基于.-單片機(jī)的紅外溫度計設(shè)計

...wd......wd......wd...xxxxxxxxx大學(xué)學(xué)位論文基于單片機(jī)的紅外溫度計系統(tǒng)姓名：專業(yè)：學(xué)院：提交日期：2017年月日摘要隨著社會的進(jìn)步和開展，人們越來越重視身體安康，同時技術(shù)的進(jìn)步，各種現(xiàn)代化電子設(shè)備在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣，電子計算機(jī)也越來越普及，在醫(yī)療領(lǐng)域，溫度計應(yīng)用非常廣泛，但是傳統(tǒng)的溫度計讀數(shù)不準(zhǔn)，溫度示數(shù)讀取不方便，特別是一些老人，更是不能單獨使用傳統(tǒng)溫度計，針對這種情況，本課題設(shè)計研究了一款基于單片機(jī)的紅外溫度計。該系統(tǒng)的主要功能是通過紅外傳感器非接觸檢測人體溫度，根據(jù)軟件中對報警溫度的設(shè)置，檢測的溫度超過37度，蜂鳴器就會報警。系統(tǒng)的硬件組成局部主要包括單片機(jī)控制器，非接觸式TN901紅外測溫傳感器、lcd1602液晶顯示、蜂鳴器電路等局部。軟件局部是利用單片機(jī)C語言編程，C語言入門簡單，編程效率較高，方便移植，復(fù)用性良好，系統(tǒng)軟件編程均為函數(shù)化設(shè)計，方便了功能邏輯實現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)開場工作時，傳感器采集的信號傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)經(jīng)過處理后，將溫度信息顯示在液晶上。利用該系統(tǒng)能夠方便的檢測人體溫度，具有方便快捷的優(yōu)點，在電子設(shè)備迅速普及應(yīng)用的今天，該系統(tǒng)具有廣泛的實際應(yīng)用價值，在后期逐漸完善功能后，通過進(jìn)一步推廣，能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：紅外傳感器，單片機(jī)，蜂鳴器電路，液晶顯示ABSTRACT Withthesocialprogressanddevelopment,peoplepaymoreandmoreattentiontohealthatthesametime,theprogressoftechnology,modernelectronicequipmentusedinvariousfieldsmoreandmorewidely,computerismoreandmorewidelyusedinthemedicalfield,thethermometeriswidelyused,butthetraditionalthermometertemperatureallowed,showsthenumberofreadsisnotconvenient,especiallysometheoldmanisnotalone,theuseoftraditionalthermometer,inviewofthissituation,thedesignofaninfraredthermometerbasedonmcu.Themainfunctionofthesystemistodetectthehumanbodytemperaturebynon-contactinfraredsensor,accordingtothesettingofthealarmtemperatureinthesoftware,thedetectiontemperatureofmorethan37degrees,thebuzzerwillalarm.ThehardwareofthesystemmainlyincludesMCUcontroller,non-contactTN901infraredtemperaturesensor,LCD1602LCDdisplay,buzzercircuitandsoon.Partofthesoftwareistheuseofsingle-chipClanguageprogramming,Clanguageentryissimple,highprogrammingefficiency,easytotransplant,goodreusability,systemsoftwareprogrammingarefunctionaldesign,facilitatetherealizationoffunctionallogic.Whenthesystemstartstowork,thesignalcollectedbythesensoristransmittedtothemicrocontroller,andthetemperatureinformationisdisplayedonthelcd.Thesystemcandetectthetemperatureofthehumanbodyhastheadvantagesofconvenient,fastandconvenient,rapidpopularizationandapplicationinelectronicdevicestoday,thesystemhasabroadapplicationvalueinthelatergraduallyimprovethefunction,throughfurtherpromotion,canbringconsiderableeconomicbenefits. Keywords:infraredsensor,MCU,buzzercircuit,liquidcrystaldisplay目錄摘要IABSTRACTII目錄III第一章引言11.1研究背景和意義11.2體溫計開展現(xiàn)狀11.3本課題的研究內(nèi)容11.4本文構(gòu)造2第二章設(shè)計方案32.1主控芯片設(shè)計方案32.2顯示電路設(shè)計方案3第三章硬件電路設(shè)計53.1系統(tǒng)構(gòu)造53.2主控芯片電路53.2.1單片機(jī)概述53.2.2單片機(jī)的構(gòu)成特性63.2.3晶振電路73.2.4復(fù)位電路83.3液晶顯示電路93.4系統(tǒng)USB電源電路113.5紅外傳感器電路12第四章軟件設(shè)計134.1主程序軟件設(shè)計134.2液晶顯示設(shè)計144.2紅外測溫軟件設(shè)計164.3液晶驅(qū)動流程圖18第五章調(diào)試結(jié)果分析195.1硬件調(diào)試195.1.1排除元器件失效195.1.2排除電源故障195.2軟件調(diào)試20第六章結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23附錄一系統(tǒng)電路圖24附錄二主要程序代碼25第一章引言1.1研究背景和意義人體溫度是身體安康的晴雨表，和日常生活聯(lián)系非常嚴(yán)密，隨著社會的進(jìn)步和開展，人們越來越重視身體安康，同時技術(shù)的進(jìn)步，各種現(xiàn)代化電子設(shè)備在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣，電子計算機(jī)也越來越普及，在醫(yī)療領(lǐng)域，溫度計應(yīng)用非常廣泛，但是傳統(tǒng)的溫度計讀數(shù)不準(zhǔn)，溫度示數(shù)讀取不方便，特別是一些老人，更是不能單獨使用傳統(tǒng)溫度計。針對這種傳統(tǒng)溫度計的缺點，本文設(shè)計了一款紅外非接觸式測溫系統(tǒng)系統(tǒng)，將能很好的代替?zhèn)鹘y(tǒng)測溫儀器，彌補他們的缺乏與使用的不便。它的響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點，更適合兒童在平時的生活中獨立完成體溫測量，因此具有一定的實際意義。1.2體溫計開展現(xiàn)狀1714年，德國物理學(xué)家華倫海特，初期研制的體溫表是把盛著酒精的玻璃管放在冰雪和鹽的混合物里，看玻璃管內(nèi)酒精降到哪里，刻上一條線，然后把表含入口中，看酒精升到哪里，又刻上一條線。把這兩條線作為固定點，再把兩條線之間分成0～96°。這就是初期的體溫計。后來，華海倫特把冰點定為32°，沸點為212°，創(chuàng)造了華氏溫標(biāo)。1742年又創(chuàng)造了0～100°的攝氏溫標(biāo)，從此實現(xiàn)了體溫計的刻度標(biāo)準(zhǔn)化。1865年，英國的阿爾伯特創(chuàng)造了一種很有特色的體溫計，特點是儲存水銀的細(xì)管里有一狹道，當(dāng)體溫計接觸人體后，水銀很快升到人體實際體溫處，取出后水銀柱不下降，而是在狹道處斷開，使狹道以上局部始終保持體溫度數(shù)。這種溫度計受到了臨床的歡送和普及應(yīng)用。但是隨著科技的進(jìn)步，如今，又出現(xiàn)了多種類型的體溫計，本課題研究的紅外非接觸溫度計是目前應(yīng)用較為廣泛的一種新型體溫，在未來將會得到越來越廣泛應(yīng)用。1.3本課題的研究內(nèi)容本課題主要研究系統(tǒng)的硬件組成路，軟件設(shè)計，同時了解系統(tǒng)的研究背景和意義，學(xué)習(xí)電子設(shè)計的硬件調(diào)試，軟件編程，電路焊接等知識。