LED_K背光源負極 ( LED 0V )YM12864R為20管腳顯示器，其電路圖如圖3.5所示。其與單片機只需3根連線相接：芯片端管腳分別為CS、SID和CLK，其中CS為串行片選信號，SID為數(shù)據(jù)口，CLK為串行的時鐘信號，它們分別接單片機的P3.2、P3.3和P3.4口。圖3.5 液晶顯示器與單片機接口電路圖3.4 電源模塊設(shè)計單片機系統(tǒng)的電源設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的一項重要工作，電源的精度和可靠性等各項指標，直接影響著系統(tǒng)的整體性能。單片機系統(tǒng)的數(shù)字和模擬兩部分電路

29、對電源的要求有所不同。數(shù)字部分：以脈沖方式工作，電源功率的脈沖性較為突出，如LED顯示器的動態(tài)掃描會引起電源脈動，此外，數(shù)字電源還要有足夠的余量。模擬部分：對電源的要求不同于數(shù)字部分，模擬放大電路對電源電壓的精度、穩(wěn)定性和紋波系數(shù)要求很高，如果供電電壓的紋波較大，回路中存在脈沖干擾，將直接影響放大后信號的質(zhì)量。如果模擬和數(shù)字部分使用同一個電源，會使數(shù)字部分產(chǎn)生的高頻有害噪聲耦合到模擬部分。因此，在模擬電路和數(shù)字電路混合的單片機系統(tǒng)中，需要注意考慮兩種電路獨立供電。單片機系統(tǒng)中的模擬放大等電路需要高精度、高穩(wěn)定性的供電電源和參考電壓源。基準電源是就是一種可以產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定性電壓的器件或電路，

30、它產(chǎn)生的電壓給特定部件作為參考電壓使用。基準電源使用廣泛，其精度和可靠性直接決定著系統(tǒng)的精度和可靠性11 12 13。LM7805系列穩(wěn)壓器只有輸入、輸出和公共接地3個引出端，通過外接少量元器件即可實現(xiàn)穩(wěn)壓，使用時非常方便，此外它的外圍電路簡單，工作安全可靠，適合制作通用型的穩(wěn)壓電源。其主要參數(shù)如下：（1）最大輸入電壓 42V（2）輸出電壓 固定值 5V（3）最大輸出電流 1.5A（4）輸入電壓最小壓差 2V以極性電容和瓷片電容作為濾波網(wǎng)絡(luò)，采用固定式三端集成穩(wěn)壓塊LM7805設(shè)計制作的直流穩(wěn)壓電源如圖3.6所示。圖3.6 數(shù)字電源模塊 本系統(tǒng)的數(shù)字電源主要為單片機、液晶顯示電路、按鍵電路和報

31、警電路提供穩(wěn)定的電源TL431是一個有著良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置，其設(shè)置范圍為Vref（2.5V）到36V之間的任何值。由于它使用起來非常方便，而且性能優(yōu)良，所以，在本設(shè)計中用TL431芯片構(gòu)成的電源作為信號處理部分的電源。它的電路圖如圖3.7所示。圖3.7 模擬電源模塊該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。其主要特點如下：（1）可編程輸出電壓為36V（2）電壓參考誤差：0.4（3）低動態(tài)輸出阻抗（4）負載電流能力1.0mA到100mA 本系統(tǒng)的模擬電源主要為

32、信號處理部分的運算放大器AD620和LM358提供高精度的電源。3.5 按鍵電路設(shè)計鍵盤是電子設(shè)備常見的輸入裝置，它是人們與電子設(shè)備交流的重要途徑，一旦按鍵出錯或不穩(wěn)定，將影響到電子設(shè)備的整體使用。所以鍵盤電路部分的設(shè)計雖然簡單，但鍵盤的穩(wěn)定性、可靠性應(yīng)引起足夠的重視。當(dāng)按鍵少時可接成獨立連接式鍵盤；當(dāng)按鍵較多時，可以將鍵盤接成矩陣形式，這種形式節(jié)省口線。本系統(tǒng)由于所需鍵盤數(shù)目不多，只有測溫開始鍵和消音鍵，不占用太多的I/O口，所以采用結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的獨立連接式鍵盤14 15。其電路圖如圖3.8所示。其中按鍵S1的主要功能是測溫，當(dāng)按下此鍵后，系統(tǒng)開始進行測溫；按鍵S2的主要功能是關(guān)閉報警

