基于單片機(jī)控制的非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u30197基于單片機(jī)控制的非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16446引言 230708第1章緒論 256321.1研究背景和意義 245351.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3200171.3研究任務(wù) 3139051.4章節(jié)安排 3245651.5本章小結(jié) 319696第2章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 4226522.1系統(tǒng)總體方案 4199202.2硬件功能模塊 4142352.2.1功能按鍵模塊 4101982.2.2紅外測(cè)溫模塊 4280282.2.3報(bào)警模塊 4153522.2.4顯示模塊 527942.3軟件模塊設(shè)計(jì) 5258132.3.1報(bào)警子程序 5248312.3.2顯示子程序 5297452.3.3按鍵子程序 5294982.3.4紅外測(cè)溫子程序 674742.4本章小結(jié) 630534第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7147273.1硬件總體方案 7143303.2單片機(jī)系統(tǒng) 722863.3LCD1602液晶屏 975153.4紅外溫度傳感器 9178353.5按鍵電路 10270443.6電源電路 10322373.7報(bào)警電路 11316533.8晶振電路 11248903.9復(fù)位電路 12104803.10本章小結(jié) 1227223第4章軟件程序設(shè)計(jì) 1358174.1主程序設(shè)計(jì) 13208024.2紅外測(cè)溫子程序 14282334.3液晶顯示子程序 15200314.4報(bào)警子程序 16292994.5按鍵模塊子程序 16158754.6本章小結(jié) 1725981第5章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試 18308505.1硬件電路調(diào)試 18274625.1.1排除元器件失效 18304505.1.2焊接與組裝 18127285.1.3系統(tǒng)的PCB圖 1928025.2軟件測(cè)試 20148005.3本章小結(jié) 2114340第六章結(jié)論 22116996.1結(jié)論 2224846.2展望 22引言非接觸式紅外傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中能實(shí)現(xiàn)更加便捷、高效、準(zhǔn)確、安全的功能。無(wú)論是現(xiàn)在還尚未完全解決的新冠病毒還是過(guò)去那些傳染性病毒，其傳染性以及傳播速度真是令人生畏，因此我們十分牽掛那些為了我們而奔波在一線的工作人員的安全問(wèn)題。當(dāng)感染這些病毒時(shí)，人們首先都會(huì)出現(xiàn)發(fā)燒的反應(yīng)，如果能從測(cè)量溫度這一環(huán)節(jié)就與病毒保持一定的安全距離，就能使一線工作人員盡最大可能避免感染的風(fēng)險(xiǎn)，也能更及時(shí)做好隔離措施，去救援那些感染的患者，減少大規(guī)模傳播，因此非接觸式紅外傳感器的應(yīng)用在當(dāng)前所處的還未完全解除安全隱患的環(huán)境中是十分必要的。紅外測(cè)溫除了應(yīng)用于一線之外，在平時(shí)生活中也比較常見(jiàn)，它能更好的彌補(bǔ)傳統(tǒng)溫度計(jì)的不足，比起其他溫度傳感器，紅外測(cè)溫具有溫度測(cè)量范圍廣，數(shù)據(jù)采集快，并且不需要接觸就可以進(jìn)行檢查，并且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，非常方便。因此，利用紅外傳感器測(cè)溫一定是一個(gè)非常利國(guó)利民的選擇。非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。硬件部分設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心，四個(gè)功能模塊共同組成。整個(gè)工作流程簡(jiǎn)單明了，便于操作。緒論本章將介紹非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的相關(guān)研究背景和意義，國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)。