該系統(tǒng)的主要功能是通過紅外傳感器非接觸檢測人體溫度，根據(jù)軟件中對報警溫度的設(shè)置，檢測的溫度超過37度，蜂鳴器就會報警。系統(tǒng)的硬件組成局部主要包括單片機(jī)控制器，非接觸式TN901紅外測溫傳感器、lcd1602液晶顯示、蜂鳴器電路等局部，軟件局部是利用單片機(jī)C語言編程總之，通過對該系統(tǒng)的設(shè)計研究，了解單片機(jī)研發(fā)流程，初步積累工程開發(fā)經(jīng)歷。1.4本文構(gòu)造本文主要分六章介紹該系統(tǒng)設(shè)計，第一章介紹背景相關(guān)知識，中間二三章節(jié)介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計，電路方案選取以及詳細(xì)的電路模塊知識。第四章介紹系統(tǒng)的軟件編程的內(nèi)容，第五章介紹系統(tǒng)的調(diào)試，六章介紹系統(tǒng)總結(jié)和未來展望。第二章設(shè)計方案根據(jù)設(shè)計要求，在設(shè)計基于單片機(jī)的紅外體溫計系統(tǒng)時，主要考慮以下幾個方面。首先是系統(tǒng)的顯示問題，選擇顯示器件關(guān)系到整個系統(tǒng)的人機(jī)交互體驗。其次是主要控制芯片的選擇，控制芯片是整個系統(tǒng)的核心，一切電路都是圍繞主控芯片設(shè)計的。最后還包括其他一些傳感器電路，在本系統(tǒng)中使用到的是質(zhì)量傳感器。此外，各個元器件的價格，設(shè)計資料是否豐富，軟件編程難易也是考慮的因素。下面就各個電路模塊的選擇進(jìn)展詳細(xì)介紹。2.1主控芯片設(shè)計方案對于紅外溫度計系統(tǒng)的控制模塊，主要兩種設(shè)計方案。方案一：使用ARM作為主控制器，方案二：使用單片機(jī)作為主控制器。以ARM為內(nèi)核的處理器最早是由英國技術(shù)人員設(shè)計的低功耗的RISC處理芯片，ARM的全稱是AcornRISCMachine，它一般來說都是32位的，但同時也兼容16位的指令集，這種16位的處理器功耗更低，價格也很廉價，并且保存了幾乎32位的所有優(yōu)勢。本系統(tǒng)在設(shè)計之初主要考慮的就是這種16位的ARM芯片。單片機(jī)〔Microcontrollers〕是和ARM一樣，也是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)的控制芯片，單片機(jī)最早的應(yīng)用是在工業(yè)控制領(lǐng)域，極大地提高了工業(yè)的生產(chǎn)效率。單片機(jī)的由來也有一段歷史，最初的設(shè)計方案是將各式各樣的外圍電路或者設(shè)備等跟CPU集成到一起，集成化為一個最小芯片，從而可以讓計算機(jī)系統(tǒng)從超大型進(jìn)化為小型集成化的計算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而可以非常方便地嵌入進(jìn)非常復(fù)雜的并且對體積要求很高的設(shè)備中，高效地控制協(xié)調(diào)各式設(shè)備。顯然，就功能來說，二者都滿足設(shè)計要求。比照單片機(jī)和ARM芯片的價格以及入門難易程度，同時也考慮到本文設(shè)計的紅外溫度計系統(tǒng)設(shè)計要求。ARM入門較為難，一般需要單片機(jī)根基知識，編程也比單片機(jī)更為復(fù)雜，價格也較貴，因此系統(tǒng)采用方案二，利用單片機(jī)作為主控制器。2.2顯示電路設(shè)計方案顯示電路是本文所設(shè)計的紅外溫度計人機(jī)交互方式的重要組成局部。本文設(shè)計需要顯示的內(nèi)容是溫度值。顯示信息包含了由于數(shù)學(xué)符號，大小寫英文字母和計算后的心率值等輸出信息；目前設(shè)計中用于顯示的顯示器件可以選擇液晶屏和數(shù)碼管來實現(xiàn)。下面比照兩種顯示方式，確定本設(shè)計顯示方案。方案1：選擇數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管的特點是顯示內(nèi)容清晰、電路控制簡單，操作簡單而且價格廉價，能夠滿足大多數(shù)簡單場合的需要。方案2：選擇LCD1602液晶顯示。能夠顯示32個中英文字符及0~9數(shù)字。從顯示內(nèi)容看非常豐富，只要顯示中不需要顯示中文，LCD1602液晶都可以滿足顯示的需要。方案選擇：從顯示內(nèi)容看本設(shè)計需要顯示英文、數(shù)字和數(shù)學(xué)符號，數(shù)麻管不能滿足本次設(shè)計顯示要求，而且數(shù)碼管顯示的整體功耗高于液晶顯示。