基于單片機的智能非接觸式體溫計設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u8897第一章介紹 4119531.1主題研究背景 4189701.1.1臨床溫度計的開發(fā) 4134131.1.2紅外溫度測量技術(shù)的開發(fā) 444501.2研究的目的和意義 5293081.3主要內(nèi)容和章節(jié)安排 617383第二章系統(tǒng)工作原理和方案設(shè)計 768292.1系統(tǒng)的工作原理 7311612.2系統(tǒng)方案對比選擇 895172.3主要器件的對比選擇 10125342.3.1紅外測溫傳感器 10274862.3.2單片機控制單元 10190202.4最終方案確定 1119646第三章硬件電路設(shè)計 12191103.1單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計 12226323.1.1最小系統(tǒng)電路 1248943.1.2晶振和復位電路 1319753.2傳感器電路設(shè)計 1324773.2.1MLX90614紅外測溫傳感器介紹 13150353.2.2MLX90614傳感器電路 14164333.3液晶顯示電路設(shè)計 15280683.3.1LCD液晶顯示介紹 15216903.3.2LCD液晶顯示電路 1557213.4ISD4004語音電路設(shè)計 16238803.4.1ISD4004語音芯片介紹 16214463.4.2音頻功率放大器介紹 176013.4.3ISD4004語音電路 1893913.5、人口統(tǒng)計的硬件電路圖 19181613.6聲光報警電路設(shè)計 20189533.7基于MAX232的RS-232串口電路設(shè)計 21128223.7.1MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片介紹 21228213.7.2MAX232串口電路 22278433.8電源電路設(shè)計 2225654第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 24166134.1紅外測溫模塊設(shè)計 2451084.2顯示模塊設(shè)計 2522774.3語音模塊設(shè)計 2790664.5人員數(shù)量統(tǒng)計模塊設(shè)計 28237454.6聲光報警模塊設(shè)計 29305194.7串行電路模塊設(shè)計 2928880第五章系統(tǒng)仿真和錯誤處理 3150635.1基于Multisim 31316365.2誤差處理 334678第六章總結(jié)與展望 34254296.1總結(jié) 34292896.2展望 34摘要體溫測量可以改善健康狀況，更是身體健康的重要參數(shù)之一。使用新的溫度計來測量體溫，例如有測量誤差的電子溫度計，與常用的水銀體溫計相比，新式智能體溫計給我們帶來了更大的方便和安全性。特別是在流感期間，各種臨床溫度計都成為判斷感染和未感染的人的相對初步的儀器。因此，在該畢業(yè)項目中，單片機用作核心，基于單片機的智能非接觸式電子溫度計使用紅外傳感原理設(shè)計。單片機讀取測量數(shù)據(jù)、處理、計算、轉(zhuǎn)換等過程，并輸出如LCD顯示、語音廣播等。由紅外溫度測量的工作原理，紅外熱電控傳感器MLX90614對人體的溫度進行檢測，將人體的溫度轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送的處理器進行分析和處理。數(shù)據(jù)存儲，邏輯判斷和最終測量結(jié)果被發(fā)送到LCD模塊以進行顯示，語音芯片在程序的控制下執(zhí)行語音廣播。與此同時，它還具有諸如人數(shù)的函數(shù)，以及聲音和光警報。因此，這種新式體溫計更加人性化，也更加方便使用，本文在硬件方面，主要功能采用單片機的最小系統(tǒng)和紅外熱電耦合傳感器設(shè)計。其次，討論了諸如日歷時鐘模塊，統(tǒng)計警報電路，液晶顯示模塊和語音廣播的功能模塊，并詳細介紹了每個芯片的結(jié)構(gòu)，和功能。程序被分成多個子程序，可靠性和可修改性得到改善，以及每個設(shè)計給出了應用模塊。有一個主函數(shù)，輔函數(shù)，顯示程序播報函數(shù)，聲光報警函數(shù)。硬件和軟件都完成后，通過策略軟件和Keilc軟件的組合，模擬設(shè)計的主要功能，實現(xiàn)了所需的效果。這種新式體溫計在功能的人性化，測量的準確性以及實用性和安全性等方面相比傳統(tǒng)的水銀溫度計都有著顯著提升，并具有很好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：模塊化;創(chuàng)新;智能;傳感器;LCD顯示;聲光報警介紹1.1主題研究背景1.1.1臨床溫度計的開發(fā)正常的體溫對我們的身體健康非常重要，因此，臨床溫度計在醫(yī)學中占有非常重要的地位目前的臨床溫度計分為三類：普通玻璃和汞的溫度計；臨床電子溫度計；紅外智能電子臨床溫計。熟悉的傳統(tǒng)溫度計是一種汞溫度計，根據(jù)汞的熱膨脹原理制造。由于體溫的影響，汞體積的擴大導致了玻璃管中汞柱長度的明顯變化，這可以將汞柱保持在其原始位置，因為體溫升高，這對用戶方便隨時觀察。因為玻璃的結(jié)構(gòu)，和汞的的穩(wěn)定，因此玻璃溫度計具有精確的指示和高穩(wěn)定性的特點，并且具有低價格和外部電源的優(yōu)點。