1.1研究背景和意義當(dāng)前世界正在面臨嚴(yán)重的疫情困擾，防控疫情第一步，要對(duì)每個(gè)人的體溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。學(xué)校的學(xué)生們都要一日三檢上報(bào)，進(jìn)出公共場(chǎng)所也需要體溫檢測(cè)。由于測(cè)量溫度是十分重要的步驟，所以測(cè)溫的工具是不可缺少的。隨著世界科技的不斷進(jìn)步，我們?cè)跍y(cè)溫領(lǐng)域的工具也在不斷地更新，從早年間的水銀溫度計(jì)測(cè)量溫度到電子溫度計(jì)測(cè)量溫度，一直在不斷地進(jìn)步。而非接觸式紅外溫度計(jì)能彌補(bǔ)傳統(tǒng)溫度計(jì)的不足，更加準(zhǔn)確，方便，快捷。相比于傳統(tǒng)溫度計(jì)，非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的反應(yīng)速度更快，使用起來(lái)更加安全，使用年限也比一般溫度計(jì)要長(zhǎng)REF_Ref19262\r\h[1]。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀早年，紅外輻射和溫度的關(guān)系被英國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，為非接觸式紅外測(cè)溫儀器奠定了基礎(chǔ)。1988年，重達(dá)7公斤的紅外測(cè)溫儀研制成功。這是世界上第一臺(tái)紅外測(cè)溫儀。但是由于當(dāng)時(shí)條件所限，它的精度只能在幾度左右。隨著科技的發(fā)展，紅外溫度計(jì)的設(shè)計(jì)也在不斷進(jìn)步。最初的7公斤重的大型紅外測(cè)溫儀設(shè)計(jì)不斷小型化，精度也逐漸提高REF_Ref19406\r\h[2]。目前，紅外測(cè)溫儀應(yīng)用在醫(yī)療、工業(yè)、家庭等領(lǐng)域，設(shè)計(jì)方案日漸成熟。紅外測(cè)溫比較常用的兩種方式：（1）紅外熱成像篩檢儀，通常在面積比較大的區(qū)域使用。（2）紅外體溫計(jì)，可以對(duì)人員進(jìn)行依次測(cè)溫。比起其他傳統(tǒng)的溫度計(jì)，紅外溫度計(jì)更加便捷，快速，且非接觸，盡可能避免病毒感染，在未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)更加廣泛地運(yùn)用。1.3研究任務(wù)本課題主要研究的內(nèi)容是非接觸式紅外測(cè)溫裝置的硬件組成以及軟件設(shè)計(jì)編程等。通過(guò)此次設(shè)計(jì)可以降低一線工作人員的感染幾率，保證工作人員的安全。本文希望實(shí)現(xiàn)的研究目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸紅外測(cè)溫，即通過(guò)紅外傳感器GY906將信號(hào)傳給單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后在液晶屏幕顯示溫度。在編寫程序時(shí)，設(shè)定自由設(shè)置溫度范圍，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)置范圍時(shí)，報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警。在研究時(shí)需要考慮到以下問(wèn)題:(1)控制核心芯片的選擇?？刂坪诵氖钦麄€(gè)電路的關(guān)鍵，因此一定要認(rèn)真把關(guān)。(2)顯示器的選擇，這關(guān)系到在實(shí)際應(yīng)用中人們真實(shí)的人機(jī)體驗(yàn)，這也是設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán)。(3)元器件的價(jià)格，若要做到廣泛應(yīng)用，元器件的價(jià)格是必不可少的考慮范圍。(4)軟件的編程難易程度，只有程序完整無(wú)錯(cuò)，整個(gè)系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。1.4章節(jié)安排接下來(lái)第二章將介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，第三章具體介紹硬件模塊系統(tǒng)組成，第四章具體介紹軟件功能模塊，第五章將介紹非接觸紅外系統(tǒng)的測(cè)試與調(diào)試，第六章介紹紅外系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論以及展望。1.5本章小結(jié)本章主要介紹了非接觸式紅外測(cè)溫裝置的背景，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要研究任務(wù)以及接下來(lái)的章節(jié)安排。

