嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器

嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器（硬件部分）摘要：恒定的體溫是保證人體新陳代謝和正常進(jìn)行生命活動(dòng)必要條件，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)制作以AT89C51單片機(jī)為核心的嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器。主要從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹了從溫度的采集到數(shù)據(jù)處理，利用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并在超出設(shè)定范圍溫度時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；溫度采集；報(bào)警BabyReal-timeTemperatureDetectorAndWarningSystem（hardware）Abstract:Constantbodytemperatureisnecessaryforguaranteeinghumanmetabolismandnormallifeactivities.Themaincontentaboutthisgraduationdesignistodesignababyreal-timetemperaturedetectorandwarningSystemusingAT89C51microcontrollerasthecore.Mainlyfromtheaspectsofhardwareandsoftwaretointroducefromcollectingtemperaturetoprocessingdata,usingClanguagetorealizerealtimetemperaturemonitoringandgiveanalarmwhenthetemperatureoutofrange.Keywords:SCMAT89C51；real-timedetection；temperaturecollecting；alarming一、概述（一）課題的研究背景和意義嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共1頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。人的生命活動(dòng)需要有正常的體溫來(lái)維持。體溫是相對(duì)恒定的，即使是健康的人，他們的體溫在一天中也會(huì)略有波動(dòng)，但一般不會(huì)相差超過(guò)1度。產(chǎn)熱和散熱兩大系統(tǒng)的的相對(duì)平衡保持著正常的體溫，這兩大系統(tǒng)由體溫調(diào)節(jié)中樞來(lái)支配。新陳代謝、皮膚散熱、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等各項(xiàng)生命活動(dòng)都會(huì)對(duì)產(chǎn)熱和散熱產(chǎn)生較大影響。嬰幼兒年齡較小，整體的體溫調(diào)節(jié)功能就差。同時(shí)他們裸露在體外的表面積相對(duì)較大，同時(shí)皮下脂肪薄，皮膚汗腺發(fā)育不良，肌肉不發(fā)達(dá)，運(yùn)動(dòng)能力差等都使得嬰幼兒的體溫容易波動(dòng)。但嬰幼兒的體溫波動(dòng)一般也不超過(guò)1度，短暫的體溫波動(dòng)，只要無(wú)自覺(jué)癥狀，情況良好，一般不屬于病態(tài)。正常嬰幼兒的體溫在36度到27度之間，進(jìn)食、哭鬧、衣服過(guò)厚、室溫過(guò)高等會(huì)使得其溫度升高，反之由于饑餓、少動(dòng)、體弱或室溫低、衣被薄等因素都會(huì)使因幼兒體溫過(guò)低，所以于父母而言，需時(shí)刻關(guān)注嬰幼兒的體溫變化，防止其體溫過(guò)高或過(guò)低帶來(lái)的疾病困擾。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共1頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。首只溫度計(jì)是伽利略于16世紀(jì)發(fā)明的，而體溫的測(cè)量歷史則是于18世紀(jì)加布里埃爾·華倫海特的利用水的冰點(diǎn)和人的體溫范圍設(shè)定的有刻度的水銀體溫計(jì)開始的。但當(dāng)時(shí)的體溫計(jì)體積相當(dāng)大，使用也很不方便，沒(méi)什么醫(yī)生使用它。如今，體溫計(jì)已經(jīng)走進(jìn)家家戶戶，得到了廣泛的應(yīng)用。體溫計(jì)的種類也有很多種。最常見的就是玻璃體溫計(jì)，即水銀體溫計(jì)，水銀的穩(wěn)定性好，溫度計(jì)讀數(shù)準(zhǔn)確，但水銀體溫計(jì)容易破碎，特別是在嬰幼兒的使用過(guò)程中，一旦破裂，嚴(yán)重危害嬰幼兒身體健康，甚至死亡。同時(shí)，水銀溫度計(jì)讀數(shù)也較為困難。隨著科技的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了各種各樣的體溫計(jì)，有電子式體溫計(jì)，耳聞體溫計(jì)，紅外線體溫計(jì)，額溫體溫計(jì)等等。這些體溫計(jì)均能較快地測(cè)出體溫，操作也很方便。但是如果要時(shí)刻觀測(cè)嬰幼兒的體溫，仍需要父母每隔一段時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，并沒(méi)有減輕父母的壓力。在這種背景下，為了緩解父母精神壓力和體力負(fù)擔(dān)，我們決定設(shè)計(jì)一個(gè)能夠供父母在家庭中簡(jiǎn)單操作，對(duì)嬰幼兒實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)，并在超過(guò)正常設(shè)定溫度范圍時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的電子體溫計(jì)。（二）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀中國(guó)于1998年開始電子體溫計(jì)行業(yè)的發(fā)展，在十多年的時(shí)間里，每年的發(fā)展速度均高于30%。