因此選擇方案2實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示。第三章硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)構(gòu)造根據(jù)上述電路模塊方案，紅外溫度計系統(tǒng)的主控電路選用單片機(jī)芯片，顯示局部采用液晶電路，外圍主要包括：TN9紅外傳感器模塊，報警電路，晶振電路電路組成，系統(tǒng)總體框圖如下所示。圖3-1系統(tǒng)構(gòu)造圖3.2主控芯片電路3.2.1單片機(jī)概述本文設(shè)計的紅外溫度計系統(tǒng)采用的STC89C52單片機(jī)不是像FPGA一樣完成邏輯功能的CPU，而是把CPU以及其外圍的一些電路系統(tǒng)集成到一塊芯片上，換句話說，就是將計算機(jī)集成到單片機(jī)上。可以想象，一個非常微型的、重量非常輕的、價格非常廉價的計算機(jī)將有非常大的市場空間，其應(yīng)用范圍非常廣泛，既可以用在學(xué)習(xí)單片機(jī)上，又可以應(yīng)用在開發(fā)上?？傊?，單片機(jī)的價值是無法估量的。單片機(jī)的由來也有一段歷史，最初的設(shè)計方案是將各式各樣的外圍電路或者設(shè)備等跟CPU集成到一起，集成化為一個最小芯片，從而可以讓計算機(jī)系統(tǒng)從超大型進(jìn)化為小型集成化的計算機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而可以非常方便地嵌入進(jìn)非常復(fù)雜的并且對體積要求很高的設(shè)備中，高效地控制協(xié)調(diào)各式設(shè)備。從這種設(shè)計思想中INTEl誕生了Z80型號的微控制器，并且，從這個時間點開場，單片機(jī)跟專用處理器變開場朝完全不同的方向開展，成為兩種完全不同的處理器模塊。在90年代早期，當(dāng)時的單片機(jī)的位數(shù)根本都是4位或者8位的，并且在當(dāng)時有一款芯片由于其簡單并且可靠性非常好而廣受好評，這款芯片就是INTEL的8031芯片。在這款芯片的根基上，出現(xiàn)了各種各樣性能可靠、集成化非常好的單片機(jī)以及單片機(jī)系統(tǒng)。此后這個單片機(jī)系統(tǒng)便為各大廠商所青睞，并且迅速占領(lǐng)各大工業(yè)控制領(lǐng)域，一直到目前為止，該系統(tǒng)還在廣泛地應(yīng)用于各大工業(yè)控制領(lǐng)域。隨著科技地不斷進(jìn)步，工業(yè)上對于工業(yè)控制領(lǐng)域的要求也不斷提高，已有的4位或8位系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前工業(yè)控制要求，所以16位單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)運而生。但是16位單片機(jī)在性價比上完全沒有4位或8位的單片機(jī)有優(yōu)勢，所以16位單片機(jī)未能占領(lǐng)各大工業(yè)控制領(lǐng)域。從90年代開場，全球的科技技術(shù)迸發(fā)式開展，單片機(jī)的技術(shù)也隨之極大地提高。INTEL公司開發(fā)出了32位的單片機(jī)，并且其性價比非常高，自然而然地取代了16位單片機(jī)的高端地位。32位單片機(jī)系統(tǒng)從次開場成為高端控制器系統(tǒng)。并且由于這個技術(shù)快速開展的時代，之前的八位和四位單片機(jī)的性能和可靠性也極大地提高了，比起八十年代剛出來地時候性能提高了百倍有余，所以8位單片機(jī)的性價比優(yōu)勢再一次表達(dá)出來，在一些低端的工業(yè)控制領(lǐng)域其完全能勝任，并且價格也非常廉價，大大地降低了工業(yè)生產(chǎn)本錢。直至目前來說，32位單片機(jī)是在所有單片機(jī)家族中性能最好的一款單片機(jī)，其處理性能比起九十年代中期的專用處理器的性能有過之而無不及，其主頻已經(jīng)可達(dá)313MHz了。并且價格非常之廉價，單片機(jī)的出廠價格現(xiàn)在只要1至10美元進(jìn)可以，所以本錢非常地低，性價比非常之高。3.2.2單片機(jī)的構(gòu)成特性STC89C52單片機(jī)的組成大致包括以下幾大模塊：CPU、IO口、存儲器件、內(nèi)存。這些組成跟我們自己家庭使用的臺式電腦也非常相似，但是各個局部的性能肯定無法跟臺式電腦相媲美，畢竟價格上單片機(jī)廉價了好幾十上百倍不止。