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體方案圖2.1系統(tǒng)總體框圖非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)部分，總體框圖如圖2.1所示。2.2硬件功能模塊硬件部分主要包括以下幾個(gè)部分：負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)溫度范圍值的按鍵模塊，負(fù)責(zé)測(cè)量溫度的紅外模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)溫度安全值的報(bào)警模塊，負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)溫度的液晶顯示模塊REF_Ref19700\r\h[3]。2.2.1功能按鍵模塊功能按鍵模塊可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按一次按鍵1進(jìn)入溫度設(shè)置，然后按鍵2調(diào)整溫度增加，按鍵3調(diào)整溫度降低。按2次按鍵1開(kāi)始進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，根據(jù)單片機(jī)的容量設(shè)定，一共可以存儲(chǔ)六組數(shù)據(jù)。2.2.2紅外測(cè)溫模塊紅外模塊是由型號(hào)為GY906的紅外傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，將紅外測(cè)溫傳感器對(duì)準(zhǔn)需要測(cè)溫的物體，然后按下對(duì)應(yīng)的功能按鍵，紅外模塊就會(huì)開(kāi)始測(cè)溫,所測(cè)的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理得出有效部分后，傳送至液晶顯示屏顯示。2.2.3報(bào)警模塊當(dāng)紅外測(cè)溫傳感器測(cè)量出實(shí)時(shí)溫度后，觀察所測(cè)量的溫度值。當(dāng)所測(cè)溫度高于或低于系統(tǒng)設(shè)定的溫度范圍時(shí)，繼電器閉合，指示燈紅燈亮起，蜂鳴器報(bào)警。2.2.4顯示模塊當(dāng)紅外溫度傳感器測(cè)量溫度后，將溫度數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將測(cè)得的數(shù)據(jù)處理得出有效數(shù)據(jù)后，將處理好的有效數(shù)據(jù)傳送至液晶屏顯示。由于液晶顯示屏能顯示兩行數(shù)據(jù)，設(shè)置溫度顯示在顯示屏的第一行。2.3軟件模塊設(shè)計(jì)2.3.1報(bào)警子程序在報(bào)警模塊編寫程序，自行設(shè)定溫度值的范圍，當(dāng)紅外模塊溫度測(cè)量完成后，單片機(jī)將對(duì)比測(cè)量的數(shù)據(jù)與設(shè)定范圍值的大小REF_Ref19896\r\h[4]。當(dāng)溫度高于紅外系統(tǒng)設(shè)置的溫度范圍值時(shí)，指示紅燈常亮，報(bào)警模塊開(kāi)始報(bào)警。2.3.2顯示子程序根據(jù)液晶顯示屏的內(nèi)部地址進(jìn)行程序書寫，使溫度在顯示模塊指定的位置顯示。根據(jù)單片機(jī)的存儲(chǔ)容量設(shè)定，顯示模塊可以存儲(chǔ)六組溫度數(shù)據(jù)，在斷電后也可以再次查看存儲(chǔ)的6組數(shù)據(jù)，當(dāng)重新存儲(chǔ)新的6組數(shù)據(jù)后，原數(shù)據(jù)將會(huì)更新。2.3.3按鍵子程序不同的按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能。按鍵1按一下進(jìn)入溫度的設(shè)定功能，按鍵2為增加設(shè)定溫度值，按鍵3為減小設(shè)定溫度值。按鍵1按兩下開(kāi)始存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)單片機(jī)的存儲(chǔ)容量設(shè)定，一共可存儲(chǔ)6組數(shù)據(jù)。