汞溫度計很受工作者的喜愛。然而，這種溫度計也有許多缺點。例如，在暴露于熱量或不正確的放置時，易于破裂，人體會在與汞接觸后中毒，較高的是惡劣的，嚴重的頭痛會導致血液凝固。許多醫(yī)院也開始大量的使用智能電子溫度計，因為他們的反應速度非常的快，而且還不需要接觸病人和等待。不足之處作為電池供電的電子元件和設(shè)備，他的準確度會受到電池電量的影響。根據(jù)紅外溫度測量原則和分子運動，在任何物體表面都會形成特定的溫度場，通常稱為熱像。紅外傳感器正是通過吸收人體輻射出來的紅外能量來間接傳遞人體體溫給單片機處理的，這是一種不接觸人體和被動的測試方法，對人體不會引起任何危害，對以傳統(tǒng)的水銀體溫計來說有測量速度快，安全的優(yōu)勢。這些年來這種測溫技術(shù)有著很大的發(fā)展。1.1.2紅外溫度測量技術(shù)的開發(fā)在19世紀，科學家使用熱傳感器來檢測紅外線的特性和規(guī)律，并證明紅外線與可見物體具有相同的物理和遵守的規(guī)律。這一切都是電磁波從一開始的一個記錄，對有機物的阻隔性和反射性，發(fā)射性和紅外光譜都進行了測量，證明了紅外技術(shù)在30年代的物理分析。第一個紅外光譜，在40年代被發(fā)展成為一個重要的工具。20世紀50年代，電子基礎(chǔ)設(shè)施出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)良好、可靠的PBS紅外探測器，其快速發(fā)展使精子探測器等待第一個光子。60年代，具有卓越水平的紅外探測器可用于1-3、3-5和8-13微米三種重要的大氣文化，發(fā)展國家地理、電解、電解質(zhì)、電子設(shè)備和冰箱。20世紀60年代激光極大地影響了紅外技術(shù)發(fā)展。重要的激光器件位于紅外波段內(nèi)，它們的相干有助于使用電子技術(shù)使用傳感器。春燕-《太原理工大學碩士論文》-2012允許雷達和通信的驗收技術(shù)在紅外組中實現(xiàn)，并且可以獲得更高的分辨率和更大的信息能力。以前，紅外技術(shù)只能檢測無關(guān)的紅外輻射，用于紅外檢測的不同驗收技術(shù)，這使能夠從功率檢測跟蹤性能。此外，由于需要本申請，出現(xiàn)了裝置和新的輻射檢測方法的方法，促進了更先進的紅外技術(shù)的發(fā)展。春燕-《太原理工大學碩士論文》-20121.2研究的目的和意義體溫是身體正常功能的重要條件。人們可以通過調(diào)節(jié)身體在不同環(huán)境溫度下的發(fā)熱和冷卻過程，提高適應環(huán)境溫度變化的能力，從而保持相對穩(wěn)定的環(huán)境溫度。人在身體健康的時候身體的體溫一般會保持在37攝氏度左右，不會因外部環(huán)境溫度的變化而變化。但如果人的身體的患病或某些功能發(fā)生改變時，人的體溫也會隨之發(fā)生一定的變化，因此人的體溫為我們判定身體的健康與否提供了重要的消息，還可以防止某些主要疾病或隱藏在身體內(nèi)的健康危險中，在預防和警告中發(fā)揮積極作用。例如，在“SARS”期間，通過監(jiān)測體溫可以隔離可能生病的人，防止SARS的傳播。在公共場所觀察溫度時考慮到三項基本要求：無接觸；測量速度快，精度高。這些要求可以通過身體溫度的紅外非接觸測量來滿足。研究非接觸式人體表面溫度測量方法對于應對緊急情況具有重要的實際意義。疫情必要的工作。在溫度計的使用領(lǐng)域中國，紅外智能非接觸臨床溫度計也具有很多應用意義。例如，使用更方便。在家庭使用中，您可以觀察孩子的日常體溫變化，而不會擾亂孩子的睡眠或發(fā)揮，并了解孩子的健康狀況。孕婦和老年人也大大提高了體溫時的便利性;測量數(shù)據(jù)更準確，并且在它的準確度在一攝氏度以內(nèi)，測量速度快，人性化顯示和報警。與接觸溫度計不同，紅外溫度計可以安全地測量和讀取，而無需與人體接觸。采取人體溫度有效減少細菌的交叉感染;它更節(jié)能和環(huán)保。其快速準確的溫度測量不僅提高了醫(yī)療領(lǐng)域的效率，而且還具有更環(huán)保和節(jié)能的效率。智能非接觸溫度計為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了極大的便利，促進新型高效和節(jié)能，新設(shè)備和新材料的蓬勃發(fā)展，并實現(xiàn)了傳統(tǒng)溫度計的更新和轉(zhuǎn)化進行溫度測量。除了強大的能源和環(huán)境效益外，還具有巨大的經(jīng)濟和社會效益，研究紅外智能非接觸式電子溫度計具有重要意義。1.3主要內(nèi)容和章節(jié)安排本文主要采用紅外線測量原理，在體溫智能電子測量主題周圍進行一系列設(shè)計。在深入了解紅外溫度測量理論的基礎(chǔ)上，進行了方案的整體設(shè)計。在咨詢數(shù)據(jù)后，設(shè)計了一種設(shè)計計劃，比較和確定更合理的計劃。此外，對比分析傳感器，單片機等器件并從優(yōu)選取，大大增加了方案的可行性。在確定整體計劃之后，在硬件電路的設(shè)計中，電路由要實現(xiàn)的功能構(gòu)建;在軟件編程中，通過子模塊編程實現(xiàn)了設(shè)計的功能，最后整個系統(tǒng)是模擬的軟件，并分析了系統(tǒng)錯誤處理。其中，第2章是系統(tǒng)方案的選擇與說明。第3章是相關(guān)器件的使用介紹。第4章是軟件的設(shè)計。第5章是誤差處理和仿真。系統(tǒng)工作原理和方案設(shè)計2.1系統(tǒng)的工作原理就像一塊燒紅的鐵，在800攝氏度以下他發(fā)出的光是深紅色的，而到了1000°左右時就變成了黃色，再高點就會變成白色。