這些低端的單片機(jī)用在比擬簡單的應(yīng)用上已經(jīng)非常足夠了，像我們家里使用的自動洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、冰箱等等，都可以看到這些單片機(jī)。當(dāng)然，單片機(jī)的作用主要是核心的控制上，是作為一個系統(tǒng)的核心控制局部，也就是一個系統(tǒng)的簡單的大腦。單片機(jī)特性如下。具有8位數(shù)據(jù)總線，16位地址總線的CPU；具有布爾處理能力和位處理能力；采用哈佛構(gòu)造，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器地址空間各自獨立；具有一樣地址的64KB程序存儲器和64KB數(shù)據(jù)存儲器；128字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；32根雙向并可以按位尋址的I/O線；兩個16位定時/計數(shù)器(8052有3個。STC89C52單片機(jī)的封裝圖如以下列圖所示。圖3-2單片機(jī)電路3.2.3晶振電路晶振電路是單片機(jī)中非常重要的一局部，晶振電路可以給單片機(jī)提供時鐘信號，時鐘信號是實現(xiàn)單片機(jī)運行的必不可少的一局部。單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個反相放大器，這個反相放大器是用來作為內(nèi)部振蕩器作用的。它有兩個引腳，分別為XTAL1和XTAL2，其中XTAL1為該反相放大器的輸入端，XTAL2為輸出端。自激振蕩器是由這個反相放大器跟片外端石英晶體一起組成的。晶振電路的組成除了這個自激振蕩器外還需要外接兩個電容，將這兩個電容與放大器相連接就構(gòu)成了晶振電路。外接的這兩個電容的容量大小對晶振電路會有一定的影響，所以如果選取石英晶體作為振蕩電路的局部，電容的大小最好在這個范圍；如果選取陶瓷，那么電容的大小應(yīng)該在這個范圍。電容容量大小對晶振電路的影響：溫度的穩(wěn)定程度、震蕩頻率、震蕩電路的起振的難易以及穩(wěn)定性。晶振電路圖如以下列圖。圖3-3晶振電路3.2.4復(fù)位電路復(fù)位電路也是單片機(jī)中非常重要的一局部，其根本原理很簡單，就是當(dāng)系統(tǒng)上電的時候，會提供一個復(fù)位信號給單片機(jī)系統(tǒng)，一直等到系統(tǒng)的電源穩(wěn)定下來的時候就撤銷復(fù)位信號。但是為了保險起見，電源穩(wěn)定后也不能直接撤銷掉復(fù)位信號，而是要經(jīng)過延時后才能撤銷這個復(fù)位信號。這個延時動作主要是為了防止開啟電源的時候會抖動，導(dǎo)致信號不穩(wěn)定。每一種類型的單片機(jī)在剛啟動的時候都會需要經(jīng)過復(fù)位操作，這個復(fù)位操作主要是為了保證CPU跟其外圍電路處于確定的初始狀態(tài)。51系列的單片機(jī)的復(fù)位信號是通過芯片的REST引腳接入的，輸入到芯片內(nèi)部的觸發(fā)器中。當(dāng)系統(tǒng)正常運行的時候，這時給REST引腳傳送一個連續(xù)兩個周期的高電平信號，那么CPU則會響應(yīng)這個信號并將系統(tǒng)復(fù)位，這就是復(fù)位電路的具體使用方法。單片機(jī)系統(tǒng)使用復(fù)位可以通過兩種方式來復(fù)位，一種是手動按鈕復(fù)位系統(tǒng)，另一種是上電復(fù)位系統(tǒng)。手動復(fù)位需要人工參加操作才能實現(xiàn)手動按鈕復(fù)位。具體的操作方法也很簡單，只需在REST復(fù)位引腳中接入高電平就可以復(fù)位，所以給復(fù)位引腳接上正電源，并在引腳和電源之間接一個按鈕。當(dāng)按下這個按鈕的時候，相當(dāng)于正電源直接接入到復(fù)位引腳，系統(tǒng)接收到這個高電平信號后就會復(fù)位。復(fù)位系統(tǒng)要求有持續(xù)的兩個時鐘信號才能復(fù)位，而人工操作按下按鈕的時間最起碼有幾十個毫秒，所以復(fù)位引腳跟正電源的連接時間是完全超過兩個時鐘信號，人工復(fù)位是完全符合復(fù)位系統(tǒng)要求的。復(fù)位電路如以下列圖所示，S1為手動復(fù)位按鈕，電容C1可以抗干擾。圖3-4復(fù)位電路原理圖3.3液晶顯示電路LCD1602液晶屏能夠支持兩行顯示，每行可以顯示的最大容量是32個英文和漢字符十六個字符的顯示，由于但它的分辨率不能很好的滿足漢字的顯示要求，所以適合在英文和數(shù)字顯示的系統(tǒng)中使用。它可以用來顯示一些數(shù)字、字符、字母等簡單的文字，但是它無法顯示中文字符。