2.3.4紅外測(cè)溫子程序系統(tǒng)采用型號(hào)為GY906的紅外傳感器。首先，給系統(tǒng)上電，啟動(dòng)紅外傳感器，紅外傳感器采集到實(shí)時(shí)溫度后，將溫度信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，隨后將有效數(shù)據(jù)傳送給液晶顯示屏。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了非接觸紅外系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中，硬件的功能按鍵模塊負(fù)責(zé)溫度上下限以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)置。紅外測(cè)溫模塊負(fù)責(zé)測(cè)量被測(cè)物體的溫度，將測(cè)量出的溫度信號(hào)傳遞給單片機(jī)。報(bào)警模塊負(fù)責(zé)當(dāng)檢測(cè)到溫度值不在正常范圍內(nèi)時(shí)報(bào)警。顯示模塊負(fù)責(zé)接收單片機(jī)傳送來(lái)的溫度數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。軟件模塊負(fù)責(zé)各功能模塊的程序編寫。

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1硬件總體方案本設(shè)計(jì)的硬件部分是以51類型單片機(jī)為核心，由LED指示燈、一個(gè)電源電路、一個(gè)負(fù)責(zé)測(cè)溫的紅外模塊、一個(gè)報(bào)警電路、顯示實(shí)時(shí)溫度的液晶電路和一個(gè)按鍵電路共同組成。系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3.1所示。報(bào)警電路紅外測(cè)溫模塊電源電路按鍵模塊LED指示燈晶振電路STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)LCD1602液晶顯示器報(bào)警電路紅外測(cè)溫模塊電源電路按鍵模塊LED指示燈晶振電路STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)LCD1602液晶顯示器圖3.1硬件系統(tǒng)整體框圖3.2單片機(jī)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的核心是采用51單片機(jī)系列的STM89C52型號(hào)的單片機(jī)，這是經(jīng)過(guò)多方面考慮之后確定的選擇，這些考慮包括價(jià)格，編程難易程度、實(shí)用性等。STM89C52單片機(jī)的組成與微機(jī)相似，其中包含I/O接口、CPU等與電腦相同的元件，但是它沒(méi)有微機(jī)的性能強(qiáng)大，畢竟價(jià)格上有很大的區(qū)別。51單片機(jī)在價(jià)格、輕便等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。其封裝如圖3.2所示。圖3.2STC89C52封裝圖紅外測(cè)溫系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要單片機(jī)將各個(gè)功能模塊連接起來(lái)，各個(gè)引腳的分配也需要一定的考量。在本次設(shè)計(jì)的電路中，將1、2號(hào)引腳作為液晶屏的控制信號(hào)連接起來(lái)，3、4、5號(hào)引腳連接LED燈，21、22、23號(hào)引腳與紅外測(cè)溫模塊相連，12、13、14、15號(hào)引腳連接四個(gè)功能鍵，單片機(jī)外圍電路如圖3.3所示。圖3.3單片機(jī)外圍電路3.3LCD1602液晶屏此處選擇LCD1602是因?yàn)橄啾扔诹硪粋€(gè)選擇LED來(lái)說(shuō)，它的引腳更少，電路相比之下比較簡(jiǎn)單，實(shí)物也比較容易觀看。液晶顯示屏相比于LED的優(yōu)勢(shì)是它既可以顯示數(shù)字也可以顯示字母。所以綜合來(lái)看LCD液晶屏更滿足設(shè)計(jì)要求。其電路連接如圖3.4所示。圖3.4LCD1602連接圖液晶顯示屏內(nèi)部系統(tǒng)可滿足顯示兩行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)規(guī)定液晶屏每行最多可以顯示32個(gè)英文和16個(gè)漢字字符。