國(guó)內(nèi)目前有80多家電子體溫計(jì)品牌，并在不斷壯大。在2009年以后，國(guó)內(nèi)的電子體溫計(jì)產(chǎn)品行業(yè)得到了空前的發(fā)展。2012年，我國(guó)公開了一種智能體溫計(jì)手表，這種手表在表盤中放置體溫感應(yīng)器，而表盤的背面設(shè)有讀數(shù)顯示器，只要將表盤的背面貼在額頭上十幾秒鐘，就可以測(cè)試體溫，讀數(shù)顯示器就會(huì)顯示讀數(shù)。該項(xiàng)發(fā)明讓普通的手表也可以隨時(shí)測(cè)量體溫，使用方便同時(shí)便于攜帶。深圳愛(ài)都科技有限股份公司在2015年4月10日正式銷售一款名為智能穿戴體溫計(jì)。能夠精確感溫，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)測(cè)溫，不間斷記錄體溫并繪制圖表。自動(dòng)設(shè)定體溫范圍，超過(guò)體溫臨界值時(shí)第一時(shí)間報(bào)警。提供專業(yè)的有關(guān)寶寶發(fā)燒的參考建議。同時(shí)還能自定義吃藥時(shí)間等提醒事項(xiàng)。另外它超級(jí)防水，及時(shí)在寶寶沐浴時(shí)也能無(wú)時(shí)無(wú)刻檢測(cè)體溫。在材料方面，也是低功率藍(lán)牙4.0設(shè)計(jì)，完全不用擔(dān)心受輻射危害。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共2頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。新加坡科技集團(tuán)公司和InfoWave公司在2003年研制了一種智能體溫卡，它的大小跟銀行卡的大小差不多，能6秒鐘測(cè)人體體溫，并指出測(cè)體溫的人是否發(fā)燒。它的使用期為一年，單價(jià)大約為8.5美元。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共2頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。2013年，設(shè)計(jì)者indersingh設(shè)計(jì)了一款專門為兒童設(shè)計(jì)的，名為Kinsa的智能體溫計(jì)。它是將一個(gè)電子體溫計(jì)連接iphone的耳機(jī)孔來(lái)讀取使用者的體溫，并在側(cè)欄把該溫度下可能癥狀顯示出來(lái)提供給人們進(jìn)行自我診斷。同時(shí)能記錄健康問(wèn)題，給使用者提供疾病預(yù)警，能預(yù)計(jì)使用者何時(shí)能康復(fù)或是否具有感染性。該項(xiàng)技術(shù)獲得900多萬(wàn)美元A輪融資。日前，國(guó)外發(fā)明一了款叫做TempTrap的貼紙式無(wú)線藍(lán)牙溫度計(jì)。它是專門為嬰兒準(zhǔn)備，將此貼紙貼到嬰兒身上，就可以通過(guò)配套的app來(lái)獲得體溫的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)圖。并能通過(guò)app應(yīng)用程序來(lái)設(shè)定溫度范圍，只要超過(guò)設(shè)定的溫度范圍或者溫度變化趨勢(shì)不正常，就會(huì)發(fā)出自動(dòng)報(bào)警。但該產(chǎn)品還未取得FDA的許可，且還未上市。國(guó)內(nèi)外在新型電子體溫計(jì)方面的發(fā)展各有千秋，各種新型體溫計(jì)的問(wèn)世也讓我們看到了新型體溫計(jì)的發(fā)展前景廣闊。我們都期待能設(shè)計(jì)出一種功能齊全，價(jià)格低廉，使用方面，健康安全，無(wú)污染的電子體溫計(jì)（三）本文的主要內(nèi)容本文的內(nèi)容主要圍繞如何設(shè)計(jì)嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器系統(tǒng)展開，針對(duì)嬰幼兒體溫不穩(wěn)定，父母看護(hù)壓力大。設(shè)計(jì)了一款可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)嬰幼兒體溫，并在超過(guò)正常體溫范圍時(shí)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警。論文共可分為六章。結(jié)構(gòu)如下：第一章為概論，從體溫對(duì)人體的重要性方面以及嬰幼兒體溫看護(hù)方面概括說(shuō)明了本課題的研究背景和意義，并且介紹了近幾年國(guó)內(nèi)外在體溫檢測(cè)方面的最新研究成果。第二章主要是本系統(tǒng)所選器件的基本介紹，包括AT89C51單片機(jī)的性能、各個(gè)管腳的作用、DS18B20溫度傳感器的簡(jiǎn)單介紹、主要數(shù)據(jù)部件、工作原理和注意事項(xiàng)以及LCD1602顯示器的管腳介紹、特性等。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共3頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。第三章是本章的重點(diǎn)描述了硬件電路的設(shè)計(jì)。主要是通過(guò)先建立以單片機(jī)，復(fù)位電路和晶振電路為主的單片機(jī)最小系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上根據(jù)端口連接溫度傳感器電路、按鍵電路、顯示電路以及報(bào)警電路。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共3頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。第四章主要概述了軟件的設(shè)計(jì)，主要是介紹了主程序的設(shè)計(jì)和中斷程序的設(shè)計(jì)。第五章主要是對(duì)系統(tǒng)的性能測(cè)試。用該系統(tǒng)和電子體溫計(jì)分別測(cè)試了常溫水、熱水以及手心溫度，對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析了產(chǎn)生誤差的原因。