這個是溫度變化范圍廣，顏色變化明顯，又是可見光，能被我們觀察。但是在變化范圍很小的時候只能根據(jù)感應裝置進行精確測量，這就是我們經(jīng)常說的熱成像原理。這是測量輻射溫度的客觀依據(jù)。紅外線測量利用人體的紅外線輻射來確定其表面溫度?；诤隗w輻射法的紅外溫度測量原理。黑體是經(jīng)過抽象以后的數(shù)學模型，忽略的其他次要因素，在理想的情況下完全按照數(shù)學公式進行演變，可以認為對電磁波的吸收率是完全吸收的。為了明白紅外輻射的規(guī)律，普朗克導出了黑體輻射定律黑體輻射亮度：B(λ,T)=2π?c2λ式（1）中如下表2.1。 表2.1式（1）參數(shù)表由式（1）得在絕對溫度T下，單位時間黑體單位面積所有方向的空間輻射總能量為：MT=0式中σ是常數(shù)等于5.67×黑體輻射百度百科從等式(2)可以看出，黑體輻射總量與黑體絕對溫度T的四倍成正比，因此，當用紅外溫度計測量目標溫度時，首先必須目標在此波長內(nèi)測量紅外輻射。由測量對象的溫度測量系統(tǒng)計算，轉(zhuǎn)換為測量對象的溫度值。紅外測溫儀，以單片機為中心，通過單片機控制鍵來確定溫度，按下測溫鍵時檢測體溫，并將人體輻射的熱量變作一系列的電信號又通過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)榉奖愫罄m(xù)主控器件處理的數(shù)字信號，并將其發(fā)送到集成控制電路，使芯片能夠處理比較系統(tǒng)中的信號，當測量的體溫超過38C時，led燈同蜂鳴器一起發(fā)出警報。當溫度測量鍵沒有按下時，該系統(tǒng)顯示測量溫度的范圍和統(tǒng)計人數(shù)歸零，如圖2.1所示按鍵控制圖2.1系統(tǒng)整體架構(gòu)圖2.2系統(tǒng)方案對比選擇基于該系統(tǒng)的工作原理、紅外傳感器、單片機和其他儀器，設(shè)計了一種智能電子溫度計的裝置。為了達到反應時間1s以下和精度0.2攝氏度，目前有以下兩種方案可供選擇。方案1方案1如下圖2.2所示，第一，電源為所有模塊提供穩(wěn)定的電壓保證各個部件能正常運行。第二，由紅外傳感器探測被測人體的溫度信號，并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電子信號以便于之后單片機進行數(shù)據(jù)處理。第三，放大電路將紅外傳感器轉(zhuǎn)換后的電子信號放大給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后變成數(shù)字信號。第四，單片機處理數(shù)字溫度信號后由LED顯示，如果溫度異常將通過聲光等方式報警。圖2.2方案一大體設(shè)計圖方案2方案2與方案1的不同之處是在方案2中用數(shù)字紅外傳感器代替了方案1中的模擬紅外溫度傳感器，由于在方案2中的數(shù)字紅外修改器里面集成得有濾波電路放大電路和a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，所以使用數(shù)字紅外傳感器后就可以直接把數(shù)字紅外傳感器探測到的體溫信號以數(shù)字信號的新式發(fā)送給單片機撿東西處理。單片機處理完由數(shù)字紅外傳感器發(fā)來的數(shù)字信號后用兩種方式來給人們傳達體溫信息，第一是以液晶顯示的方式傳達。第二是以語言播報的方式傳達，讓人在不方便看液晶顯示的時候也能通過聲音的方式來獲得體溫信息，給人們帶來了很大的方便。方案等的設(shè)計如下圖2.3所示圖2.3方案設(shè)計框圖在方案一中使用的模擬傳感器的價格要比方案二中使用的數(shù)字紅外傳感器的價格要低，但由于數(shù)字紅外傳感器里面集成了濾波電路，放大電路和a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換，所以在方案二中就可以節(jié)省掉方案一中的放大電路和a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。又由于方案一中獨立的放大電路需要使用雙電源來供電，這對于電池的要求和電量的消耗就大大提升了。同時也讓電路變得更加復制，還有就是方案二相比方案一在軟件設(shè)計方面也會更加的簡單，因為在方案一中要設(shè)計濾波處理，黑體校定和溫度校線性擬合等。所以最終設(shè)計下來方案二在集成度，設(shè)計成本，開發(fā)時間等方向上都將遠勝于方案一。2.3主要器件的對比選擇2.3.1紅外測溫傳感器經(jīng)過查找相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)MLX90614ACA型號的紅外數(shù)據(jù)傳感器和TN9系列的紅外數(shù)據(jù)測溫傳感器比較符合我們的要求。這兩種紅外測溫傳感器都解決了傳統(tǒng)測溫需要接觸的工作方式，TN9紅外測溫模傳感器和MLX90614系列模塊的紅外測溫傳感器的響應速度都很快，測量的精度也相當?shù)母撸ㄕ`差為正負0.6℃和正負0.5℃）和測量范圍（-33~200℃和-70~380℃）都遠遠滿足了我們的需求。但TN9紅外測溫傳感器它由于需要復雜的外圍電路兒導致容易出現(xiàn)問題和大大降低了產(chǎn)品的可靠性，在使用過程中很容易出現(xiàn)問題。而MLX90614模塊集成了MLX81101傳感器和MLX90302d的集成芯片，MLX81101傳感器和MLX90302d集成芯片都是由邁來芯公司開發(fā)的優(yōu)質(zhì)芯片，對于處理紅外傳感器輸出信號具有強大的能力。