保定學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2基于51單片機(jī)數(shù)字體溫計(jì)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)摘要隨著現(xiàn)代化醫(yī)療的不斷發(fā)展，結(jié)合當(dāng)前疫情的余波未盡，設(shè)計(jì)一款便攜式數(shù)字體溫計(jì)是非常有意義的，可以在不同場合對(duì)人體體溫做到快速測量，確保安全?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字體溫計(jì)設(shè)計(jì)主要使用51單片機(jī)作為系統(tǒng)微控制核心，LCD1602顯示屏作為系統(tǒng)的顯示交互單元，方便用戶實(shí)時(shí)查看體溫?cái)?shù)值，按鍵單元用于設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)以及喚醒設(shè)備，測溫傳感器使用的是非接觸式MLX90614測溫傳感器，能夠更加安全快速測溫，當(dāng)測量實(shí)時(shí)體溫?cái)?shù)值大于按鍵設(shè)置的報(bào)警閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制報(bào)警指示燈閃爍進(jìn)行報(bào)警，為了能夠更好的續(xù)航時(shí)間，系統(tǒng)具備自動(dòng)休眠功能，空閑10秒鐘后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入休眠，當(dāng)檢測到按鍵按下時(shí)觸發(fā)喚醒繼續(xù)工作。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；LCD1602顯示屏；MLX90614測溫傳感器；休眠目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 I引言自2020年初以來，隨著新型冠狀病毒的飛速蔓延和入侵，病毒的不斷變異與升級(jí)，使得中國乃至全球各國都掩埋在疫情的陰影下，雖然全世界各國對(duì)疫情的防控與蔓延逐步得到控制，但是新型冠狀肺炎的后續(xù)影響仍然十分大，影響范圍仍然擴(kuò)散在世界的每個(gè)角落。發(fā)熱是新冠的明顯癥狀之一，因此，公共場所、居家自用，都需要用到體溫測量，疫情的防控的時(shí)期，體溫計(jì)是不可缺少的。研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變化和發(fā)展，越來越多的科學(xué)技術(shù)被應(yīng)用于取代傳統(tǒng)工業(yè)中的測量工具。另一個(gè)原因是隨著人們生活水平以及購買力的不斷提高，使得數(shù)字溫度計(jì)的開發(fā)更加吸引市場。不僅如此，隨著數(shù)字體溫計(jì)的優(yōu)勢不斷突顯，功能越來越多，使用數(shù)字體溫計(jì)的人也在不斷增加，現(xiàn)如今疫情仍然存在，體溫是一個(gè)很好的反應(yīng)身體健康狀態(tài)的指標(biāo)，人們可以測量自己的體溫以了解自己的身體狀態(tài)，傳統(tǒng)的體溫計(jì)測試時(shí)間長，不便于使用，數(shù)字體溫計(jì)很好的解決這一問題，越來越受到人們青睞[1]。如今，無論是商場醫(yī)院還是超市菜市，仍然需要對(duì)人們的體溫進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測量，確保人群密集場所不存在發(fā)熱人員，可以在一定程度上杜絕有體溫異常的人員進(jìn)行通行，保障了其他人群的安全，今早對(duì)體溫異常人群進(jìn)行管控，以達(dá)到疫情防控的目的。研究的目的與意義體溫計(jì)的重要性顯而易見，而傳統(tǒng)的溫度計(jì)想要應(yīng)用在流量大的場所顯然具備非常大的缺點(diǎn)，其一，檢測時(shí)間過長，不利于人群快速檢測并疏散的目的，反而增加了疫情擴(kuò)散的幾率；其二，檢測設(shè)備采用接觸式檢測，且檢測時(shí)間長，這就造成了多人使用同一溫度計(jì)的問題，在疫情情況下，同樣增加了病毒的傳染率，均不符合疫情防控要求[2]。因此，這對(duì)于此類情況就需要一種無接觸式、準(zhǔn)確性、快速檢測性體溫的體溫計(jì)，以減少人群聚集風(fēng)險(xiǎn)，快速檢測通行，在達(dá)到檢測的目的的情況下，同時(shí)又保證人流的正常通行速度不受影響。設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字體溫計(jì)就是十分符合當(dāng)下社會(huì)現(xiàn)狀的一款實(shí)用性、智能化體溫計(jì)。隨著時(shí)代的深度發(fā)展，疫情防控的持續(xù)進(jìn)行，數(shù)字體溫計(jì)的應(yīng)用市場十分廣闊，只要是公共場合，不論大小，均需要用到數(shù)字體溫計(jì)，因此對(duì)數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì)十分符合目前全球的大環(huán)境背景，是時(shí)代實(shí)時(shí)需要的產(chǎn)物之一。1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對(duì)體溫計(jì)的發(fā)展源于20世紀(jì)的末期，國內(nèi)某研究所發(fā)明出一種比色溫溫度計(jì)，雖然能夠在一定程度上滿足性能指標(biāo)的要求，但是仍能存在很多缺點(diǎn)和不足，該款溫度計(jì)十分的笨重，且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，靈敏度也非常地，比起國外的響應(yīng)速度也很慢，這就導(dǎo)致了這種溫度計(jì)很難普及使用[3]。因此國內(nèi)的其他機(jī)構(gòu)又開始進(jìn)一步的研究，出現(xiàn)了一款新的比色溫度計(jì)，使用調(diào)制盤分兩種光線的波長，采用插值得出溫度值。