第六章分析了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。二、系統(tǒng)器件選擇（一）單片機(jī)的選擇單片機(jī)AT89C51一種高性能、低電壓的八位微處理器，同時(shí)也是一種高效微控制器。其帶有4K字節(jié)的flash存儲(chǔ)器。AT89C51帶有2K字節(jié)閃存，是一種可編程，也可被擦除的只讀存儲(chǔ)器單片機(jī)。它可以被反反復(fù)復(fù)擦除1000次。它采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)。并且因其價(jià)格較低，靈活性高，在嵌入式控制系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用。其主要性能如下：1、與MCS-51兼容。2、壽命：1000次寫/擦循環(huán)。3、4K字節(jié)flash存儲(chǔ)器。4、三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定。5、全靜態(tài)工作：0hz-24Mhz。6、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。7、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8、數(shù)據(jù)可保留10年。9、32可編程I/O線。10、內(nèi)部RAM有128*8位。11、串行通道可編程。12、共有5個(gè)中斷源。13、低功耗的閑置和掉電模式。AT89C51芯片如圖1所示：圖1：AT89C51芯片管腳嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共4頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。AT89C51引腳功能介紹：嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共4頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。[1~8]P1.0~P1.7：P1口是一個(gè)八位雙向口線，內(nèi)部提供上拉電阻。P1口緩沖器能夠接受并輸入4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉為高電平時(shí)用作輸入口，P1口被外部下拉為低電平時(shí)輸出電流，這是因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低8位地址接收。[1][9]RST：復(fù)位輸入。只有當(dāng)信號(hào)端有延續(xù)兩個(gè)或以上機(jī)器周期的高電平輸入時(shí)方可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。[10~17]P3.0~P3.7：同P1口。其次P3口各口線都有定義另一特殊功能。如圖2所示圖2：P3口特殊功能[18~19]XTAL1、XTAL2：如果接入外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)，則可作為外部時(shí)鐘。如果接入兩個(gè)微調(diào)電容和石英晶體諧振器，則可使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘。[20]GND：接地。[21~28]P2.0~P2.7：同P1口。當(dāng)P2口用作16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或?qū)ν獠砍绦虼鎯?chǔ)器進(jìn)行讀寫操作時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高8位地址信號(hào)和控制信號(hào)。[29]PSEN：選擇外部程序存儲(chǔ)器。在外部只讀存儲(chǔ)器中，每個(gè)機(jī)器周期只有兩次有效，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部只讀存儲(chǔ)器的讀操作。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這將不會(huì)出現(xiàn)。[30]ALE/PROG：在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出地址的低字節(jié)由地址鎖存的輸出電平輸出。另外該引腳還可以在編程時(shí)用作輸入編程脈沖。在一定的頻率周期下輸出頻率為振蕩器頻率六分之一的正脈沖信號(hào)。因此，它還可以用來(lái)定時(shí)或者輸出外部脈沖。而當(dāng)它作用于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，就會(huì)跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。若將SPR8EH地址置0，則禁止該引腳輸出。在這種情況下，只有在執(zhí)行MOVX或MOVC指令，才起作用。[31]EA/VPP：當(dāng)EA為低電平時(shí)，訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。加密方式為“1”時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET。在flash編程時(shí)，該引腳也用于施加12V的編程電源。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共5頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。[32~39]P0.7~P0.0：P0口與其他幾個(gè)雙向口線基本相同，只是是每個(gè)管腳均可吸收8TTL的門電流的雙向口線。當(dāng)?shù)谝淮螌⒏唠娖捷斎隤0口的管腳時(shí)，該管腳就被定義為高阻輸入。在flash編程時(shí)，P0口可作為原碼輸入口。當(dāng)P0口輸入原碼時(shí)可用作flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，此時(shí)P0口外部必須接上上拉電阻。另外，P0還可用作于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？