MLX90614系列的紅外測溫模塊的熱電偶負責測量熱量，通過17位的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換和低噪音放大器的信號處理，將弱小的溫度信號數(shù)字化。并且MLX81101紅外測溫傳感器很好的彌補了TN9在外圍電路復雜容易導致問題出現(xiàn)的問題，調(diào)試難和可靠性不高的問題。所以綜上所述，選擇MLX90614才是明智的選擇，不僅選擇MLX90614能很好的滿足我們的需求，而且也能大大的降低我們的成本。2.3.2單片機控制單元在主芯片的選擇上我們主要考慮的是AT89S51單片機和AT89C51單片機，AT89C51是著名ATMEL公司的，AT89S51則是其他公司的。這兩款相片都具有4KB的存儲器，并且都是可編程和擦除的高性能閃存存儲器。AT89C51是一款非常受嵌入式控制系統(tǒng)喜愛的一種芯片，因為AT89C51集成了多功能的8位處理器和高性能存儲器在一同個單片機上。而AT89S51則是能和80C51系統(tǒng)非常兼容并且能為大多嵌入式系統(tǒng)用戶提供多種多樣的低價配置方案，其性價比也非常的高，多所以也備受喜愛。兩者的主要區(qū)別在于:表2.2芯片區(qū)別對照表但是，考慮到針腳的功能、使用壽命和抗干擾性，最終將使用AT89S51微控制器。2.4最終方案確定根據(jù)上面的分析，我們最后選擇了方案二。第一我們使用5v的電源為各個器件提供一個穩(wěn)定的電壓，保證每個器件都能正常工作。第二我們用MLX90614紅外測溫傳感器來檢測人體的溫度，并把人體溫度信號經(jīng)過MLX90614里集成得信號放大電路，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和濾波電路的處理把溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號發(fā)送給單片機。第三，當AT89S51單片機來接收MLX90614發(fā)來的溫度數(shù)字信號的同時并做最終的分析處理計算，并將處理好的溫度信號用LCD12864液晶顯示器來顯示，其中包含人的體溫，人數(shù)等數(shù)據(jù)。最后使用蜂鳴器來對異常溫度做報警。硬件電路設(shè)計本設(shè)計以單片機作為核心，將所有的部分分成七個大模塊。而單片機作為各個模塊的之間的樞紐將各個模塊緊密聯(lián)系在一起所以第一大模塊便是單片機工作處理的模塊。而紅外數(shù)字測溫傳感器在這個設(shè)計中取值至關(guān)重要的作用，可以說沒有它整個設(shè)計將無法進行，所以第二大模塊便是紅外測溫模塊。第三是顯示模塊，液晶顯示能把人的體溫數(shù)據(jù)實時顯示出來，有著非常重要的作用。接下來是語言模塊，和報警模塊，最后是串口和電源模塊。這樣將整個設(shè)計模塊化進行，能把整個復雜的電路簡單化，正是應用了大而化小，小二化無的思想。讓每一步的設(shè)計都變得清晰簡明。所以本章將以這種方式詳細介紹每一個模塊的設(shè)計與分析。3.1單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計3.1.1最小系統(tǒng)電路本次設(shè)計的核心器件是單片機，最終發(fā)給液晶顯示和語音播報模塊我們才能真正得知溫度的集體情況。然而單片機在處理數(shù)據(jù)前必須還得有一定的運行環(huán)境和工作的空間，就如人必須一定的生活環(huán)境才能正常去上班工作一樣。單片機的這個工作條件我們把它叫做單片機最小系統(tǒng)，及單片機要想正常工作我們必須給他接一定的外部電路。這個電路如下圖3.1,其中這個電路必須含有時鐘電路，和復位電路。圖3.1單片機最小系統(tǒng)3.1.2晶振和復位電路晶振電路在單片機最小系統(tǒng)中起著非常重要的作用，就如人的心臟在每時每刻都給我們的身體輸送血夜一樣。且單片機要以晶振穩(wěn)定的評率作為它的工作速度使工作同步進行，就像一個同步時序電路。一般情況下石英晶體要和兩個補償?shù)碾娙輼?gòu)成能發(fā)出穩(wěn)定頻率脈沖信號的自激震蕩電路，自激震蕩電路要接在單片機的XTAL2和XTAL1端來為單片機提供工作信號的脈沖如下圖3.2。圖3.2晶振電路復位電電路主要是使系統(tǒng)恢復初始值，我們可以有兩種方法來使復位。方法一，接上有效電源后自動恢復初始狀態(tài)復位，它是通過電容的充放電源了來實現(xiàn)的。當接上電源以后由于電容的充電效應使得RST端的點位保持一樣，既高電平。按下復位鍵后，單片機恢復到初始狀態(tài)，松開后電容放電RST端口處的電壓逐漸恢復到低電平。另外一個方式是直接按復位按鈕，按下后RST電壓抬升，單片機復位。其原理圖如下圖所示。圖3.3復位電路3.2傳感器電路設(shè)計3.2.1MLX90614紅外測溫傳感器介紹MLX90614溫度傳感器里面由多個部分組成，一開始的是熱電堆把檢測到的溫度信號輸出到它里面所集成的高品質(zhì)音源模塊。另一方面，信號經(jīng)過高品質(zhì)音源模塊放大處理后經(jīng)過DC-AC的轉(zhuǎn)變再通過Low-passfilter進行濾波，最后才能將傳感器信號轉(zhuǎn)變成易于處理的數(shù)字信號。第三，處理過的信號將發(fā)送給數(shù)字脈沖寬度調(diào)制電路，最終以PWM的方式輸給單片機。