隨著近年國內(nèi)科技水平提升，微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在材料和加工領(lǐng)域都有了巨大的進(jìn)步，溫度計(jì)的發(fā)展也得到了巨大進(jìn)步。1.2.2國外研究現(xiàn)狀國外部分國家對(duì)體溫計(jì)的研究與發(fā)展方向在近年來，逐步轉(zhuǎn)向光點(diǎn)模塊，由原來的隱絲式逐步發(fā)展進(jìn)步，隱絲式方式最早可追溯到19世界前中期，該原理的測溫儀至今仍然在使用，期原理與燈絲亮度原理較為相似，通過燈絲溫度即可知道目標(biāo)物的溫度。中后期光電溫度計(jì)開始問世，這種類型的溫度計(jì)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)即：測量精準(zhǔn)度極高、無需直接參與。此后以硅光二極管為代表的測溫設(shè)備誕生，使得測溫精度和靈敏度有了巨大突破，且穩(wěn)定性強(qiáng)、響應(yīng)的速度也較快，促使著測溫領(lǐng)域的飛速進(jìn)度，為現(xiàn)階段測溫設(shè)備提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。體溫計(jì)由STO使用熱空氣膨脹原理于16世紀(jì)問世，這是歷史上最早的一只口腔溫度計(jì)，直到本世紀(jì)出，誕生了水銀溫度計(jì)，直至今日，該款溫度計(jì)的使用仍然十分廣泛，該款體溫計(jì)體積小巧，且使用方便，使得近年來對(duì)體溫計(jì)的發(fā)展與革新較小，至此人們?nèi)祟愺w溫計(jì)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，無需進(jìn)行改善。但是該款體溫計(jì)仍然存在著較大的缺點(diǎn)，使用時(shí)的測量時(shí)間較長，且水銀污染等問題仍然存在，因此電子化的數(shù)碼體溫計(jì)更符合需求[4]。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案總體方案設(shè)計(jì)基于單片機(jī)設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字體溫計(jì)，它能通過紅外非接觸傳感器實(shí)時(shí)測量人體溫度,并通過顯示屏顯示出來?？梢詫?duì)溫度閾值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于設(shè)置的閾值，則亮紅燈閃爍進(jìn)行告警。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體溫度進(jìn)行檢測并告警提示。系統(tǒng)功能與任務(wù)本系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)有以下功能：按下按鍵能從休眠中醒來，觸發(fā)啟動(dòng)測量；能在誤差范圍內(nèi)檢測到體溫；屏幕上顯示體溫；顯示10s鐘后進(jìn)入休眠狀態(tài)；超過正常體溫進(jìn)行紅色燈閃爍報(bào)警。本設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)如下：靜態(tài)電流：<100mA；最大電流：<2A；額定電源電壓：DC5V；報(bào)警方式：指示燈報(bào)警；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)硬件部分：系統(tǒng)硬件主要為STC89C52單片機(jī)用于系統(tǒng)的核心控制運(yùn)行程序，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)配，紅外測溫傳感器MLX90614用于非接觸式紅外側(cè)彎，測量人體溫度，將溫度通過IIC總線發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行接收并處理，單片機(jī)獲取溫度以后，將溫度進(jìn)行解析后顯示在LCD1602顯示屏上，顯示屏可以通過顯示數(shù)值方式直觀的將溫度顯示出來，方便用戶查看，設(shè)計(jì)還配有LED報(bào)警指示燈當(dāng)體溫超出設(shè)置的閾值，可以通過指示燈進(jìn)行報(bào)警提示，按鍵部分主要用于對(duì)系統(tǒng)的預(yù)值進(jìn)行調(diào)整，可以對(duì)預(yù)期進(jìn)行加或減，也可以通過按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行喚醒，把系統(tǒng)從休眠狀態(tài)喚醒為運(yùn)行狀態(tài)[5。軟件部分：單片機(jī)主程序，調(diào)用各個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。顯示屏驅(qū)動(dòng)函數(shù)，用于驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示信息測溫傳感器驅(qū)動(dòng)函數(shù)，用于驅(qū)動(dòng)測溫傳感器獲取采集的溫度按鍵驅(qū)動(dòng)函數(shù)，用于檢測按鍵響應(yīng)2.3.2組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括電源模塊、STC89C52單片機(jī)核心系統(tǒng)、按鍵電路、MLX90614體溫傳感器模塊、LCD1602顯示屏模塊、LED報(bào)警電路，電源電路給各個(gè)模塊進(jìn)行供電，使其正常工作，單片機(jī)采集MLX90614測量的體溫?cái)?shù)值，驅(qū)動(dòng)LCD1602顯示屏顯示體溫，按鍵電路用于調(diào)整體溫報(bào)警閾值，并顯示在顯示屏上，當(dāng)體溫超過報(bào)警閾值，則驅(qū)動(dòng)LED報(bào)警電路進(jìn)行閃爍報(bào)警。