基于單片機(jī)的非接觸式紅外體溫計(jì)設(shè)計(jì)

1、 本 科 畢 業(yè) 論 文 非接觸式紅外體溫計(jì)的設(shè)計(jì)Design of Contactless Infrared Thermometer System學(xué)院名稱： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 年 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得安陽(yáng)工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)

2、明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解安陽(yáng)工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目錄摘要IAbstractII引言1第一章 系統(tǒng)主要芯片介紹21.1 STC89C52芯片簡(jiǎn)介21.2 紅外溫度模塊簡(jiǎn)介31.2.1 TN901紅外測(cè)溫模塊31.2.2 紅外測(cè)溫原理31.2.

3、3 紅外測(cè)溫模塊的工作時(shí)序41.3 LCD1602顯示器簡(jiǎn)介4第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)62.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖62.2 單片機(jī)的主控電路設(shè)計(jì)62.3 紅外溫度傳感器模塊電路的設(shè)計(jì)72.4 LCD1602設(shè)計(jì)原理圖82.5 按鍵電路的設(shè)計(jì)82.6 系統(tǒng)其它硬件電路92.6.1 系統(tǒng)的電源電路92.6.2 系統(tǒng)晶振電路92.6.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)10第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)113.1軟件編譯KeilC51開發(fā)環(huán)境113.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求及任務(wù)113.3 系統(tǒng)主程序流程圖113.4紅外測(cè)溫流程圖12第四章 制作與調(diào)試154.1 軟件調(diào)試154.2 硬件調(diào)試154.3 系統(tǒng)誤差分析及處理164.4 系統(tǒng)的制

4、作與調(diào)試16結(jié)論18致謝19參考文獻(xiàn)20附錄21非接觸式紅外體溫計(jì)的設(shè)計(jì)摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)溫儀器自身存在的諸多缺點(diǎn)以及在現(xiàn)實(shí)生活中所暴露的使用不便，缺少安全性等缺陷，提出了一種非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)是以STC89C52作為紅外測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)傳輸和控制核心。此外，還設(shè)計(jì)了報(bào)警模塊、顯示電路、功能按鍵等外圍模塊。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)溫度的顯示，以及對(duì)后者過(guò)限時(shí)報(bào)警，同時(shí)還能對(duì)溫度測(cè)量報(bào)警的上下限進(jìn)行調(diào)節(jié)。它的最大的創(chuàng)新不僅僅是因?yàn)榭梢詼y(cè)量基本的溫度，更在于它可以控制繼電器電路使溫度在測(cè)量范圍內(nèi)。它的安全性，方便性更有利于普通百姓的使用。本次紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了測(cè)

5、溫的穩(wěn)定性及可靠性。該系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、傳輸效率高、測(cè)量精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：STC89C52；報(bào)警；紅外測(cè)溫Design of Contactless Infrared Thermometer SystemAbstract：In view of the traditional temperature measuring instrument , there are many shortcomings, And in real life it exposes much inconvenience,lacks of safety , so i put forward this des

6、ign of contactless infrared temperature measurement system . The system is based on single chip microcomputer STC89C52 that as being the center of infrared measuring temperature sensor datas transmission and regulation.In addition, it is also equipped with alarm circuits,key switch, liquid crystal d

7、isplay output and key circuits. This system realize real-time temperature display, and give an alarm when the temperature beyond limitation configured, surely the limitation can be changed else.The systems biggest innovation not only in the realization of basic functions temperature measurement,but

8、also can control a relay circuit to get the temperature in measuring range.Its safety, convenience are more helpful of the use of the common people. The design of infrared temperature measurement system simplify the circuit structure, improve the stability and reliability of measuring temperature. T

9、he great reaction speed, high transmission efficiency, high accuracy and high reliability is also its advantage.Key words：STC89C52; alarm; infrared temperature measurementII引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生活水平的提高，人們對(duì)自身身體情況愈來(lái)愈重視。體溫是人體生命活動(dòng)最基本的特征，也是觀察人體機(jī)能是否正常的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)在各種流行病比較多，傳染性比較強(qiáng)，傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫系統(tǒng)有很大的局限性，特別是在高發(fā)病的場(chǎng)所諸如學(xué)?；蛘呖瓦\(yùn)中心