杀欢x為數(shù)據(jù)或地址的第八位。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共5頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。[40]Vcc：供電電壓。（二）溫度傳感器的選擇我們也曾考慮過(guò)使用NTC熱敏電阻來(lái)測(cè)量溫度，但通過(guò)熱敏電阻只能有電壓的變化轉(zhuǎn)化成溫度的變化才能觀測(cè)溫度，其間需要其他外部元件共同完成，增加了電路的成本和復(fù)雜性以及電路板的面積。這樣便違背了我們?cè)O(shè)計(jì)的初衷。所以，我們還是決定使用DS18B20來(lái)作為該設(shè)備的測(cè)溫元件。1、DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是一種成本低，體積小，抗干擾性能強(qiáng)，精度高的溫度傳感器。它簡(jiǎn)化了溫度傳感器的應(yīng)用。無(wú)需其他外部元件，只需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)通信，工作電源為3至5.5V/DC，但它不需要外接電源，僅僅用數(shù)據(jù)總線便可供電。并在傳給單片機(jī)處理前就將測(cè)得的溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。它的可編程設(shè)備溫度讀數(shù)為9至12位，測(cè)溫范圍為零下55℃至零上125℃，測(cè)溫誤差為DS18B20除了電源和接地外，只有一個(gè)接口，如果不先設(shè)定只讀存儲(chǔ)器，記憶和控制功能就無(wú)法使用。主要提供以下幾個(gè)命令：讀只讀存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器匹配、搜索只讀存儲(chǔ)器、跳過(guò)只讀存儲(chǔ)器、報(bào)警檢查。DS18B20成功測(cè)量溫度后，將測(cè)得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于DS18B20的存儲(chǔ)器。觸發(fā)器TH和TL都有一個(gè)字節(jié)RRPROM的數(shù)據(jù)。如果DS18B20不用于報(bào)警檢查，那寄存器僅用作用戶記憶。利用記憶功指令來(lái)完成寫TH和TL指令以及配置字節(jié)。通過(guò)緩存器讀寄存器，所有讀寫數(shù)據(jù)都是從最低位開始。2、DS18B20的結(jié)構(gòu)外形如圖3所示。圖3：DS18B20外形圖DS18B20有4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件：嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。（1）64位光刻ROM：它是廠家給每個(gè)出廠的DS18B20的產(chǎn)品序列號(hào)，作為該期間的地址序列號(hào)。使得每個(gè)DS18B20地址序列號(hào)都不相同，便于在一根總線上連接多個(gè)DS18B20。包括5個(gè)ROM功能指令：嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共6頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。1、讀ROM2、匹配ROM3、跳躍ROM4、查找ROM5、報(bào)警查找。（2）溫度傳感器：DS18B20內(nèi)部有個(gè)輸出格式為十六位符號(hào)擴(kuò)展二進(jìn)制補(bǔ)碼的可測(cè)量溫度的溫度傳感器。用0.0625℃表1：溫度值格式表DS18B20讀取溫度時(shí)供讀取16位，此為12位轉(zhuǎn)化后的12位數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)在DS18B20的兩個(gè)8bit的RAM中，前5為是符號(hào)位，當(dāng)符號(hào)位全為1時(shí)，讀取的溫度則為負(fù)數(shù)。讀取時(shí)首先將十六進(jìn)制數(shù)取反后+1，再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。當(dāng)符號(hào)位全為0時(shí)，讀取的溫度則為正數(shù)。讀書時(shí)只要將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。[3]表2：溫度數(shù)據(jù)表（3）DS18B20的高溫觸發(fā)器TH和低溫觸發(fā)器TL：他們分別用于設(shè)置高溫和低溫的報(bào)警范圍。（4）配置存儲(chǔ)器：結(jié)構(gòu)如所示表3所示：表3：配置存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)TMR1R011111TM是測(cè)試模式位，DS18B20是在工作模式或是測(cè)試模式由它決定。DS18B20出廠時(shí)初置為0，一般不改變。用R1和R0來(lái)設(shè)置分辨率。如表4所示。表4：測(cè)試模式位高速暫存存儲(chǔ)器由九個(gè)字節(jié)組成。分配如表5所示。表5：高速暫存存儲(chǔ)器字節(jié)分配表嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共7頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。前兩個(gè)字節(jié)用于存放發(fā)布溫度轉(zhuǎn)換命令后得到的溫度值的補(bǔ)碼形式。單片機(jī)可以通過(guò)接口得到該數(shù)據(jù)。以先讀低位再讀高位的方式讀取。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共7頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。3、DS18B20測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖所示。圖4：測(cè)溫原理圖我們可以看到圖4中有兩個(gè)計(jì)數(shù)器。