圖2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖多功能語音識(shí)別系統(tǒng)需求主要硬件需求3.1.1STC89C52RC單片機(jī)單片機(jī)設(shè)計(jì)選擇51內(nèi)核單片機(jī)作為最小核心，該單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，且操作指令豐富，功能完善，具備很多邏輯位操作功能，RAM區(qū)間擁有雙重功能地址區(qū)間，使用起來十分靈活。是單片機(jī)應(yīng)用與發(fā)展的奠基式產(chǎn)品，產(chǎn)品普及率與使用率也十分高，且性價(jià)比較高，對(duì)初學(xué)者也十分友好。選用單片機(jī)具體型號(hào)為STC89C52。單片機(jī)引腳按功能可分為：控制引腳、電源及時(shí)鐘引腳、I/O口引腳三類?？刂埔_提供控制信號(hào)，有些引腳通過高低電平的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同的功能，即程序通過引腳聲明定義，使指定引腳執(zhí)行指定功能；電源引腳通過第40腳接5V電源正極和第20腳接地為系統(tǒng)提供電源；并行I/O口引腳有四組，P0口的P0.0~P0.7引腳為漏極開路的8位并行雙向口；P1口的P1.0~P1.7引腳和P2口的P2.0~P2.7引腳都是準(zhǔn)雙向口，二者內(nèi)部都接有上拉電阻并且均可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載；P3口的P3.0~P3.7引腳第一功能與P1口和P2口功能相同，P3口的第二功能從P3.0口到P3.7口兩兩依次對(duì)應(yīng)的功能為串行數(shù)據(jù)輸入和輸出口、外部中斷0和1輸入、定時(shí)器0和1外部計(jì)數(shù)輸入、外部數(shù)據(jù)寄存器的寫和讀選通控制型號(hào)[6]。圖3.1AT89C52單片機(jī)實(shí)物圖3.1.2顯示屏模塊信息顯示選用并口的LCD1602顯示屏進(jìn)行顯示溫度數(shù)據(jù)，這種顯示屏相較于數(shù)碼管更具有優(yōu)勢，LCD1602顯示屏可以顯示更多的內(nèi)容，并且屏幕內(nèi)部自帶刷新電路，不需要程序上在進(jìn)行刷新，只要將需要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示屏進(jìn)行顯示即可。在日常生活中，我們接觸過各種各樣的顯示屏。液晶顯示模塊作為顯示設(shè)備信息的重要器件，已成為很多電子產(chǎn)品的通過器件，其具有體積小，省電以及抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，有顯示類型分為字段型、字符型和點(diǎn)陣型[7]。很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，如萬用表、電子表、計(jì)算器等。LCD1602液晶顯示模塊的原理是利用了液晶屏幕的通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制的物理特性，使電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面，并在背光的輔助下實(shí)現(xiàn)畫面顯示。如圖3.6所示為模塊實(shí)物圖。1602表示每行可顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行，所以也叫1602字符型液晶，它是一種專門用ASCII碼字符來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，其內(nèi)部具有字符庫ROM（CGROM），能顯示出192個(gè)字符（5*7點(diǎn)陣）。LCD1602液晶顯示模塊的工作電壓為4.5~5.5V，典型工作電壓為5V，工作電流為2mA，模塊設(shè)有16個(gè)引腳，包括8條數(shù)據(jù)線、3條控制線和3條電源線，如表3.3所示為LCD1602液晶顯示模塊的引腳參數(shù)及功能，所以只需要根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中的模塊工作要求分配單片機(jī)的引腳與傳感器連接即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與監(jiān)測模塊的聯(lián)動(dòng)。要使LCD1602液晶顯示模塊顯示字符，需要在程序中寫入要顯示的相關(guān)字符常量或字符串常量，在編譯生成標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼并送入顯示數(shù)據(jù)RAM，即可將對(duì)應(yīng)字符顯示在LCD1602液晶顯示模塊上顯示。圖3.2LCD1602液晶顯示模塊實(shí)物圖3.1.3測溫傳感器MLX90614具有0.1℃的高精度。很好的滿足設(shè)計(jì)需求。模塊電源采用3.3V電源，信號(hào)和單片機(jī)之間通過IIC接口進(jìn)行通信，說明單片機(jī)若需要讀取人體溫度數(shù)據(jù)只需要通過單片機(jī)配置IIC即可輕松采集到。該模塊具有高靈敏度，低功耗的特點(diǎn)，只要有人經(jīng)過，就會(huì)非接觸測量到人體體溫，將信號(hào)通過電平信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)處理，使用起來簡潔可靠。圖3.3MLX90614紅外測溫傳感器實(shí)物圖軟件環(huán)境需求3.2.1Keil開發(fā)平臺(tái)介紹該系統(tǒng)使用STM32最小內(nèi)核系統(tǒng)，其嵌入式開發(fā)平臺(tái)為Keil。