但是他也有一定的缺點(diǎn)，就是不能精確地顯示漢字字符，因?yàn)長(zhǎng)CD1602是由點(diǎn)陣顯示字符的，而漢字較為復(fù)雜，當(dāng)顯示漢字時(shí)，其分辨率有點(diǎn)低，顯示效果不太好。LED對(duì)于顯示的字?jǐn)?shù)是有限制的。但是相比于LED來(lái)說(shuō)，功能更加符合設(shè)計(jì)要求?？梢酝ㄟ^(guò)改變5K歐姆的滑動(dòng)變阻器來(lái)改變顯示器的對(duì)比度。LCD1602的引腳分別代表有不同的功能REF_Ref23262\r\h[7]。3.4紅外溫度傳感器此模塊的工作流程比較簡(jiǎn)單，即給系統(tǒng)上電，在測(cè)溫的時(shí)候，將紅外測(cè)溫裝置對(duì)準(zhǔn)需要測(cè)溫的物體，然后按下對(duì)應(yīng)的功能按鍵，紅外模塊就會(huì)開(kāi)始測(cè)溫。這里的原理是：通過(guò)單片機(jī)傳遞一個(gè)高電平給引腳測(cè)試端，隨即啟動(dòng)紅外測(cè)溫模塊。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)要讀出有效值，需要從時(shí)鐘的下降沿開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。單片機(jī)一共讀取五個(gè)字節(jié)，讀取的數(shù)據(jù)首字節(jié)應(yīng)為4CH,同時(shí)第五個(gè)字節(jié)應(yīng)為0DH，否則為無(wú)效數(shù)據(jù)REF_Ref20637\r\h[5]。當(dāng)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，單片機(jī)會(huì)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后將溫度信號(hào)傳送液晶顯示屏。紅外模塊電路如圖3.5所示。圖3.5GY906紅外模塊電路圖選擇本紅外模塊的原因，是因?yàn)樗啾扔谄渌t外模塊更加簡(jiǎn)便，紅外模塊內(nèi)部有溫度補(bǔ)償電路可使其使用壽命更長(zhǎng)，并且只需要3V電壓就可以工作，整個(gè)系統(tǒng)更加的簡(jiǎn)易R(shí)EF_Ref29459\r\h[6]。3.5按鍵電路為了滿足設(shè)計(jì)電路，本系統(tǒng)使用了四個(gè)按鍵，每個(gè)功能按鍵對(duì)應(yīng)于不同的功能，電路如圖3.6所示。圖3.6系統(tǒng)按鍵電路原理圖它們都采用獨(dú)立的按鍵模塊。每個(gè)按鍵都采用獨(dú)立式鍵盤的形式，它的功能實(shí)現(xiàn)需要利用動(dòng)態(tài)掃描的形式完成。與其它鍵盤相比，本次設(shè)計(jì)使用的鍵盤屬于常開(kāi)型開(kāi)關(guān)。這個(gè)開(kāi)關(guān)只有在人工按下時(shí)會(huì)閉合，一般情況下處于斷開(kāi)狀態(tài)。獨(dú)立的按鍵程序編寫起來(lái)比較容易。四個(gè)按鍵的功能分別如下：S3：調(diào)整功能。按下后進(jìn)入上下限的調(diào)整狀態(tài)。S4：按下后實(shí)行上限或者下限的“加”功能。S5：按下后實(shí)行上限或者下限的“減”功能。S6：在加減調(diào)整完畢后按下的“確認(rèn)鍵”。3.6電源電路系統(tǒng)的電源電路如圖3.7所示。圖3.7電源電路本系統(tǒng)使用電壓為5V的電源，其中二極管的功能是作為電源指示燈。圖中C4、C5兩個(gè)電容起濾波作用，使系統(tǒng)的供電更加穩(wěn)定。電源電路是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前來(lái)說(shuō)，有許多種供電方式。此處選擇用USB供電，這是因?yàn)閁SB供電會(huì)使整個(gè)硬件部分的流程簡(jiǎn)化REF_Ref23262\r\h[7]。3.7報(bào)警電路報(bào)警電路的原理圖如圖3.8所示。圖3.8報(bào)警電路原理圖報(bào)警電路中的220Ω的電阻實(shí)際上是保護(hù)電路的限流電阻，目的是防止電流過(guò)大損壞電路導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作。圖中的Q1相當(dāng)于一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，可以控制蜂鳴器是否發(fā)出警報(bào)的功能。當(dāng)FM給定一個(gè)高平信號(hào)時(shí)，Q1導(dǎo)通，蜂鳴器與電源相接，蜂鳴器上電鳴響；當(dāng)FM給定一個(gè)低頻信號(hào)時(shí)，Q1斷開(kāi)，蜂鳴器無(wú)法上電，不工作即不發(fā)出警報(bào)。