圖3.4MLX90641內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖下面是MLX90614S的簡易引腳圖：圖3.5MLX90614S的簡易引腳圖表3.1MLX90614S引腳功能表3.2.2MLX90614傳感器電路我們需要為MLX90614加上兩個上拉電阻來避免漏級開路的問題，電路圖如下圖3.6。且我們只需將SCL/VZ和PWM/SDA口和單片機的P1.0和P1.1相接。即可通過這兩個I/O口完成相互之間的數(shù)據(jù)交換。圖3.6MLX90914傳感器電路3.3液晶顯示電路設(shè)計3.3.1LCD液晶顯示介紹在帶有漢字庫的LCD12864顯示電路單元模塊中，是一個四位/八位并行、雙線或三線串行多路光柵圖形顯示模塊，包含128×648192個漢字16*16和128個16*8ASCII字符集的國家一級和二級簡化字體標準庫。利用靈活的界面模式和簡單方便的描述本模塊的操作，它的使用電壓低因而功耗也非常的低能大大減低電源的工作負擔，且它完成圖形顯示的漢字是。與同類圖形矩陣液晶顯示器相比，用他來完成的顯示電流要相對比較簡單，還有就是成不也會下降很多，性價比比同類的顯示器高，下圖3.7是LCD12864引腳功能圖。圖3.7LCD128864芯片引腳表3.2LCD128864引腳功能表3.3.2LCD液晶顯示電路RW可以決定LCD12864的DB0~DB7的八位雙向數(shù)據(jù)總線的方向讀寫，因此可以和單片機的端口直接連接，且它的RB0到RB7的八個雙向端口還可以和單片機的P0.0~P0.7相連。但是因為單片機的P0口要想驅(qū)動NMOS和其他的負載時必須要接上一個上拉電阻來讓該點位高電平有效。如下圖3.8所示在他們的之間接了10k的上拉排阻。圖3.8LCD12864液晶顯示電路由于LCD12864液晶顯示器的對比度由VO端的電壓來決定，電壓也高對比度也高，電壓越低對比度越低。所我們可以通過一個20K左右電位器來調(diào)節(jié)VO端的電壓，從而避免了因為VO端接正電源時對比度太高而而產(chǎn)生隨影和VO端接地電源而導致模糊不清的情況。RS端可以接單片機的P2.7的端口，因此我們就可以通過編程來控制選擇的寄存器。RW端在高電平時可以直接對輸入進來時的信號進行讀數(shù)，且直接和單片機P2.6口相連。E使能端當電平由高轉(zhuǎn)低時執(zhí)行命令顯示出數(shù)據(jù)，它可以直接和單片機的P2.5的端口直接相接。BLK和BLA端口分別接地和接電源正極而點亮背光。3.4ISD4004語音電路設(shè)計3.4.1ISD4004語音芯片介紹ISD4004芯片的工作電壓比較低僅為3V，而且它在8分鐘~16分鐘的單次錄制的錄制時間和音質(zhì)都很符合我們的要求。它是通過微控制器來控制的，它的串行接口能送入我們的操作命令，它采樣CMOS技術(shù)，擁有強大的功能里面集成得有振蕩器，濾波器，放大器，等。除此之外它還使用了多點屏直接模擬存儲技術(shù)，因此它能避免量化噪音和和“金屬聲”。它采用的評率也非常的多，可以選擇4.0,5.3,6.4KHz不止，但是它雖然在低頻率的時候錄音會比較長，可音質(zhì)會相對變得比較差。還有就是他的斷點數(shù)據(jù)保持時間很長可以達到100之久，錄音次數(shù)更是能達到10萬次之多。下面3.9是它的芯片引腳圖。圖3.9ISD4004芯片引腳圖表3.3ISD4004引腳功能表3.4.2音頻功率放大器介紹LM386有很多的優(yōu)點如它的功耗非常低，電壓范圍還很大等。是美國nationalsemiconductorcorporation公司生產(chǎn)的音頻功率放大器為了最小化外圍組件，電壓增益嵌入20。通過在接點1和接點8之間添加額外的電阻和電容器，電電壓的增益就可以根據(jù)我們需要調(diào)整到任意的值但最高為200，輸入值可做為參考，輸出值自動轉(zhuǎn)換為一半的電源電壓。因為它是24mW的電源，6V電源的靜態(tài)功率讓它很適合用電池來為他供電。如圖3.10所示。針腳2是反向輸入，針腳3是相同相位的輸入，針腳5是輸出和負載的外部輸出電容器，針腳6和4分別是電源和地面，針腳1和8是電壓增益參考針腳，如果使用旁路電容器，針腳7和地面之間通常是10uf.圖3.10LM386低功耗放大器在使用這款芯片時我們應該注意它的電壓范圍有4~12V和5~18V，靜態(tài)電流和電壓的增益分別是4mA和20~200dB，LM386應用程序非常簡單，但在使用時我們也需要小心對待，尤其是在設(shè)備通電、斷電或運行穩(wěn)定的情況下，某些操作(如直接音頻插頭和旋轉(zhuǎn)音量調(diào)節(jié)按鈕)會產(chǎn)生短暫的影響，可能會在揚聲器中產(chǎn)生非常麻煩的噪音.3.4.3ISD4004語音電路在這里我們使用ISD4004作為主要的控控制芯片，通過使用單片機和按鍵開關(guān)的聯(lián)合操作控制，使用話筒接收語音的方式來進行錄音，和控制放音等等。在這里我們還需要用到LM386來進行音頻功率的放大，因為由芯片推動的聲音的音頻是非常小的。之后的聲音通過外置的揚聲器來進行輸出。如下圖3.11是音頻的輸入電路圖，3.12是輸出的電路圖。ISD4004芯片使您可以選擇信號的SS針，并將其連接到AT89S51宏處理器的I/0P2.2端口。程序命令生成有效的低級信號。串行數(shù)據(jù)塊的pin和MISO串行數(shù)據(jù)輸出的pin分別連接到P2.1和P2.0，串行接收和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息由程序指令控制，并被片內(nèi)移動寄存器鎖定。