KeilC51是德國KeilSoftware公司（已被ARM公司收購）出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，該軟件集編輯、編譯、仿真等功能于一體，還提供了豐富的函數(shù)庫和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，生成的程序代碼運(yùn)行速度快，所需要的存儲(chǔ)空間小，完全可與匯編語言相媲美，是目前51單片機(jī)最優(yōu)秀的開發(fā)軟件之一[8]。Keil軟件廣泛應(yīng)用于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試。與其他免費(fèi)軟件相比，它的可靠性更高，不會(huì)出現(xiàn)異常閃退導(dǎo)致代碼丟失等問題。此外，該軟件具有完善的調(diào)試界面，在代碼編寫后期的調(diào)試工作中，十分方便進(jìn)行調(diào)試拍錯(cuò)，發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化程序中存在的問題。3.2.2AltiumDesigner電路板設(shè)計(jì)平臺(tái)AD軟件用于繪制電路圖和PCB，先格局功能建立元器件庫，繪制好庫以后將庫原件進(jìn)行合理的擺放，然后連接各個(gè)模塊之間的電路連接，連接好后就可以生成PCB，軟件具有自我糾錯(cuò)功能，如果做錯(cuò)了，軟件會(huì)進(jìn)行報(bào)錯(cuò)，提高繪圖的準(zhǔn)確性和高效率。多功能語音識(shí)別系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)4.1.1單片機(jī)最小核心系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)程序運(yùn)行的最簡單的硬件電路，最小系統(tǒng)通常指程序的啟動(dòng)，包括用于將單片機(jī)的內(nèi)部寄存器恢復(fù)到基本狀態(tài)的復(fù)位電路。30pF的起振電容配合12Mhz晶振用于產(chǎn)生時(shí)鐘基準(zhǔn)，單片機(jī)程序的運(yùn)行依靠時(shí)鐘同步，采用直流5V供電電路為單片機(jī)供電，與采集發(fā)送和接受顯示部分的最小系統(tǒng)相同。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖4.1所示。圖4.151單片機(jī)最小核心系統(tǒng)圖4.1.2電源供電電路電源電路是系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)各部件的正常工作電壓，這是一個(gè)轉(zhuǎn)換電壓值的電路，是電路各部分正常工作的基本條件，另外穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)還有很多地方需要注意。系統(tǒng)的總外部電源由5V輔助電池供進(jìn)行電，如果該電路直接連接到高壓電源，系統(tǒng)將無法正常工作，甚至燒壞部件。由此可見，電源電路對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常重要[9]。電源電路包含一個(gè)供電插頭和一個(gè)開關(guān)用于打開關(guān)閉系統(tǒng)電源，當(dāng)關(guān)閉開關(guān)時(shí)系統(tǒng)耗電為0，便于長期存放。電源供電電路圖如圖4.2所示。圖4.2電源供電電路圖4.1.3按鍵電路設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)立的關(guān)鍵電路，由于系統(tǒng)所需按鍵數(shù)量并不多。獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)簡單，更適合于本設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的按鍵電路采用六個(gè)功能鍵用于控制定時(shí)值和加熱溫度值，這些鍵在單片機(jī)GND和引腳之間串聯(lián)，按鍵按下和釋放兩種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)于引腳電平的0V和5V，通過引腳電平的判斷，即可檢測出是否按下。按鍵電路圖如圖4.3所示。圖4.3按鍵電路圖4.1.4MLX90614測溫電路測溫用的MLX90614傳感器模塊板載了紅外測溫傳感器采集頭和一個(gè)穩(wěn)壓電路，將供電電壓穩(wěn)壓后供給傳感器探頭供電。模塊對(duì)外有4個(gè)引腳，其中1腳、2腳位供電引腳，采用5V供電，模塊上的穩(wěn)壓電源再將電壓穩(wěn)壓到3V給核心元件供電。3腳、4腳是IIC接口連接單片機(jī)的IIC引腳，用于IIC總線通信采集數(shù)據(jù)，通過IIC接口單片機(jī)即可將溫度數(shù)據(jù)讀取出來[10]。電路圖如圖4.4所示圖4.4MLX90614測溫電路圖4.1.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)匹配了報(bào)警電路，在超過預(yù)先設(shè)定的閾值情況下，會(huì)通過LED閃爍報(bào)警提醒用戶，使得設(shè)備使用起來更加便捷。報(bào)警電路由LED燈、限流電阻構(gòu)成，LED選擇的時(shí)低壓發(fā)光二極管，其正常工作最大達(dá)到5mA的電流，在此情況下如果可以直接采用單片機(jī)引腳直接供電的，電阻連接到單片機(jī)引腳的控制端，以起限流作用，此方式的電路設(shè)計(jì)通過一個(gè)信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的控制，使得單片機(jī)工作更為穩(wěn)定安全。如圖4.5所示。圖4.5報(bào)警電路圖4.1.6LCD1602顯示屏接口電路LCD1602可以顯示自定義的32個(gè)字符并且?guī)П彻釲ED。顯示器自帶字符點(diǎn)陣庫，因?yàn)樵O(shè)計(jì)電路簡單而價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠，所以本設(shè)計(jì)采用它作為顯示電路的核心。