3.8晶振電路晶振電路是本設(shè)計(jì)電路中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其主要負(fù)責(zé)部分是提供時(shí)鐘信號(hào)，給單片機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的節(jié)拍。C2、C3是30pF的負(fù)載電容。它會(huì)影響到晶振的輸出幅度、溫度的穩(wěn)定程度等。它也能使諧振幅度更加穩(wěn)定。由于單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)有反相放大器。它是作為系統(tǒng)的內(nèi)部振蕩器存在的，因此不需要再外接晶振。晶振電路如圖3.9所示REF_Ref471\r\h[8]。圖3.9晶振電路3.9復(fù)位電路復(fù)位電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起很大的作用。當(dāng)系統(tǒng)連接一個(gè)3~5V的電源時(shí)，就會(huì)傳遞給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)電源穩(wěn)定下來(lái)時(shí)，會(huì)自動(dòng)撤下這個(gè)信號(hào)。但是一般情況下會(huì)給這個(gè)信號(hào)一個(gè)延時(shí)，防止再打開(kāi)電源時(shí)抖動(dòng)導(dǎo)致的信號(hào)不穩(wěn)定。單片機(jī)通過(guò)REST引腳接入復(fù)位信號(hào)。系統(tǒng)的復(fù)位是通過(guò)給REST引腳傳遞一個(gè)高電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)要求為連續(xù)兩個(gè)周期。當(dāng)CPU接收到信號(hào)后便會(huì)立即響應(yīng)，隨即將信號(hào)復(fù)位。手動(dòng)按鍵復(fù)位需要加入人工的操作。但相比而言，這種人工操作方法比較簡(jiǎn)單。若要實(shí)現(xiàn)復(fù)位，給定REST引腳一個(gè)高電平即可實(shí)現(xiàn)。給它接入+VCC，并且在引腳和正電源之間接一個(gè)開(kāi)關(guān)按鍵即可完成手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)按下功能按鍵時(shí)，相當(dāng)于復(fù)位引腳接入了一個(gè)高電平，即接入了正電源。當(dāng)兩者連接完成即可完成復(fù)位。由于信號(hào)傳輸時(shí)有延時(shí)，當(dāng)按下按鍵時(shí)，正電源需要一定的時(shí)間才能與復(fù)位引腳相連，同時(shí)，復(fù)位系統(tǒng)也需要持續(xù)兩個(gè)周期的時(shí)鐘信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。如此兩個(gè)時(shí)鐘周期正好吻合，滿足設(shè)計(jì)要求。復(fù)位電路如圖3.10所示REF_Ref716\r\h[9]。圖3.10復(fù)位電路3.10本章小結(jié)本章主要具體介紹了非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，其中包括核心單片機(jī)、一個(gè)液晶顯示模塊、一個(gè)負(fù)責(zé)測(cè)量溫度的紅外傳感器模塊、以及各個(gè)電路共同組成。電路包含按鍵電路、電源電路、報(bào)警電路晶振電路，復(fù)位電路。

第4章軟件程序設(shè)計(jì)本章將具體介紹非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。軟件設(shè)計(jì)總流程如圖4.1所示。圖4.1軟件設(shè)計(jì)總流程4.1主程序設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)可以說(shuō)是本系統(tǒng)的核心，它能使各功能模塊連接起來(lái)，完整成為一個(gè)系統(tǒng)。軟件部分是在Keil開(kāi)發(fā)環(huán)境中編寫程序。相比于其他的開(kāi)發(fā)軟件，Keil整體的開(kāi)發(fā)環(huán)境更加理想，且資源豐富REF_Ref1264\n\h[10]。它生成出的匯編代碼比較容易理解，在大型項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)上也是更加理想的選擇。