分別由兩個(gè)溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的固定頻率的脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)。溫度的變化對(duì)低溫系數(shù)晶振影響小，對(duì)高溫度系數(shù)晶振影響大。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器的初始值為零下55度對(duì)應(yīng)的一個(gè)數(shù)值。每當(dāng)來(lái)一個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器1就減1，當(dāng)其減到0時(shí)，溫度計(jì)數(shù)器就加1，此時(shí)預(yù)置值又會(huì)重新送入計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器。以上步奏一直循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器2的值也為0時(shí)，溫度寄存器就停止計(jì)數(shù)。此時(shí)，溫度值即為溫度寄存器中值。另外還有一個(gè)斜率累加器，溫度測(cè)量過(guò)程中存在非線性。用它來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償和修正。同時(shí)也用于修正計(jì)數(shù)器的預(yù)置值。用9位數(shù)據(jù)格式表示DS18B20的分辨率，分辨率為0.5℃4、DS18B20使用時(shí)的注意事項(xiàng)DS18B20被廣泛應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)中，因其它便于連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，誤差小，口線占用少，但以下幾點(diǎn)問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中仍應(yīng)該注意。（1）在對(duì)它進(jìn)行編程時(shí)，必須遵循讀寫的時(shí)序，不然無(wú)法得到測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。因?yàn)槲⑻幚砥髋cDS18B20之間采用串行數(shù)據(jù)傳送。因其硬件方面創(chuàng)造了良好地條件，盡可能的減小了硬件的體積，所以我們需要在軟件方面進(jìn)行補(bǔ)償。在使用PLM或C語(yǔ)言等語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序時(shí)，最好采用匯編語(yǔ)言對(duì)DS18B20部分進(jìn)行編程。（2）雖然說(shuō)可以在單個(gè)總線上接多個(gè)DS18B20，但實(shí)際上并非說(shuō)可以接無(wú)數(shù)個(gè)。單個(gè)總線上所加的DS18B20若超過(guò)8個(gè)，就會(huì)影響微處理器總線的驅(qū)動(dòng)，這又需要解決驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。（3）當(dāng)設(shè)計(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)距離較長(zhǎng)時(shí)，需要充分考慮到是否會(huì)影響正常測(cè)溫。連接DS18B20的總線電纜并不是無(wú)線長(zhǎng)的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，若采用長(zhǎng)度超過(guò)50米的普通信號(hào)電纜進(jìn)行傳輸，讀得的溫度數(shù)據(jù)將會(huì)產(chǎn)生很大誤差。因?yàn)榭偩€分布電容會(huì)使得信號(hào)波形畸變。當(dāng)使用雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常傳輸長(zhǎng)度為150米。如果還要增加通訊的距離，在保證通訊正常的情況下，可以使用絞合次數(shù)較多的雙絞線帶屏蔽電纜。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共8頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。（4）測(cè)溫電纜最好使用屏蔽的四芯雙絞線。屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。一對(duì)線連接信號(hào)線和地線，另一對(duì)線連接電源和地線。設(shè)計(jì)溫度測(cè)量程序過(guò)程中，向其發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，它會(huì)給予程序一個(gè)反饋，即返回信號(hào)。一旦某處有接觸不良或者斷線的情況，程序就讀不到DS18B20給的返回信號(hào)，此時(shí)程序便會(huì)陷入死循環(huán)。這樣就不能實(shí)現(xiàn)溫度的轉(zhuǎn)換。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共8頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。（三）顯示屏的選擇本次顯示屏使用LCD1602液晶顯示屏。1、LCD1602簡(jiǎn)介字符型液晶。使用非常廣泛，專門用于顯示字母、數(shù)字等的點(diǎn)陣型液晶模塊。能夠同時(shí)顯示2行16列即32個(gè)字符。由若干個(gè)點(diǎn)陣字符組成。一個(gè)字符由一個(gè)點(diǎn)陣字符位來(lái)顯示。每個(gè)點(diǎn)陣字符位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔起到了字符間距的作用。每行之間也有間隔，起到了行間距的作用。正是因?yàn)橛羞@些間距，所以若用它來(lái)顯示圖形，就會(huì)比較達(dá)不到預(yù)期效果。2、LCD1602管腳介紹標(biāo)準(zhǔn)LCD1602有16個(gè)腳接口：[1]GND：電源接地。[2]VCC：接5V電源的正極。[3]VL：可調(diào)整液晶顯示器對(duì)比度。由電壓決定。接電源正極時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高。