D0到D7為數(shù)據(jù)接口用于和單片機(jī)進(jìn)行連接單片機(jī)通過這些引腳進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，VCC、GND為供電引腳，VO是對(duì)比度調(diào)節(jié)，通過2k電阻連接GND，RS、RW、E為控制引腳，結(jié)合D0-D7進(jìn)行讀寫控制。圖4.6液晶接口電路圖軟件設(shè)計(jì)4.2.1系統(tǒng)總體軟件框圖系統(tǒng)供電以后進(jìn)入main函數(shù)，main函數(shù)開始運(yùn)行功能實(shí)現(xiàn)程序，首先初始化各個(gè)LCD1602顯示屏模塊、初始化，LX90614測溫傳感器、初始化單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器、初始化單片機(jī)內(nèi)部引腳IO，然后檢測喚醒按鍵是否按下觸發(fā)喚醒，如果沒有就循環(huán)檢測，如果觸發(fā)就進(jìn)入下一步，系統(tǒng)換型號(hào)開始采集MLX90614的數(shù)據(jù)，獲取體溫值并實(shí)時(shí)顯示在LCD1602顯示屏上，拿實(shí)時(shí)測量的體溫值和報(bào)警閾值做對(duì)比，如果超出閾值則進(jìn)行報(bào)警，驅(qū)動(dòng)LED報(bào)警指示燈閃爍，接下來判斷閾值設(shè)置按鍵是否按下調(diào)整系統(tǒng)報(bào)警閾值，如果是則對(duì)系統(tǒng)閾值進(jìn)行加減設(shè)置并更新顯示在LCD1602顯示屏上，最后檢測空閑時(shí)間，如果達(dá)到休眠時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次按鍵喚醒后繼續(xù)工作[11]。圖4.7程序主流程圖4.2.2按鍵檢測驅(qū)動(dòng)程序檢測單片機(jī)引腳電平狀態(tài)是本設(shè)計(jì)中按鍵檢測驅(qū)動(dòng)程序的原理，引腳檢測首先對(duì)連接到單片機(jī)上的引腳進(jìn)行初始化設(shè)置，當(dāng)引腳設(shè)置為上拉輸入模式時(shí)，單片機(jī)在正常狀態(tài)下檢測到的釋放按鍵電平為高電平，程序判斷為1。觸發(fā)時(shí)，鍵腳的高電平轉(zhuǎn)換為低電平，程序判斷為0。鍵震蕩抖動(dòng)可能會(huì)造成引腳的誤觸發(fā)的情況，因此在程序時(shí)間上需設(shè)定一定的延時(shí)來排除誤觸發(fā)的問題[12]。特別需要注意，在編制人工測試程序的過程中，必須執(zhí)行消抖操作，因?yàn)樵谡Ｇ闆r下很容易出現(xiàn)誤觸的情況使整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定。消抖操作可以在一段時(shí)間內(nèi)檢測兩次引腳的觸發(fā)狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝淮螜z測到引腳觸發(fā)時(shí)，此過程不會(huì)立即執(zhí)行功能代碼，延遲50ms后，將再次判斷引腳電平的狀態(tài)，以確定是否觸發(fā)該程序。如果引腳狀態(tài)仍然處于按下狀態(tài)，則存在觸發(fā)操作，接下來會(huì)繼續(xù)執(zhí)行觸發(fā)后的代碼程序。如果第二次判斷為不是觸發(fā)狀態(tài)，可能是由于抖動(dòng)而觸發(fā)錯(cuò)誤，不會(huì)執(zhí)行接下來對(duì)應(yīng)的程序。引腳檢測驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖4.8所示。圖4.8T按鍵檢測驅(qū)動(dòng)流程圖4.2.3MLX90614測溫驅(qū)動(dòng)程序MLX90614驅(qū)動(dòng)程序主要用于IIC讀寫，MLX90614傳感器采用了IIC總線通信，一個(gè)引腳為數(shù)據(jù)腳，另一個(gè)引腳為時(shí)鐘腳，所以許多操作都是通過引腳高電平和低電平持續(xù)時(shí)間來決定的[13]。要完成與GY-906的通信，必須在編程IIC時(shí)檢查數(shù)據(jù)手冊(cè)。驅(qū)動(dòng)時(shí)先要對(duì)MLX90614進(jìn)行初始化，才能保證進(jìn)入工作狀態(tài)，建立通信，再等待其數(shù)據(jù)引腳發(fā)出答應(yīng)信號(hào)，待檢測到其答應(yīng)信號(hào)后，會(huì)對(duì)溫度數(shù)據(jù)的各個(gè)位具體的高電平和低電平進(jìn)行循環(huán)讀取，讀取完成后便組合成一個(gè)16位的數(shù)據(jù)，計(jì)算處理數(shù)據(jù)后獲得最終溫度值。驅(qū)動(dòng)過程如圖4.9所示。圖4.9測溫驅(qū)動(dòng)流程圖4.2.4報(bào)警驅(qū)動(dòng)程序LED是通過單片機(jī)的GPIO引腳輸出高電平實(shí)現(xiàn)報(bào)警驅(qū)動(dòng)，通過單片機(jī)的GPIO引腳輸出高電平進(jìn)行控制，需要配置驅(qū)動(dòng)單片機(jī)引腳的相關(guān)寄存器才能在單片機(jī)上正常使用GPIO引腳，配置時(shí)鐘頻率和引腳模式是使用引腳對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘總線的前提。為使引腳具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，在配置過程中，需要設(shè)置推挽輸出模式。若引腳的初始化電平為低電平時(shí)，輸出電壓則關(guān)閉，而后單片機(jī)會(huì)檢測出引腳是否需要更改成高電平，若需要?jiǎng)t打開開關(guān)。GPIO引腳輸出驅(qū)動(dòng)流程圖如圖4.10所示。圖4.10報(bào)警驅(qū)動(dòng)流程圖4.2.5LCD1602顯示驅(qū)動(dòng)程序圖4.11LCD1602顯示屏驅(qū)動(dòng)流程圖在操作上省去了程序上對(duì)字體取模，因?yàn)槭酒聊K電路內(nèi)部已經(jīng)集成了點(diǎn)陣字庫芯片。