系統(tǒng)采用對(duì)應(yīng)模塊分別編寫的方法，即把整個(gè)系統(tǒng)分為不同功能模塊編寫程序，最后將各部分的程序整合成為一個(gè)完整的系統(tǒng)程序。此方法可以使軟件設(shè)計(jì)部分更加簡(jiǎn)潔明了。當(dāng)系統(tǒng)某功能模塊出現(xiàn)問(wèn)題，排除硬件問(wèn)題后，可以迅速查找到其對(duì)應(yīng)的軟件程序進(jìn)行排查。軟件模塊主要分為兩個(gè)子模塊進(jìn)行編寫：紅外測(cè)溫模塊和液晶顯示模塊。主程序的運(yùn)行過(guò)程，首先給系統(tǒng)上電。隨后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行初始化，當(dāng)各個(gè)功能模塊初始化完成后開(kāi)始進(jìn)入正式程序。系統(tǒng)首先進(jìn)行按鍵掃描，觀察是否有按鍵按下。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，就按照該按鍵所設(shè)定的功能指令繼續(xù)操作。本設(shè)計(jì)中，功能按鍵可以設(shè)定溫度范圍以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。若掃描到?jīng)]有按鍵按下，可以用紅外傳感器直接測(cè)量被測(cè)物體的溫度，隨后顯示在液晶顯示屏上。另外，系統(tǒng)會(huì)檢查所測(cè)量的溫度值。若該值超出了所設(shè)定的范圍，蜂鳴器會(huì)報(bào)警，同時(shí)伴隨指示紅燈常亮REF_Ref1388\n\h[11]。主程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2總體流程圖4.2紅外測(cè)溫子程序紅外測(cè)溫模塊的流程有一定的難度。首先需要給單片機(jī)系統(tǒng)上電，使整個(gè)系統(tǒng)初始化。當(dāng)各功能模塊初始化均完成后，需要判斷是否有功能按鍵0按下，若沒(méi)有，即可直接結(jié)束紅外模塊程序。若有，則需要再次判斷所讀取數(shù)據(jù)的首字節(jié)是否為4CH（或66H），若是，就繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)溫度數(shù)據(jù)的處理，將處理完成的數(shù)據(jù)送往液晶顯示屏顯示，最后關(guān)閉紅外模塊。若不是，則繼續(xù)按下功能按鍵0，知道找到滿足要求的有效數(shù)據(jù)。這樣做是因?yàn)閱纹瑱C(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，每次讀取5個(gè)字節(jié)，只有當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字節(jié)和最后一個(gè)字節(jié)同時(shí)滿足讀取要求時(shí)，才會(huì)被系統(tǒng)認(rèn)定為有效數(shù)據(jù)，否則單片機(jī)將一直讀取下去。該模塊的子程序流程如圖4.3所示REF_Ref1477\n\h[12]。圖4.3紅外測(cè)溫子程序流程圖4.3液晶顯示子程序液晶顯示模塊的作用是當(dāng)紅外測(cè)量溫度后，可以在屏幕中顯示出所測(cè)量的溫度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏，需要遵循一定的協(xié)議，即讀寫通信協(xié)議。首先，需要將此模塊進(jìn)行初始化。液晶顯示模塊處理數(shù)據(jù)的速度和單片機(jī)相比有差距，因此為使液晶顯示屏正常顯示，需要在單片機(jī)程序編寫時(shí)加入延時(shí)程序。液晶屏LCD1602由上下兩行組成，首先根據(jù)液晶內(nèi)部地址，在相應(yīng)位置編寫第一行，然后再編寫第二行REF_Ref1983\n\h[13]。具體流程圖如圖4.4所示。圖4.4液晶顯示子程序流程圖4.4報(bào)警子程序報(bào)警模塊的作用是：當(dāng)檢測(cè)到的溫度超過(guò)或低于設(shè)定的溫度范圍時(shí)，繼電器閉合，報(bào)警器報(bào)警。這一部分的子程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只需與其他功能模塊的程序連接起來(lái)即可。4.5按鍵模塊子程序本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四個(gè)功能按鍵。設(shè)置的四個(gè)按鍵功能如下：S3：調(diào)整功能。