33、器，當(dāng)報警器鳴叫時，按下此鍵，則報警器停止鳴叫。圖3.8 按鍵電路由電路圖我們可以看出這部分的原理：由于單片機的P1.4口和P1.5口是通過10K的上拉電阻與5V電源相聯(lián)的，所以在沒有按鍵按下的情況下單片機的兩個I/O口的電平恒為高，只有當(dāng)對應(yīng)的按鍵按下的時候其電平才為低。我們就是依據(jù)單片機檢測到的低電平信號來判斷是哪一個按鍵按下的16。3.6 報警電路設(shè)計系統(tǒng)的報警功能由一個蜂鳴器和一個三極管來實現(xiàn)17 18。當(dāng)測得的體溫值超過設(shè)定值（37.5）時，單片機會給P2.7口一個低電平，使三極管導(dǎo)通，從而引起蜂鳴器的鳴叫。當(dāng)系統(tǒng)檢測到消音鍵按下后，則將P2.7口置位，此時蜂鳴器由于三極管的截止而停

34、止報警。硬件電路如圖3.9所示。圖3.9 報警電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計就是編寫能使單片機運行并控制外圍電路的程序，然后把程序燒入單片機，對單片機進行控制，以完成硬件的功能。本設(shè)計的軟件部分是用C語言進行編寫的。C語言用途廣泛、語言簡潔，為完成某一功能所寫的源程序代碼往往比用其他語言寫得簡短，使得程序輸入工作量減少。C語言能直接訪問物理地址和端口，并能進行位操作，因此能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能。而且，由C語言生成的可執(zhí)行代碼內(nèi)容量少，執(zhí)行效率高。因此，紅外測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計，C語言成了首選。本設(shè)計的系統(tǒng)軟件主要包括主程序、液晶刷新子程序、按鍵掃描子程序、測溫子程序和液晶初始化子程序等。4.1

35、 主程序設(shè)計整個測溫系統(tǒng)在主程序的組織、管理下，完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、報警等功能。主程序主要對I/O口、定時器、液晶顯示器等進行初始化操作，以及通過對子程序的調(diào)用來實現(xiàn)溫度的循環(huán)測量。主程序流程圖如圖4.1所示。4.2 子程序設(shè)計在一個程序中經(jīng)常會遇到反復(fù)多次執(zhí)行某程序段的情況，如果重復(fù)書寫這個程序段，會使程序變得冗長而雜亂。對此，可把重復(fù)的程序編寫為一個子程序，通過主程序調(diào)用而使用它。這樣，不僅減少了編成的工作量，而且也縮短了程序的長度。在原來的主程序中需要執(zhí)行該任務(wù)時，調(diào)用子程序，執(zhí)行完該任務(wù)后，又返回主程序，繼續(xù)以后的操作，這樣就簡化了程序的邏輯結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試，節(jié)省了程序的空間。本

36、節(jié)對各子程序模塊的設(shè)計進行了闡述，主要包括A/D轉(zhuǎn)換子程序、液晶顯示子程序、按鍵掃描子程序和報警處理子程序的設(shè)計。YN按鍵掃描測溫鍵按下？A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理溫度顯示開始系統(tǒng)初始化報警處理返回圖4.1 主程序流程圖4.2.1 鍵盤掃描子程序設(shè)計本設(shè)計采用的是獨立式按鍵，掃描過程比較簡單，即先對各個口進行掃描，然后設(shè)置鍵盤標志位的值，最后返回標志位的值?？紤]到在鍵盤按下的過程中，會發(fā)生一定的抖動。由于抖動的緣故，很多時候會導(dǎo)致誤操作，為此，在掃描是否有按鍵按下的過程中，我們加入了一個延時子程序來消除鍵盤的抖動，使其能夠更加準確的檢測出當(dāng)前按下的鍵。鍵盤掃描子程序流程如圖4.2所示。N初始化flag

37、為0測溫鍵按下?延時置flag為1(表示測溫鍵按下)等待測溫鍵被松下消音鍵按下?延時等待消音鍵被松下置flag為2(表消音鍵按下)返回flag值YNYN測溫鍵按下?消音鍵按下?YYN入口圖4.2 鍵盤掃描子程序流程圖4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換子程序主要對采集到的模擬量進行數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。由于需要轉(zhuǎn)換的模擬量有3路，所以對其進行逐個轉(zhuǎn)換。同時為了確保結(jié)果的準確性，因此對每一路的轉(zhuǎn)換都進行6次，最后取平均值作為這一路的轉(zhuǎn)換結(jié)果。其流程圖如圖4.3所示。設(shè)置P1.0P1.2口作為A/D轉(zhuǎn)換口選通道0清A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器并開始A/D轉(zhuǎn)換等待轉(zhuǎn)換結(jié)束取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并清除標志位完成6次?取