但對(duì)比度不能過(guò)高，過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影，這樣便不利于觀看。這時(shí)可接一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整。[4]RS：選擇寄存器。高電平----數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，低電平----指令寄存器。[5]RW：讀寫信號(hào)線。讀操作時(shí)接高電平，寫操作時(shí)接低電平。[6]EN：使能端。高電平----讀取信息，負(fù)跳變----執(zhí)行指令。[7~14]D0~D7：8位雙線數(shù)據(jù)端。[15]BL+：空腳或背燈電源，背光正極。[16]BL-：空腳或背等電源，背光負(fù)極。3、LCD1602特性嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共9頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。LCD1602已經(jīng)有160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形已經(jīng)存儲(chǔ)于液晶內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器。包含常用符號(hào)、阿拉伯?dāng)?shù)字、大小寫英文字母、日本假名等。每個(gè)字符都有固定代碼。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共9頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。在單片機(jī)編程中，我們還可用字符型常量或變量賦值。PC中的字符代碼和CGROM中存儲(chǔ)的字符代碼基本一致。所以我們向DDRAM寫C51字符代碼程序時(shí)可以用P1=‘A’表示。PC在編譯時(shí)把‘A’轉(zhuǎn)換成代碼了。（1）用戶可自定義字符圖形字符代碼范圍（CGROM）：0x00~0x7F。（2）標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼字符代碼范圍：0x20~0x7F（3）日文字符和希臘文字符代碼范圍：0xA0~0xFF（4）其他的56字符碼無(wú)定義。圖5：CGROM中文字符碼與字符字模關(guān)系對(duì)照表以下是LCD1602的十六進(jìn)制ASCII碼表地址。按照先上在下，先左后右原則讀取。表6：LCD1602的十六進(jìn)制ASCII碼表地址RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0說(shuō)明清顯示0000000001將DDRAM填滿“20H”，并設(shè)定DDRAM的地址計(jì)數(shù)器到“00H”歸位000000001*DDRAM的地址計(jì)數(shù)器設(shè)為“00H”，將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)處。該指令不改變DDRAM內(nèi)容顯示開關(guān)控制指令0000001DCBD=1：整體顯示ONC=1：游標(biāo)ONB=1：游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入模式設(shè)置指令00000001I/DSI/D=1：光標(biāo)或閃爍向右移動(dòng)，AC加1I/D=0：光標(biāo)或閃爍向左移動(dòng)，AC減1S整個(gè)顯示移動(dòng)功能設(shè)定00001DLNF**DL=0/1:4/8位數(shù)據(jù)N=0/1：?jiǎn)涡?雙行顯示F=0/1：5*8/5*10點(diǎn)陣顯示模式設(shè)置CGRAM地址0001AC5AC設(shè)定DDRAM地址0010AC5AC嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共10頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。讀忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC5AC嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共10頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。寫RAM指令10D7D6D5D4D3D2D1D0將數(shù)據(jù)D7-D0寫入到內(nèi)部RAM，將用戶自定義字符寫入CGRAM中，D7~D5為000，D4~D0為5點(diǎn)字模數(shù)據(jù)讀RAM指令11D7D6D5D4D3D2D1D0從內(nèi)部RAM讀取數(shù)據(jù)D7-D0三、硬件電路的設(shè)計(jì)嬰幼兒實(shí)時(shí)體溫檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為微處理單元進(jìn)行控制。使用按鍵來(lái)改變功能設(shè)定已經(jīng)設(shè)定增加或減小設(shè)定溫度范圍值。最后將溫度傳感器采集的溫度值與設(shè)定的溫度范圍值比較后決定報(bào)警電路是否報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖6所示：AT89C51報(bào)警電路顯示電路溫度傳感器按鍵設(shè)定圖6：嬰幼兒實(shí)時(shí)體溫檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)框圖（一）單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前，單片機(jī)的開發(fā)沒(méi)有給用戶提供一個(gè)通用的最小系統(tǒng)，只能仿真單片機(jī)。由本課題的設(shè)計(jì)要求我們知道，我們需要做一個(gè)最小系統(tǒng)，應(yīng)用在一些小的控制單元。它的特點(diǎn)為：（1）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。（2）P1、P2、P3、P4均可供用戶使用。