所以只需把要顯示的字符寫進(jìn)程序編碼中通過顯示屏的通信協(xié)議將發(fā)送給顯示屏，再將需要顯示字符的顯示位置設(shè)置好并發(fā)送給顯示屏，顯示模塊就會(huì)根據(jù)設(shè)置好的顯示樣式自動(dòng)查找該字符對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣庫，并根據(jù)組成點(diǎn)陣的信息將對(duì)應(yīng)的字符在顯示器指定的區(qū)域顯示。LCD1602屏幕顯示驅(qū)動(dòng)流程圖如圖4.11所示。系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試及功能測試硬件調(diào)試5.1.1電源穩(wěn)定性調(diào)試本設(shè)計(jì)中電流比較大，在正常使用時(shí)最高電流會(huì)達(dá)到2A。因此，設(shè)備供電至少需要配置輸出電流為2A的穩(wěn)定電流。為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的電流，需要用萬用表10A電流檔測試電流是否達(dá)到要求。系統(tǒng)電壓的測量也需要用萬用表20V電壓檔檢測，系統(tǒng)是用5V電源電壓供電，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部穩(wěn)壓后變?yōu)?.3V，這是為了將模塊整體的供電需求統(tǒng)一為3.3V，從而使系統(tǒng)整體穩(wěn)定運(yùn)行，在測試的過程中電壓波動(dòng)在0.1V左右的是正常的，當(dāng)出現(xiàn)所測電壓與目標(biāo)電壓值相差較大的情況，則需要使用萬用表檢查電路是否出現(xiàn)微短路等問題[14]。各模塊正常工作時(shí)各模塊的工作指示燈會(huì)正常亮起如圖5-1所示。圖5.1實(shí)物供電運(yùn)行圖5.1.2單片機(jī)核心板調(diào)試要使單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行，就需要有12MHz無源晶體振蕩器電路、單片機(jī)本身以及點(diǎn)觸式按鍵上電復(fù)位電路共同組成。只有單片機(jī)最小系統(tǒng)各組成部分電路正確連接好，單片機(jī)最小核心系統(tǒng)才能夠正常工作，在電路焊接過程需要注意的是將單片機(jī)供電電源電壓輸入輸出焊接正確，且焊接過程電源紋波不大于器件承受電壓，不然會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)無法運(yùn)行等問題。本設(shè)計(jì)是通過5V電源電壓供電，當(dāng)電源電壓過低會(huì)導(dǎo)致供電不足系統(tǒng)無法運(yùn)行等問題，電壓過高則會(huì)使得單片機(jī)內(nèi)部電路發(fā)熱從而增加系統(tǒng)耗能[15]。實(shí)物如圖5.2所示。圖5.2核心板運(yùn)行正常圖5.1.3模塊調(diào)試首先需要測試測試LCD1602電路。由于這部分需要結(jié)合程序，才能看到具體的效果如何，所以嚴(yán)格意義上說，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)軟件進(jìn)行調(diào)試之前需利要用引腳定義去檢查模塊供電電源是否正常，還有每個(gè)引腳和單片機(jī)是否存在焊接故障等問題。從而確定模塊整體的運(yùn)行狀態(tài)是否為正常狀態(tài)。然后測試測溫傳感器，測溫傳感器主要檢查焊接是否正常，焊接無誤的情況下，可以結(jié)合顯示屏查看讀取溫度數(shù)據(jù)，以此來驗(yàn)證MLX90614是否正常工作。最后需調(diào)試按鍵電路，這部分調(diào)試相對(duì)來說是比較簡單的。首先，實(shí)驗(yàn)人員可以使用萬用表的通斷檔去檢查的引腳是否和單片機(jī)的引腳以及電源接地相連接，但必須是在斷電的前提下進(jìn)行上述操作。另外，還需要檢查兩引腳是否存在短路的問題，否則按鍵就會(huì)主關(guān)閉，進(jìn)而失去按鍵的作用[16]。最后檢查結(jié)束后，就可以給檢查設(shè)備供電。通電后，將萬能表調(diào)整到電壓檔檢測和單片機(jī)連接的引腳電平。另外，沒有按這個(gè)鍵時(shí)，引腳就是高電平輸出，當(dāng)按下按鍵的時(shí)候，引腳電平從高電平跳到低電平，這就表示硬件電路可以正常的。圖5.3通信模塊運(yùn)行正常圖5.1.4模塊焊接調(diào)試各模塊的檢測部分。首先用萬用表檢查模塊的引腳是否符合額定的電壓，檢查各硬件部分的線路焊接是否正確。另外需要注意，因?yàn)檩^大的電源紋波不僅會(huì)影響模塊的穩(wěn)定性，而且會(huì)影響通信信號(hào)的傳輸，還可能造成通信信號(hào)的中斷。所以這一模塊對(duì)電源的紋波要求較高。因此，要達(dá)到過濾的效果就必須把過濾電容器連接在模塊的電源引腳的接口附近，從而使模塊通信穩(wěn)定運(yùn)行。最后，各個(gè)模塊的輸出數(shù)據(jù)通過單片機(jī)UART采集，進(jìn)而使用萬用表來測量模塊的供電引腳電壓是否滿足要求。進(jìn)而確定數(shù)據(jù)與預(yù)期電壓是否相符，才能確定其工作是否正常。系統(tǒng)各模塊的焊接情況如圖5.3所示。圖5.4硬件模塊焊接圖軟件調(diào)試5.2.1程序下載在軟件調(diào)試設(shè)計(jì)階段，需要安裝單片機(jī)編程專用的開發(fā)調(diào)試軟件Keil4。軟件安裝成功后，即可將其連接到單片機(jī)核心板上的STC-ISP調(diào)試下載接口，使用專用的USB-TTL下載調(diào)試程序。該接口可直接接在程序下載端，直至完成整個(gè)程序調(diào)試的工作流程。下載調(diào)試工具欄如圖5.5所示。