模擬和數(shù)字分別通過系統(tǒng)的線路，盡可能在電源附近連接，然后分別是通向ISD4004芯片的VSSA和VSSD引腳，去耦電容器也應盡可能接近芯片。在實際設(shè)計中，可以根據(jù)不同的情況預先錄制不同的聲音，其具體錄制方案如圖3.11所示，為ISD4004音頻輸入方案。寫電路主要由語音芯片ISD4004、錄音麥克風Mmk1和相所需的關(guān)外圍電路組成。音頻信號經(jīng)MK1變換換成電信號，在經(jīng)過電容C16、C21耦合后，由相同的模擬輸入IN加和反向模擬輸入ISD4004中的IN引腳提供，由ISD4004采樣并保存。模擬VCA電源和數(shù)字VCD電源分別連接到3.3V電源，連接到C13(0.1uF)和C14(22uF)濾波電容器，使電源供電更加穩(wěn)定。智能非接觸式體溫計的設(shè)計_學習資料共享網(wǎng)-《網(wǎng)頁》智能非接觸式體溫計的設(shè)計_學習資料共享網(wǎng)-《網(wǎng)頁》圖3.11ISD4004音頻輸入電路圖以上原理圖展現(xiàn)了語音模塊的接線方法。當連接音頻增益模塊時，應在1引腳和8引腳之間連接電容C24(1引腳到電容加極點)，以改變增益。選擇音量控制電位器時的電阻值不能太大，R20是最合適的10K值，太大會影響音質(zhì)。第七個支柱必須用電解電容器C26接地，以消除噪音。此外，錄像機控制開關(guān)，根據(jù)單片機的評估，需要一種狀態(tài)，即錄音、音頻、運行和停止4種狀態(tài)。具體電路圖詳見附錄A。圖3.12ISD4004的音頻輸出電路3.5、人口統(tǒng)計的硬件電路圖如圖3.15所示，主要由6n137光電、LM324電壓比較和部分外圍設(shè)備組成。光學耦合輸入是一致的邏輯傳輸，R7限制流量，LED的工作電流為不大于250微安，此時分為兩種情況：第一、當光敏二極管截止的時候，LED工作時電壓損失一般為1.5±0.3V，而工作電流一般不超過11±4.5毫安這個范圍；第二、當光敏二極管正常受光時，在電源為5V的情況下減去二極管處的壓損1.2V受到工作電流范圍的限制需要增加阻值為380Ω的限流電阻R7。如果沒有限流的電阻，仍可使用6n137，但LED的傳導電流較高，會對電源產(chǎn)生很大影響。尤其是數(shù)碼波形陡峭時，增減范圍非常廣，產(chǎn)生了相當大的峰值噪聲。峰值可能會達到100mV的最大值，在這么大的尖峰電流的沖擊下,A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器是無法工作的，所以我們希望R7大一點會比較好。R7時速5公里。6n137發(fā)射機連接到R6(1lm)電阻。DCR6負反饋有助于穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。集中電極與極化電壓加5V相連。輸出電平是用LM324操作放大器作為電壓比較器確定的。掃描一個人時，發(fā)射機6n137處于低電平。LM324電壓比較器的三個針腳位于較低的層次，兩個針腳位于較高的層次。比較后，pin輸出處于較低級別。LM324的pin1連接到MCU的pinp3.2(輸入中斷)。當檢測到測量溫度的人時，微控制器處理后會自動添加液晶屏。特定硬件電路如圖3.15所示。圖3.15人數(shù)統(tǒng)計電路圖3.6聲光報警電路設(shè)計圖3.16是聲光報警硬件連接圖。聲音報警聲音命令從微控制器PC3.7輸出，當紅外傳感器檢測到的人的溫度低于設(shè)定的最低值或高于設(shè)定的最高值時，單片機控制P3.7發(fā)送到低電平，U7蜂鳴器發(fā)出報警，相應的LED發(fā)光二極管也亮起。當P3.7輸出高時，開關(guān)晶體管Q1關(guān)斷。在圖中R19為晶體管基保護電阻，保護電阻R20，電阻為330時，保證LED工作在最好的狀態(tài)。圖3.16所示的特定硬件電路:圖3.16聲光報警電路3.7基于MAX232的RS-232串口電路設(shè)計串行通信通常是指我們使用的主機與外部設(shè)備、主機系統(tǒng)與主機系統(tǒng)之間進行傳輸串行數(shù)據(jù)交換。如果使用串行端口，則發(fā)送和接收的每個字符都以1或0位為單位進行傳輸。RS?232是計算機和通信行業(yè)最常用的串行接口。在低速串行通信中，它被定義為增加通信距離的單向標準。大學生論文聯(lián)合庫-《大學生論文聯(lián)合庫》-2017大學生論文聯(lián)合庫-《大學生論文聯(lián)合庫》-20173.7.1MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片介紹本次設(shè)計采用MaximIntegrated公司推出的一款高性能ups模塊，熱耗散較低，而且兼顧了RS-232多通道通信、具有信息接收功能的MAX232高集成化模塊。因為具有工作電壓4±1.5V彈性范圍廣，在零下二十九度到七十五度的范圍內(nèi)仍具有良好的性能。這個芯片的組成部分有一個電容穩(wěn)壓器，在TTL電壓供電的同時保證使EIA-232接口正常工作，使用它可以成功的實現(xiàn)3V-5V電壓之間的任意轉(zhuǎn)換。電壓反相器、TXD-RXD數(shù)據(jù)接口，增壓模塊MAX232構(gòu)成了一個完整的芯片。外部接口見下面圖示：圖3.17MAX232T1、T2兩個輸入引腳的接收電壓在0到5V之間，將外部的門電路信號通過這兩個接收引腳送到芯片內(nèi)部。R1、R2兩個輸出引腳的輸出電壓一般也在0到5V之間，其作用恰好與T1、T2輸入引腳相反，既用來將內(nèi)部產(chǎn)生的門電路信號送到與其相連的模塊。