按下后進(jìn)入上下限的調(diào)整狀態(tài)。S4：按下后實(shí)行上限或者下限的“加”功能。S5：按下后實(shí)行上限或者下限的“減”功能。S6：在加減調(diào)整完畢后按下的“確認(rèn)鍵”。在編寫按鍵程序的時(shí)候要注意編寫一個(gè)按鍵消抖程序，讓前沿抖動(dòng)消失后再檢測(cè)按鍵是否按下，隨后進(jìn)行程序處理。4.6本章小結(jié)本章主要具體介紹了系統(tǒng)的軟件子程序設(shè)計(jì)，包括負(fù)責(zé)測(cè)溫的紅外模塊子程序、負(fù)責(zé)顯示溫度的液晶模塊子程序、負(fù)責(zé)檢測(cè)溫度安全值的報(bào)警子程序以及可以調(diào)整溫度范圍值并且存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的按鍵模塊子程序的具體流程設(shè)計(jì)以及各部分的原理。

第5章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試系統(tǒng)的功能測(cè)試和驗(yàn)證主要分為硬件測(cè)試和軟件測(cè)試兩部分，本章將具體講述驗(yàn)證的方法。5.1硬件電路調(diào)試硬件部分功能測(cè)試也需要分為幾個(gè)不同的步驟。5.1.1排除元器件失效硬件電路就是由各種元器件組合而成的，因此每一個(gè)元器件的功能正常是硬件部分能正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。首先在購(gòu)買時(shí)要注意元器件的使用說(shuō)明，了解它所需的保存方式。一般情況下元器件失效會(huì)有以下情況：（1）元器件在使用前就已經(jīng)失效，可能是保存過(guò)程出現(xiàn)了問(wèn)題。（2）再焊接過(guò)程中破幻了它的完整性、連接失誤等導(dǎo)致失效。因此還需要注意它的連接條件，以免導(dǎo)致元器件的損壞。5.1.2焊接與組裝系統(tǒng)在焊接與組裝時(shí)需要注意如下事項(xiàng)：首先要保證在開(kāi)始焊接之前，元器件都是完好無(wú)損的。并且滿足設(shè)計(jì)的要求，要確定其有用性。要充分了解各元器件的屬性，正確區(qū)分元器件的正負(fù)極，以免在焊接時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。焊接時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響硬件部分的功能。要認(rèn)真檢查線路，保證各模塊線路之間的連接正確。一般情況下使用萬(wàn)用表對(duì)線路的通斷情況進(jìn)行檢查。5.1.3系統(tǒng)的PCB圖系統(tǒng)的PCB如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)的PCB圖5.2軟件測(cè)試整個(gè)軟件部分調(diào)試分為兩部分。（1）目標(biāo)程序糾錯(cuò)：這一部分主要是在編寫程序時(shí)完成的。一般來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)使用的軟件可以在編寫完程序進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，找出并改正程序中的錯(cuò)誤。比如格式的錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)移地址溢出等。因此需要在編寫程序時(shí)盡可能的仔細(xì)認(rèn)真。（2）整體程序調(diào)試：就是將各個(gè)子模塊的程序聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行整體的調(diào)試，觀察在程序啟動(dòng)后整個(gè)系統(tǒng)是否能完整運(yùn)行。在調(diào)試過(guò)程中如果系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，可以檢查一下各模塊之間的程序是否出現(xiàn)沖突，數(shù)據(jù)緩存方面是否存在問(wèn)題。當(dāng)查出問(wèn)題所在后再進(jìn)行調(diào)整即可完成軟件的整體程序調(diào)試。將需要測(cè)量溫度的物體放在紅外測(cè)溫裝置前進(jìn)行溫度測(cè)量。設(shè)定的溫度下限為10℃，上限為59℃。此時(shí)測(cè)量的溫度為25.69℃，在安全范圍內(nèi)，因此蜂鳴器無(wú)需報(bào)警，單片機(jī)正常處理后，在LCD1602上顯示。正常工作狀態(tài)如圖5.2所示。圖5.2正常工作狀態(tài)圖將溫度下