因為中文字符比擬復(fù)雜，而液晶顯示器的構(gòu)造主要是一些點陣，且大多是5*7或5*11的規(guī)格。液晶里的每個點陣都能夠顯示一個字符，但是每個字符之間又不是連續(xù)的，而是中間有一個點陣在間隔的。并且每個點陣的上下左右都會有點陣間隔，這樣子就不會每個字符都連在一起分辨不出顯示的是什么東西，這種功能也就類似于word文檔文字編輯的時候的字間距和行間距一樣，可以很明朗地閱讀顯示的字符。但是這種功能也有一些缺點，比方顯示圖像的時候效果就不太好，有點像馬賽克一樣。1602只能顯示兩行的字符，并且每行只能顯示16個字符。目前所生產(chǎn)出來的液晶絕大多數(shù)都是用HD44780芯片來制作的，并且它們的顯示原理也是一模一樣的。所以寫一個顯示控制程序可以根本適用于各種液晶，不需要每換一種液晶顯示器就要重新寫一次程序，兼容性非常地好。這款液晶模塊內(nèi)部的存儲模塊存儲了大量的字符圖形，用來直接給程序調(diào)用顯示使用，這些字符的數(shù)量大約有160個。這160個字符中包含了根本的符號〔52個大小寫的英文字母，10個阿拉伯?dāng)?shù)字，還有標(biāo)點符號以及日文假名等等。并且每個字符的標(biāo)志符都是固定的，所以當(dāng)我們需要顯示一個字符的時候，只需要調(diào)用對應(yīng)字符的標(biāo)志符就可以顯示出我們需要的字符。當(dāng)我們在編寫程序的時候我們還可以通過賦值的形式來操作。比方定義一個字符型常量Y，然后就可以將液晶存儲里的一個字符直接賦值給Y，比方將‘A’賦值給Y，可以直接這樣寫：Y＝‘A’，程序編譯的時候可以直接識別出這個是字符‘A’，這樣可以使用自定義的常量來操作，非常方便各能對應(yīng)的引腳如表所示：表3-1LCD1602液晶引腳功能介紹序號符號引腳說明序號符號引腳說明1VSS液晶電源負(fù)極5R/W讀寫選擇控制2VDD液晶電源正極6E使能端控制3VL液晶偏壓控制7~14D0~D7數(shù)據(jù)位4RS存放器選擇控制15~16BLA，BLK背光控制LCD1062液晶對應(yīng)外功能引腳有16個，其中8個為數(shù)據(jù)線，3個為控制線，2個控制背景電源，2個控制液晶工作電源，1個用于控制液晶的偏壓。LCD1602液晶顯示是51單片機(jī)系統(tǒng)最常用的一種顯示器，是點陣型的液晶模塊。液晶電路圖如下所示。圖3-5液晶電路圖3.4系統(tǒng)USB電源電路系統(tǒng)的USB電源電路是給整個系統(tǒng)供電的，包括單片機(jī)，傳感器，顯示電路等，都需要電源。隨著電子設(shè)備的普及，各類USB接口設(shè)備越來越多，如，電腦USB接口，手機(jī)充電器，移動電源，這些USB接口都可以用來作為穩(wěn)定的電源。因此為了簡化紅外溫度計系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，本系統(tǒng)采用USB供電方式。系統(tǒng)使用的USB供電方式為常見的手機(jī)，電腦接口，其并不是理想的穩(wěn)定5V，常常是一個有微小波動的差值，因此在系統(tǒng)電源開關(guān)電路上，使用電容C1，C2對電壓雜波進(jìn)展過濾，使系統(tǒng)的供電更加穩(wěn)定。如以下列圖的電源模塊電路。圖3-6電源模塊電路3.5紅外傳感器電路面對目前眾多的紅外檢測器件產(chǎn)品，在設(shè)計中選擇適宜的紅外檢測器已成為一個重要問題。在設(shè)計過程中選擇紅外線檢測器件時，首先考慮的是器件的以下性能因素:光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測目標(biāo)的溫度。本紅外測溫儀選用了凌陽公司生產(chǎn)的型號為TN9的紅外探測器作為測溫模塊，它是一種集成的紅外探測器，內(nèi)部有溫度補償電路和線性處理電路，因此簡化了本系統(tǒng)的設(shè)計。它的測量距離大約為30米，測量回應(yīng)時間大約為0.5秒。而且它具備SPI接口，可以很方便地與單片機(jī)〔MCU〕傳輸數(shù)據(jù)本系統(tǒng)采用的是TN9紅外模塊，該模塊不需要增加另外的A/D轉(zhuǎn)換電路，使得硬件可以盡可能的簡單化，相比于其他紅外模塊，TN9產(chǎn)品只需要3伏電源供電。它是一種集成的紅外探測器，內(nèi)部有溫度補償電路和線性處理電路，使本系統(tǒng)的設(shè)計得到了簡化。TN9紅外模塊接口如以下列圖.圖3-7電源模塊電路第四章軟件設(shè)計4.1主程序軟件設(shè)計本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境是KEIL，Kei1C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，編譯后生成的匯編代碼，到Kei1C51生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型工程時非常理想。