圖5.5下載程序軟件工具5.2.2程序調(diào)試首先是對(duì)LCD1602顯示器的具體程序進(jìn)行編寫和調(diào)試，該顯示器是采用8位并行口通信的通信協(xié)議，工作時(shí)序可以用硬件生成，也用軟件進(jìn)行模擬通信協(xié)議產(chǎn)生。但是需要注意的是，由于51單片機(jī)的資源限制，主要采用程序模擬并行時(shí)序，在編寫底層驅(qū)動(dòng)程序是需要可根據(jù)并行時(shí)序來編寫。因?yàn)榈讓域?qū)動(dòng)程序直接負(fù)責(zé)LCD1602液晶顯示屏的硬件通信，所以在延時(shí)配置的部分，測試人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際最優(yōu)的調(diào)試情況選取測量結(jié)果。編寫完底層驅(qū)動(dòng)，就可以開始編寫上層功能程序。另外需要關(guān)注的是，這部分程序不需要考慮時(shí)序?qū)崿F(xiàn)，更注重顯示界面的結(jié)構(gòu)。第二步是對(duì)測溫傳感器MLX90614進(jìn)行測試，測試該模塊主要結(jié)合LCD1602顯示屏將檢測的數(shù)據(jù)顯示出來，然后和溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比查看結(jié)果是否正確，改變待測溫度，查看測量的溫度值是否發(fā)生變化，如果是則說明溫度傳感器程序可正常運(yùn)行。按鍵檢程序是根據(jù)單片機(jī)通用的IO口特性進(jìn)行編寫測試，單片機(jī)與各個(gè)硬件部件引腳的工作模式相對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)試配置，在需要運(yùn)行相應(yīng)硬件功能時(shí)驅(qū)動(dòng)高低電平即可?？偨Y(jié)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)程中是先建立在課題內(nèi)容要求上，通過查閱相關(guān)資料，深入了解本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)，收集與本設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，從而確定設(shè)計(jì)基本框架，在對(duì)比不同器件設(shè)備的可行性和必要性，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)撰寫確合理的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案。在確定好硬件組件后，根據(jù)硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)相應(yīng)器件的引腳性質(zhì)和工作原理進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖對(duì)個(gè)硬件的焊接位置進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，然后選擇最優(yōu)的線路焊接方案對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行焊接。在確定硬件焊接無誤且能成功驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊后，便根據(jù)硬件使用手冊(cè)和單片機(jī)編程邏輯進(jìn)行對(duì)硬件系統(tǒng)編寫驅(qū)動(dòng)程序，通過主函數(shù)調(diào)用各硬件驅(qū)動(dòng)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)任務(wù)設(shè)計(jì)的功能要求，最后通過下載和調(diào)試的系統(tǒng)的硬件程序，再通過硬件對(duì)設(shè)計(jì)功能進(jìn)行檢測操作，確認(rèn)所有程序是否運(yùn)行穩(wěn)定。在各項(xiàng)操作無誤后，根據(jù)調(diào)試過程出現(xiàn)過的錯(cuò)誤進(jìn)行反復(fù)操作，驗(yàn)證程序的運(yùn)行效果直至程序穩(wěn)定。該系統(tǒng)比設(shè)計(jì)安全可靠，操作簡單，且數(shù)據(jù)處理迅速，可用于各種需要測溫的場所具有相對(duì)較高的使用價(jià)值。本數(shù)字體溫計(jì)設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)控制技術(shù)、測溫傳感器和顯示報(bào)警技術(shù)搭建的，包括個(gè)子模塊，包括體溫采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)和顯示驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)等。其次，進(jìn)行了本系統(tǒng)的傳感器協(xié)議設(shè)計(jì)。從傳感器模塊設(shè)計(jì)，到顯示屏通信協(xié)議的使用。然后進(jìn)行智能體溫測量報(bào)警的軟件設(shè)計(jì)。從電子化、實(shí)時(shí)化、數(shù)字化等方面討論了數(shù)字體溫計(jì)最終系統(tǒng)的功能效果。當(dāng)然本設(shè)計(jì)在系統(tǒng)功能上還存在一定的測量誤差，體溫測量傳感器對(duì)溫度采集精度上的誤差需要待檢測穩(wěn)定之后才能將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這樣才能得到相對(duì)準(zhǔn)確的溫度值，數(shù)字體溫計(jì)是目前生活中不可缺少的電子設(shè)備，但是市場要求都是根據(jù)需求供應(yīng)的，設(shè)備所用的傳感器在滿足測量精確的前提下還需要考慮系統(tǒng)成本，這樣才易于普及和適應(yīng)市場需求，但高精度的設(shè)備對(duì)應(yīng)成本也會(huì)比較高，加上個(gè)人技術(shù)水平不是很精湛，未能將設(shè)計(jì)功能全部實(shí)現(xiàn)，所以在本設(shè)計(jì)中存在的問題后期還需進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)和優(yōu)化改。