T1、T2兩個輸出引腳肩負著轉(zhuǎn)換信號的重任，其轉(zhuǎn)換質(zhì)量直接影響到通信接口，直接與TXD和RXD數(shù)據(jù)總線相連其電平一般為12V，R1、R2兩個輸入引腳的工作電壓為12V用于接收來自計算機輸出端的TTL信息。3.7.2MAX232串口電路在核心通信電路MAX232上搭建的TXD-RXD數(shù)據(jù)交換電路。由增壓器進行增壓，可以在C1的兩個端口加上一個1000pF的增壓電容，就可以進行電壓轉(zhuǎn)換了。在圖3-19所描述的電壓轉(zhuǎn)換模型中，在單片機的控制下，經(jīng)由MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片可以在5V電壓與12V電壓之間轉(zhuǎn)換。將MAX232上的TXD，RXD分別于計算機串口上的RXD，TXD相連，就可以實現(xiàn)單片機與電腦之間的交互了。其電路引腳具體的連接方法見下圖：圖3.18MAX232硬件電路圖3.8電源電路設(shè)計如圖3.19所示，是一種輸出電壓為+5V的穩(wěn)定電源電路，由電壓互感器TL、橋式整流電路D1、LM7805、降噪電容C5-C8等元器件連接而成。電源處將220V的工頻交流電通過變壓器T1降壓后通過四臂全橋整流橋整流，在經(jīng)過濾波電容后通過LM7805電壓穩(wěn)定器進行電壓穩(wěn)定，它的輸出電壓還不算是比較穩(wěn)定，在經(jīng)過電容整流濾波，通常是由于電源或負載電壓的變化。直流電壓通過C5和C7過濾，最終形成穩(wěn)定的且不會隨著220V交流電壓源變化的5V穩(wěn)壓源。其原理圖已經(jīng)在下面貼出：圖3.19220V轉(zhuǎn)5V電源電路在本款設(shè)計中的語音芯片需要3V3的電壓驅(qū)動，所以還需要對5V電壓進行降壓處理，將5V直流電壓降壓到3.3V以供語音芯片使用，在電路設(shè)計時，使用兩個1000pF的濾波電容進行濾波，其作用是過濾高頻噪聲，防止對語音芯片帶來干擾；47uF和100uF是主要過濾低頻波的濾波器電容器；AMS117是一種三端線性調(diào)節(jié)電路，其輸出電壓穩(wěn)定波動范圍小，帶負載能力強，可以用來驅(qū)動語音芯片。降壓電路圖見下圖：圖3.20直流5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，將復雜的軟件設(shè)計分為幾個相對簡單的部分分別加以解決，。由分散的獨立的系統(tǒng)，經(jīng)過一步一步的篩選與計算挑選出性價比最高的搭配方法，通過仿真模擬進行軟件的初步調(diào)試，在人性化的GUI界面我們可以方便的進行各項操作，LCD顯示實時溫度，智能語音提示當前溫度。由定時器擴展的萬年歷系統(tǒng)顯示實時時間年月日，自動生成當前溫度測量日志進行臨時儲存，以便進行隨時查看。它顯示日歷和當前時間，并用當前測得的溫度統(tǒng)計人數(shù)。如果測得的溫度超過上限或下限將產(chǎn)生警報。該報警器的工作方式如下：圖4.1主流程圖設(shè)計4.1紅外測溫模塊設(shè)計此紅此外測溫模塊可以進行多個并行通信，以地址操作數(shù)進行分工，默認操作數(shù)是5AH，使用單片機給紅外模塊進行地址分配，這樣利用操作數(shù)就可以精確的訪問指定的紅外模塊，其工作方式見下圖。當傳送8bit位時，它就會判斷對方是否有響應。如果有響應，會發(fā)送下一個字節(jié)。如果沒有響應，它會重新發(fā)送該字節(jié)幾次，直到有響應，然后再發(fā)送下一個字節(jié)。多次沒有回應，就結(jié)束了。。以8個bit位作為一個單元，在每個單元之間穿插著互動位，以便告知是否收發(fā)成功。a發(fā)送字節(jié)流程圖b接收字節(jié)流程圖圖4.2MLX90614數(shù)據(jù)流程圖MLX90614芯片儲存的溫度值是二進制的編碼，想要得到實際的攝氏溫度，還需要經(jīng)過以下轉(zhuǎn)換:T=(DH+DL)/50–T0是零攝氏度時的開爾文溫度(1)MLX90614讀取溫度的程序見附錄1；4.2顯示模塊設(shè)計我們通過寫入數(shù)據(jù)到DDRAM中來來對液晶顯示器進行編程，在編寫數(shù)據(jù)之前要向RAM中寫入0，目的是為了把RAM里的內(nèi)容清空和把左右的屏幕內(nèi)容去除。LCD1602液晶顯示模塊工作原理主要以0-1形式來完成的:（1）顯示開關(guān)控制代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0000111111D=1:顯示打開(DISPLAYON)，允許執(zhí)行各種查看操作。D=0:DISPLAYOFF(關(guān)閉)表示您無法在顯示器上執(zhí)行不同的顯示操作（2）設(shè)置顯示起始行(DISPLAYSTARTLINE)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0011A5A4A3A2A1A0此命令將RAM的行號設(shè)置為顯示在相應的液晶屏行上。通過定期更改初始顯示行，液晶屏可以獲得滾動屏幕的效果。(3)設(shè)置頁地址(SETPAGE“XADDRESS”)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0010111A2A1A0可讀取存儲單元總共有16*4行數(shù)據(jù)，分別顯示在8*8行的頁地址的存儲單元中，起始頁是A2末尾頁是A0，RST是復位信號，它可以清除一切可讀寫的數(shù)據(jù)單元以達到復位的效果，頁數(shù)據(jù)被復位為零，讀寫數(shù)據(jù)對地址沒有影響。