本設(shè)計的紅外測溫系統(tǒng)的軟件方面全部采用C語言編寫，以提高系統(tǒng)的可讀性和可移植性。其設(shè)計方法和硬件設(shè)計相對應(yīng)，采用模塊對應(yīng)進(jìn)展編寫，將系統(tǒng)的硬件劃分為相應(yīng)的子程序模塊，分別進(jìn)展編寫、調(diào)試，使整個程序看起來簡潔，明了，在調(diào)試過程中也方便自己發(fā)現(xiàn)錯誤，提高了編程的效率。整個系統(tǒng)軟件主要包括主程序、紅外測溫模塊、功能按鍵模塊、顯示模塊等子程序。系統(tǒng)開場執(zhí)行后首先對系統(tǒng)進(jìn)展初始化，初始化主要包括對傳感器初始化。系統(tǒng)總體軟件流程如圖4-1流程圖所示。圖4-1軟件設(shè)計流程圖4.2液晶顯示設(shè)計在體溫時，利用液晶顯示體溫示數(shù)。液晶顯示流程圖如以下列圖所示。利用STC89C52單片機(jī)對液晶驅(qū)動需要遵循液晶的讀寫通信協(xié)議，一般可分為以下幾大步驟，首先是需要初始化液晶，初始化之后，由于液晶的處理速度比STC單片機(jī)慢，延時程序是必須的，不然液晶無法正常顯示。1602液晶一共上下兩行，一般都是首先設(shè)置第一行的顯示位置，結(jié)合上文介紹的液晶內(nèi)部地址進(jìn)展操作，然后將要顯示的數(shù)據(jù)在對應(yīng)位置顯示，同理接著設(shè)置第二行顯示位置，最終完成整個顯示流程。在本文設(shè)計的指紋識別系統(tǒng)軟件設(shè)計中，將液晶顯示整體封裝在一個顯示函數(shù)中，方便了main函數(shù)調(diào)用，同時也使得程序邏輯更加清晰。液晶軟件操作流程圖如下所示。圖4-2液晶驅(qū)動流程圖4.3紅外測溫軟件設(shè)計系統(tǒng)正常上電，開場初始化，判斷是否有功能按鍵0按下，如果是，再次判斷首字節(jié)是否為4CH或者66H，最后一個字節(jié)是否為0DH，因為單片機(jī)每一次讀取5個BYTE，當(dāng)?shù)谝粋€BYTE和最后一個BYTE分別同時為4CH〔或66H〕和0DH時，才認(rèn)為這是一個有效的數(shù)據(jù)，否則單片機(jī)將不停地進(jìn)展讀取。如果是，則進(jìn)展溫度的計算及溫度的處理，然后送LCD1602顯示，最后關(guān)閉TN901；如果不是，則繼續(xù)按下按鍵0，直到符合有效數(shù)據(jù)的要求，才進(jìn)展溫度的讀取。紅外傳感器模塊流程圖如以下列圖。圖4-3紅外測溫流程圖第五章調(diào)試結(jié)果分析在紅外溫度計課題的設(shè)計過程中，從硬件電路設(shè)計到軟件編程，遇到了很多或大或小的問題，在系統(tǒng)的后期調(diào)試花費的時間占據(jù)整個系統(tǒng)設(shè)計時間的1/3，由此可見，系統(tǒng)地調(diào)試工作量非常大，也非常重要。單片機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件調(diào)試是一致的，不可分開的。而且往往很多硬件錯誤都是在軟件調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)解決的。但同時也必須首先排除非常明顯的硬件錯誤，否則軟件調(diào)試也無法進(jìn)展?？傊?，硬件調(diào)試是軟件調(diào)試的根基，沒有硬件調(diào)試，軟件調(diào)試無從談起。5.1硬件調(diào)試5.1.1排除元器件失效硬件調(diào)試中，首先要進(jìn)展的是排除電路中的元器件失效。元器件失效主要分兩種情況：一是元器件在焊接之前就已經(jīng)損壞，另外一個原因是在焊接過程中，由于某種失誤造成元器件損壞。因此，在購置存放元器件時，一定注意元器件的保存條件，防止高溫高濕度的環(huán)境，另外在焊接過程中，多多查看參考文檔，網(wǎng)絡(luò)資源，防止器件燒毀。5.1.2排除電源故障電源對于整個系統(tǒng)及其關(guān)鍵，如果電源電路接錯，可能造成元器件燒毀，前功盡棄。嚴(yán)重的話還可能引起火災(zāi)，燒傷等嚴(yán)重事故。因此在上電之前，一定要用萬用表仔細(xì)檢測VCC和GND，數(shù)字電壓表可以讀出不同電路的電壓值，如果VCC電路電壓在5V-4.5V之間，一般來說都是正常的。