（3）內(nèi)部只有4KB地址空間存儲(chǔ)器。圖7：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)原理圖嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共11頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖7所示，系統(tǒng)中有四個(gè)雙向并行輸入輸出端，分別為P0口、P1口、P2口、P3口，都可以輸入和輸出數(shù)據(jù)。P3口的8條口線都定義有第二功能，在第二章中有詳細(xì)介紹。時(shí)鐘電路用來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘控制信號(hào)，控制單片機(jī)在一定時(shí)間段內(nèi)讀取溫度傳感器測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)并與設(shè)定溫度范圍進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。該單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器構(gòu)成振蕩器，該放大器的兩個(gè)引腳XTAL1和XTAL2連接兩個(gè)微調(diào)電容和石英晶體振蕩器，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。該電路中的兩個(gè)微調(diào)電容選擇30pF。起振的快速性、振蕩器的穩(wěn)定性以及振蕩器頻率的高低都會(huì)受到該電容大小的影響。晶體的振蕩頻率為12MHz。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共11頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。當(dāng)EA引腳接高電平時(shí)，對(duì)只讀存儲(chǔ)器的讀操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始。當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，會(huì)自動(dòng)延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。我們通過(guò)外接一個(gè)有電容、電阻以及開關(guān)組成的最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位操作。因?yàn)槲覀冞x用的時(shí)鐘頻率為12MHz，所以可推出C1的值為47μf。當(dāng)按鍵按下時(shí)，RESET引腳的為高電平，電路復(fù)位。（二）溫度傳感電路設(shè)計(jì)DS18B20的管腳如圖8所示。圖8：DS18B20的管腳排列圖DS18B20與AT89C51單片機(jī)的有兩種連接方式。如圖：一、VCC接電源。GND接地，I/O口與AT89C51單片機(jī)的I/O線相連。二、用寄生電源供電。UDD、GND接地，I/O接AT89C51單片機(jī)I/O。我們用第一種連接方法。如圖9所示：1號(hào)管腳接地，2號(hào)管腳連接單片機(jī)的P2.0管腳。3號(hào)管腳接電源。圖9：DS18B20溫度傳感器原理圖DS18B20有六條控制命令，如表7所示：表7：DS18B20控制命令表中央處理器對(duì)DS18B20的訪問(wèn)流程是：初始化DS18B20操作只讀存儲(chǔ)器操作存儲(chǔ)器以及操作數(shù)據(jù)。每一次操作DS18B20的都必須遵循嚴(yán)格的工作時(shí)序和通信協(xié)議。例如DS18B20需要實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換，根據(jù)通訊協(xié)議，須經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟：1、首先需要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，才能進(jìn)行讀寫操作。2、發(fā)送一條ROM指令在成功復(fù)位后。3、發(fā)送RAM指令。經(jīng)過(guò)以上步驟才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。（三）報(bào)警電路的設(shè)計(jì)嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共12頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。圖10：蜂鳴報(bào)警器電路原理圖嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共12頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。實(shí)際電路如圖10所示。首先在單片機(jī)中對(duì)溫度檢測(cè)電路測(cè)得的溫度與通過(guò)按鍵設(shè)定的上下溫度范圍值進(jìn)行比較。比較的結(jié)果將直接決定于P0.0口是高電平還是低電平。將單片機(jī)的P0.0端口與三極管的基極連接來(lái)控制報(bào)警，工作原理具體如表8所示。表8：蜂鳴器控制原理測(cè)量的溫度與設(shè)定的最高溫度比較測(cè)量溫度與設(shè)定最低溫度比較P0.0端口電平基極輸入三極管蜂鳴器大于小于低電平0導(dǎo)通工作小于大于高電平1截止不工作（四）按鍵電路的設(shè)計(jì)圖11：按鍵電路原理圖本系統(tǒng)三個(gè)按鍵占用了三個(gè)I/O口，分別接在AT89C51單片機(jī)的P2口的P2.5P2.6P2.7引腳上。P2.4為k2鍵，P2.6為k3鍵，P2.7為k4鍵。像這樣每個(gè)按鍵都接一個(gè)接口，各有一根輸入線，觀察輸入線的電平狀態(tài)即可判斷是哪個(gè)鍵被按下。根據(jù)本系統(tǒng)要求，將三個(gè)按鍵分別設(shè)置為功能切換鍵，加一鍵和減一鍵。通過(guò)按鍵我們可以設(shè)置溫度的上下限，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能（五）顯示電路的設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示器中不單單只有液晶顯示器。