38、平均值0選通道1完成6次?取平均值1返回選通道2YYNN等待轉(zhuǎn)換結(jié)束清A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器并開始A/D轉(zhuǎn)換取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并清除標志位完成6次?取平均值2YN等待轉(zhuǎn)換結(jié)束清A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器并開始A/D轉(zhuǎn)換取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并清除標志位入口圖4.4 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.2.3 液晶顯示子程序設(shè)計該子程序主要對測得的溫度值進行液晶顯示。當(dāng)溫度測量完成后，得到的溫度值是一組數(shù)字量，若想讓液晶顯示器正確的顯示溫度值的各位，則首先需要對數(shù)據(jù)的各個位進行拆分，然后將拆分后的溫度值的各個位寫入液晶顯示器的相應(yīng)地址，即完成了溫度值的顯示。其流程圖如圖4.5所示。lcd初始化顯示“室溫：00.0”拆分溫度值各位

39、顯示室溫值各位顯示體溫值各位返回顯示“體溫：00.0”入口圖4.5 液晶顯示子程序流程圖4.2.4 報警處理子程序 報警處理子程序主要實現(xiàn)體溫的超限報警。該子程序先將測得的體溫值與設(shè)定的體溫值進行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果決定是否啟動蜂鳴器報警。它的消音操作是通過對消音按鍵的檢測來實現(xiàn)的。當(dāng)檢測到消音按鍵按下后，則執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而使蜂鳴器停止鳴叫。其流程圖如圖4.6所示。YN測量值是否大于設(shè)定值？入口報警返回消音鍵是否按下？按鍵掃描YN消音 圖4.6 報警處理子程序流程圖結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計在導(dǎo)師的指導(dǎo)和自己的努力下，歷經(jīng)了各種困難，總算完成了。設(shè)計中所涉及到的許多東西，如熱電堆紅外傳感器、信號的放

40、大、帶A/D單片機的使用等都是自己以前很少接觸到的內(nèi)容，有些東西甚至很少有中文資料可供參考。如何在最短的時間內(nèi)消化這些內(nèi)容并著手系統(tǒng)的設(shè)計是我遇到的第一個難題。在硬件電路設(shè)計方面，如何使設(shè)計出的電路具有可操作性和實用性是另一個需要解決的難題。對我而言，解決這些問題的過程是一個耗時費神甚至是痛苦的過程。當(dāng)能夠解決一個問題哪怕是一個小小的問題時，我都是相當(dāng)?shù)呐d奮與快樂。因此在這個過程中，我學(xué)會了很多在課堂上學(xué)不到的東西，極大地豐富了我的知識，鍛煉了我的能力。這次畢業(yè)設(shè)計總體上是以STC12C5616AD單片機為控制核心，以紅外測溫原理為理論基礎(chǔ)，通過對單片機的外圍電路的設(shè)計來實現(xiàn)人體體溫的非接觸測

41、量的。設(shè)計包括硬件電路的設(shè)計和軟件編程的設(shè)計，其中程序是由易于掌握的C語言來編寫的。設(shè)計中需要考慮的因素很多，但主要考慮到兩個因素：第一，要盡力把系統(tǒng)作的完善，并充分體現(xiàn)它的實用性和可靠性；第二，對外圍電路設(shè)計時盡量使它簡單。正是有了這些明確的目的和任務(wù)，我才能有條不紊的完成此次畢業(yè)設(shè)計。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我深深地感受到了理論與實踐之間的巨大差距，在以前學(xué)習(xí)單片機時，很多知識點在理論上還是能夠理解的，但到了具體的實踐環(huán)節(jié)中，就出現(xiàn)很多自己無法理解的現(xiàn)象。因此，在今后的學(xué)習(xí)和工作中，我一定要加強實踐和理論相結(jié)合能力的培養(yǎng)，也只有這樣我才能更好的理解理論知識以及提高自己的實踐能力，最終達到學(xué)以致用的目的。致 謝經(jīng)過三個多月的忙碌工作，本次畢業(yè)設(shè)計即將完成。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促和指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持，想要完成畢業(yè)設(shè)計是很困難的。這次畢業(yè)論文能夠得以完成，是所有指導(dǎo)過我的老師，和幫助過我的同學(xué)以及一直關(guān)心支持著我的人對我的教誨、幫助和鼓勵的結(jié)果。在此，我要向他們致以深深的謝意！ 感謝我的指導(dǎo)老師xx