在焊接與組裝過程中要注意一下七點：〔1〕在進(jìn)展組裝之前，一定要測試各個元器件是否有用，其值是否準(zhǔn)確，以防止后面測試出現(xiàn)可以防止的錯誤?！?〕組裝集成電路時，盡量保持其方向一致，以便能夠方便焊接，也更加清晰美觀。〔3〕要清楚的了解元器件的正負(fù)極，在組裝過程中把標(biāo)志放置顯眼的地方，以方便進(jìn)展焊接和測試檢查。如果不注意這些細(xì)節(jié)，可能導(dǎo)致實驗失敗?！?〕在組裝完成后，要把地線連接在一起形成一個公共點。〔5〕在焊接過程中，盡量把線整潔的排布，不從元器件上面經(jīng)過。也要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，一樣的極用一樣顏色的線來引出，以方便在測試過程中對電路的檢查?！?〕溫度在焊接過程中扮演很重要的角色，等上升到適宜溫度以便元器件的引腳和焊盤出現(xiàn)金屬合金，焊接過程也應(yīng)該盡量保持整個板干凈整潔美觀。〔7〕焊接的時間也要掌握，時間過長，可能會導(dǎo)致元器件損壞，時間過短，焊接可能不結(jié)實。5.2軟件調(diào)試在調(diào)試之前，要熟悉當(dāng)前的軟件開發(fā)〔調(diào)試〕環(huán)境，本課題使用的是KEIL4平臺，在該平臺上，要熟悉這些概念：設(shè)置斷點、單步運行。嘗試掌握更高級的調(diào)試如查看堆棧、查看單片機(jī)IO口的狀態(tài)等等操作，總之，要熟練掌握KEIL4編程平臺的根本調(diào)試的方法，并深刻了解這些概念的意義。在調(diào)試時，一個很重要的方法就是放慢程序的運行速度。單片機(jī)的運行速度一般都是在幾M到幾十M。由于單片機(jī)的運行速度過快，每秒都執(zhí)行幾十兆指令，可以利用單步運行，調(diào)試延時和IO口的功能的時候，這個功能尤其有用。第六章結(jié)論本課題研究是以STC89C52單片機(jī)為核心，結(jié)合了紅外測溫傳感器設(shè)計的一套體溫計。硬件設(shè)計中選擇STC89C52作為處理芯片件，采用TN901實現(xiàn)對人體脈搏信號的測量，利用LCD1602作為顯示裝置，利用蜂鳴器實現(xiàn)了報警的輸出提示。本設(shè)計首先提出了設(shè)計目標(biāo)，并根據(jù)設(shè)計目標(biāo)建設(shè)整個系統(tǒng)構(gòu)造，完成硬件和軟件設(shè)計，并制作了系統(tǒng)的實物，對脈搏測量功能、報警上下限設(shè)置能進(jìn)展實際的測試。從實物運行結(jié)果可以看出，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對測試者體溫測量，并能在測值超過設(shè)置時，發(fā)出報警提示。從設(shè)計實現(xiàn)的功能來看，到達(dá)預(yù)期的效果。著眼未來，在這里對本設(shè)計以下幾個方面需要改良的地方進(jìn)展說明：第一，需要人機(jī)交互方面提高系統(tǒng)的功能，本次設(shè)計體溫測量儀顯示是唯一的人機(jī)交互界面，總體來說，人機(jī)交互界面單一、智能程度低。在今后的設(shè)計中準(zhǔn)備參加語音控制著語音播報的功能，使系統(tǒng)的在人機(jī)交互功能上更加健全和完善。第二，數(shù)據(jù)的處理方式過于單一，不適合統(tǒng)一的管理。本次設(shè)計中所有的采集數(shù)據(jù)都是在液晶上完成顯示，未能實現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)交互，這就直接影響了設(shè)計的應(yīng)用范圍，使設(shè)計的實物不能利用電腦對其進(jìn)展多機(jī)的控制，不能將多個設(shè)備的數(shù)據(jù)在電腦上進(jìn)展顯示。因此，數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信是設(shè)計以后需要解決的問題，只有參加了通信功能，設(shè)計的應(yīng)用范圍和使用靈活性，也將大大提升。通過后期的不斷完善，該系統(tǒng)一定能夠方便易用，假設(shè)能夠推向市場，會帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。致謝在完成基于單片機(jī)原理的紅外溫度計的過程中得到了很多教師和同學(xué)的幫助，在此我要感謝我的指導(dǎo)教師XX教師，X教師教學(xué)認(rèn)真負(fù)責(zé)，在做設(shè)計過程中，對我要求嚴(yán)格，對于我不懂的問題，都會耐心解釋。從設(shè)計的開題報告，到中期檢查，到論文的一稿，二稿，定稿，X教師每次都會認(rèn)