它是集集成電路，背光源，結(jié)構(gòu)器件，連接器件，pcb板于一體的組件。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們需要顯示實(shí)時(shí)溫度，同時(shí)還要顯示設(shè)置溫度上下限范圍界面。所以為了讓顯示的界面更加清晰，便于操作與查看，本次設(shè)計(jì)中我們選用LCD1602。下面是各管腳連接方式的介紹:[第1腳]：接地。[第2腳]：接4.5V電源正極。[第3腳]：調(diào)整對(duì)比度端口。按照要求，我們通過(guò)連接一個(gè)10K的電位器。[第4腳]：選擇寄存器端口。連接單片機(jī)P3.0端口。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共13頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。[第5腳]：選擇讀寫信號(hào)端口。如果需要進(jìn)行讀操作，則接高電平，如果需要進(jìn)行寫操作，則接低電平。連接AT89C51單片機(jī)P3.1端口。嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共13頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。[第6腳]：使能端。只有在高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。連接AT89C51單片機(jī)P3.2端口。[第7～14腳]：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，分別連接AT89C51單片機(jī)P1.0~P1.7端口。[第15腳]：背光正極，接電源。[第16腳]：背光負(fù)極，接地。與AT89C51單片機(jī)的連接如圖12所示。圖12：LCD1602液晶顯示連接原理圖四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在運(yùn)行時(shí)首先需要在主程序中對(duì)需要對(duì)各個(gè)用到的端口進(jìn)行初始化工作，各中斷程序以及按鍵程序進(jìn)行初始化。完成初始化后，調(diào)用測(cè)溫程序以及顯示程序?qū)?shí)時(shí)測(cè)得的溫度送入LCD1602液晶顯示。而溫度的上下限通過(guò)中斷的方式來(lái)設(shè)定。將P2.5的k2鍵設(shè)定為功能切換鍵，將P2.6的k3鍵設(shè)定為溫度增加鍵，將P2.7的k4鍵設(shè)定為溫度減少鍵。（二）中斷程序的設(shè)計(jì)為了數(shù)據(jù)正常傳輸，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中需要有五個(gè)中斷請(qǐng)求源。若需要屏蔽所有中斷請(qǐng)求時(shí)，輸入指令“CLREA”；若需要CPU接收所有中斷指請(qǐng)求，則輸入指令“SETEA”。單片機(jī)相應(yīng)中斷后，我們就進(jìn)入了中斷服務(wù)程序。該設(shè)計(jì)中的中斷請(qǐng)求源我們選用INTO。五、性能測(cè)試與分析（一）性能測(cè)試為了檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是否能夠準(zhǔn)確地測(cè)量溫度，我們將其與另一只測(cè)試準(zhǔn)確的電子體溫計(jì)進(jìn)行對(duì)比。我們?cè)趯嬍疫M(jìn)行試驗(yàn)，條件有限，所以首先對(duì)常溫下的水以及熱水進(jìn)行測(cè)量。圖13：水溫測(cè)試圖表9：水溫測(cè)試數(shù)據(jù)表嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電子體溫計(jì)嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。常溫25.8℃熱水44.1℃因?yàn)?，我們所設(shè)計(jì)的嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器主要針對(duì)的是測(cè)量體溫，所以，我們還對(duì)三位同學(xué)的體溫進(jìn)行了測(cè)量。為了方便觀看，我們通過(guò)同時(shí)測(cè)量手心溫度來(lái)觀察。圖14：手心溫度測(cè)量圖表10：手心溫度測(cè)試數(shù)據(jù)表畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電子體溫計(jì)同學(xué)A35.5℃同學(xué)B36.1℃同學(xué)C35.6℃通過(guò)表格的比較，我們可以發(fā)現(xiàn)，我們所設(shè)計(jì)的嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器基本符合本次設(shè)計(jì)的要求，但是還是有細(xì)小的誤差。（二）誤差分析溫度測(cè)量基本符合要求，但仍然存在細(xì)小的誤差，通過(guò)分析，我們得出以以下幾點(diǎn)原因：（1）硬件電路的細(xì)小誤差：在制作電路板的時(shí)候的存在細(xì)小誤差，由做工精細(xì)度引起。（2）軟件程序的細(xì)小誤差：在編程時(shí)，由數(shù)據(jù)、延時(shí)等引起的細(xì)小的差異。六、全文總結(jié)（一）經(jīng)濟(jì)效益分析嬰幼兒體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警器全文共15頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要是為了保證在嬰幼兒體溫超過(guò)正常范圍時(shí)及時(shí)提醒父母，從而避免了嬰幼兒因體溫失常造成疾病，同時(shí)減輕了父母的看護(hù)壓力和精神負(fù)擔(dān)。根據(jù)我們前面介紹的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我們可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市面上也有很多實(shí)時(shí)測(cè)溫