參考文獻(xiàn)吳志樣.鉑電阻0.01℃深低溫精確測溫方法[J]．常州工學(xué)院學(xué)報(bào),2015,18(6):12-15.劉希民.基于電流法的熱電阻溫度測量裝置[J]．儀器儀表學(xué)報(bào),2017,28(4):31-34.文小玲，易先軍，曾濤.高精度溫度測控系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2017,8:46-50.劉希民.熱電偶線性溫度測量裝置[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2017,28(4):53-57.黃慧，殷興輝.基于DS18B20的高分辨率溫度數(shù)據(jù)采集[J].電子測量技術(shù),2019,32(6):131-133.董軍堂,宋永東，李建新．基于SPCEO61A的智能溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2016,19:141-143.周征，孔德仁．基于單片機(jī)的溫度存儲(chǔ)測試技術(shù)研究[J].電子測量技術(shù),2015,33(5):8O-83.鄭善鋒.利用微機(jī)數(shù)據(jù)處理提高溫度測量精度[J].電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào),2015,10(1):90-93.鄭保．提高鉑電阻溫度計(jì)測量精度的方法研究[J].計(jì)測技術(shù),2016,26(1):56-59.鄧艷琴．二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定[J.江蘇電機(jī)工程,2018,29(5):44-46.朱其祥.基于微處理器的溫度測量非線性校正[J.電子測量技術(shù),2019,32(10):64-68.王榮華,杜平安，黃明鏡,等．基于等溫線溫度識(shí)別的示溫漆溫度自動(dòng)識(shí)別算法[J.電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2016,246):542-547.陸建國.基于LM35和W78E52B的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)叮．安徽農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,38(24):13542-13543.潘為剛，丁海棟．超低功耗電子溫度計(jì)的設(shè)計(jì)[叮.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào),2019,17(3):79-82.周學(xué)軍.基于AT89C2051的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)[叮.測控技術(shù)，2018，17：164-165.Rogalski.Recentprogressininfrareddetectortechnologies[M].A..InfraredPhysics&Technology,2017,54(3):136-154.Cardimona,D.A.Infrareddetectorsforspaceapplications[M].C..InfraredPhysics&Technology,2016,54(3):283-286.附錄附錄A數(shù)字體溫計(jì)系統(tǒng)圖數(shù)字體溫計(jì)系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖A1所示。圖A1數(shù)字體溫計(jì)的實(shí)物圖

附錄B數(shù)字體溫計(jì)系統(tǒng)的程序數(shù)字系統(tǒng)的程序如下所示。#include<STC12C5A.H>#include<LCD1602.h>#include<MLX90614.h>#include"intrins.h"u8WD[3]={0xdf,0x43,0};//自定義字符攝氏u8Dis[10]={0};u16Temp=0;//DS18B20溫度shortTemp_TH=375;//溫度閾值sbitLED=P1^5;sbitLCD_DIS=P2^7;sbitKEY1=P3^5;sbitKEY2=P3^6;sbitKEY3=P3^7;u16Time=0;//定時(shí)器計(jì)時(shí)u16SleepTime=0;//休眠時(shí)間/******延時(shí)******/voidDelay_ms(u16t){u16j;for(;t>0;t--) for(j=110;j>0;j--);}/******定時(shí)器初始化******/voidTIME_INIT_0(){TMOD=0X01;EA=1;TR0=1;ET0=1;TH0=0X3C;TL0=0XAF;}voidmain() { LCD_DIS=1;//打開LCD背光LCD_Initial();//初始化顯示屏 LCD_Write(0x00,0x01);//清屏 LCD_Print(0,0,"T:00.0"); LCD_Print(6,0,WD);//顯示溫度符號(hào) LCD_Print(0,1,"TH:00.0"); LCD_Print(7,1,WD);//顯示溫度符號(hào) Dis[0]=Temp_TH/100+'0'; Dis[1]=Temp_TH%100/10+'0'; Dis[2]='.'; Dis[3]=Temp_TH%100%10+'0'; Dis[4]=0; LCD_Print(3,1,Dis);//顯示溫度TIME_INIT_0();//初始化定時(shí)器 //函數(shù)部分 SCL=1;SDA=1;_nop_(); _nop_();_nop_();_nop_(); SCL=0; Delay_ms(1000); SCL=1;while(1){if(Time%20