(4）設(shè)置Y地址(SETYADDRESS)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式0001A5A4A3A2A1A0可讀取存儲單元中的數(shù)據(jù)讀取過程中以指針的形式進行，指針指向待讀取的數(shù)據(jù)單元進行讀取，讀取完成后移動至下一個待讀取的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會自動添加指向y地址的指針，以指向下一個DDRAM驅(qū)動器。(5）讀狀態(tài)(STATUSREAD)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式10BUSY0ON/OFFRET0000這個指令是用來查詢控制器的狀態(tài)在液晶顯示模塊。當R/W=1,D/I=0,在E信號“H”,國家的作用下分別輸出推出(DB7-DBO)相應的數(shù)據(jù)總線。每個參數(shù)的含義如下:BUSY等于1正在進行操作，等于0空閑ON/OFF等于1為顯示器打開，等于0為顯示器關(guān)閉RESET等于1內(nèi)部正在初始化(6)寫顯示數(shù)據(jù)(WRITEDISPLAYDATE)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式01D7D6D5D4D3D2D1D0DB0-DB7是傳感器的內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示格式，他可以儲存在LCD1602中的可讀寫存單元中，此單元是一個十六位的指令加點陣數(shù)據(jù)。執(zhí)行寫入語句后，會自動在y地址指針上添加1，在D7位上添加1，以指示顯示，0表示不顯示。在將數(shù)據(jù)寫入DDRAM之前，請運行“設(shè)置頁面地址”和“設(shè)置列地址”命令。(7）讀顯示數(shù)據(jù)(READDISPLAYDATE)代碼R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0形式11D7D6D5D4D3D2D1D0在讀取和寫入數(shù)據(jù)指令的每次讀取和寫入操作之后，列地址自動遞增1。需要注意的是，在讀取操作之前，必須有一個空白的讀取操作，接著將下一個位置的字符讀出。圖4-3為LCD1602的代碼塊功能，單片機先給LCD1602指令接口發(fā)送一個初始化bit位，接著進到LCD點陣操作代碼塊，在delay_40ms()函數(shù)執(zhí)行過后，LCD12864清零，然后寫入液晶屏數(shù)據(jù)。程序見附錄2.圖4.3LCD夜間顯示流程圖4.3語音模塊設(shè)計系統(tǒng)注冊使用ISD4004，分為8個部分并提供8條意見。如果想要讓系統(tǒng)播報個性化語音，可以為播報系統(tǒng)錄入語音，在操作界面，按下啟動按鈕直到錄制閃光燈閃光開始進入錄制模式。釋放RLN以停止錄制，再次按RN鍵、l鍵和power鍵以開始錄制第二段，依此類推，直到芯片退出為止，按stopchipreset插入聲音后，EXECUTE是LOOP按鈕，可以回放剛才錄制的內(nèi)容，旁邊的STOP按鈕為停止播報。在下圖可以看出，在按鈕按下之前系統(tǒng)始終在ISD默認值處，接著系統(tǒng)判斷按鍵是否為自動錄入，如果不是，則確定鍵是否已注冊或已放置。4.4ISD4004語音模塊流程圖ISD4004程序見附錄3.4.5人員數(shù)量統(tǒng)計模塊設(shè)計人員數(shù)量軟件流程圖4.6如下:分析人員數(shù)量的決定主要是硬件設(shè)計的組合，如果中斷服務器0較低，Cout會自動添加1，并將結(jié)果發(fā)送到液晶屏。圖4.6統(tǒng)計人數(shù)流程圖程序見附錄4.4.6聲光報警模塊設(shè)計在上面的流程圖中可以清楚地看出，以溫度作為警報器開啟的閾值，溫度低于閾值溫度計為正常工作模式，測量溫度超過設(shè)定值時開始報警圖4.7聲光報警流程圖程序見附錄54.7串行電路模塊設(shè)計如圖4.8所示，系統(tǒng)的主流程圖首先確定單片機接通后串行端口是否出現(xiàn)故障，然后發(fā)送中斷進行判斷。主要完成串口收發(fā)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換圖4.8MAX232通信系統(tǒng)流程圖程序見附錄7系統(tǒng)仿真和錯誤處理5.1基于MultisimMultisim是一款功能強大的仿真軟件，它可以與單片機及其系統(tǒng)進行簡單的仿真。并將結(jié)果顯示在屏幕上。在Multisim主要的操作界面上，其左上角的下拉菜單中有涵蓋了大部分的器件模型，選擇我們要進行仿真的模型拖到繪圖窗口，接著單擊引腳可以進行連線。圖5.1設(shè)備窗口圖我需要添加的模塊有以下幾個部分：測溫模塊，時鐘模塊，LCD1602液晶顯示模塊，單刀單執(zhí)撥動開關(guān)，12.15956MHZ振和各個阻值不同的電阻元器件。然后再次單擊列表區(qū)域中的設(shè)備，單擊左鍵，將它們放在繪圖區(qū)域中，右鍵單擊，然后編輯其屬性并連接。然后是指向鼠標的指針。單擊鼠標左鍵以繪制該行。您需要用點擊鍵打開它，當繪制好圖以后右鍵選擇退出繪制。工具欄有接地符號和電源符號，點擊進行放置。接著在操作