10、等等。目前，傳統(tǒng)的測(cè)溫儀器存在的缺陷開始被人們所認(rèn)識(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確度低，等待時(shí)間長(zhǎng)，使用不當(dāng)還會(huì)發(fā)生意想不到的事故等。非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的開發(fā)，將能很好的代替?zhèn)鹘y(tǒng)測(cè)溫儀器，彌補(bǔ)他們的不足與使用的不便。它的響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，更適合兒童在平時(shí)的生活中獨(dú)立完成體溫測(cè)量。當(dāng)今社會(huì)，紅外測(cè)溫技術(shù)已在工業(yè)、石化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、安全監(jiān)控與防范和科學(xué)研究等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，在傳統(tǒng)的測(cè)溫系統(tǒng)中注入現(xiàn)代科技的元素，它所具備的響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，較傳統(tǒng)溫度儀器更加能滿足人們生活生產(chǎn)的需求，必定會(huì)占領(lǐng)相當(dāng)大的市場(chǎng)，受到人們的青睞5。近20年來(lái)，我國(guó)的紅外測(cè)溫技術(shù)得

11、到迅速的發(fā)展,并逐步應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域。紅外檢測(cè)技術(shù)，它是一種在線監(jiān)測(cè)不停電式高科技檢測(cè)技術(shù)，能對(duì)電氣設(shè)備的故障缺陷及絕緣性能做出可靠的預(yù)測(cè)，滿足了現(xiàn)代電力企業(yè)對(duì)電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行的要求。此無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)包括硬件電路部分和軟件部分。硬件電路采用STC89C52單片機(jī)作為控制核心，主要包括以下幾個(gè)部分：紅外測(cè)溫電路、報(bào)警電路，顯示電路，按鍵電路和繼電輸出控制電路等。軟件設(shè)計(jì)主要包括：主程序、紅外測(cè)溫模塊、報(bào)警模塊、功能按鍵模塊、顯示模塊、繼電輸出模塊等子程序。該系統(tǒng)在工作時(shí)，操作者先將紅外測(cè)量?jī)x對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量者，接通電源，等待2秒鐘，隨后紅外傳感器就會(huì)把溫度信號(hào)傳送到STC89C52中進(jìn)行處理，然

12、后送1602顯示。該系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)報(bào)警的上下限，當(dāng)實(shí)時(shí)溫度低于設(shè)定溫度，綠燈亮，蜂鳴器響；高于設(shè)定溫度蜂鳴器響，紅燈亮；正常溫度蜂鳴器不響，黃燈亮。另外，該系統(tǒng)還可以測(cè)量物體溫度，當(dāng)物體溫度過(guò)限時(shí)，繼電器會(huì)閉合，同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的自己設(shè)定的動(dòng)作來(lái)使目標(biāo)溫度控制在要求范圍內(nèi)。第一章 系統(tǒng)主要芯片介紹1.1 STC89C52芯片簡(jiǎn)介STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)如圖1-1所示4

13、。圖1-1 STC89C52引腳結(jié)構(gòu)圖STC89C52單片機(jī)芯片的引腳介紹如下：管腳18：P1口，8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。管腳9：RESET復(fù)位鍵，單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)輸入端，對(duì)高電平有效。當(dāng)進(jìn)行復(fù)位時(shí)，要保持RST管腳大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。管腳10，11：RXD串口輸入TXD串口輸出。管腳1219：P3口，P3.2為 INT0中斷0，P3.3為INT1中斷1，P3.4為計(jì)數(shù)脈沖T0，P3.5為計(jì)數(shù)脈沖T1，P3.6為WR寫控制，P3.7為RD讀控制輸出端。管腳2128：P2 口，8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。管腳29：P

14、SEN片外Rom選通端，單片機(jī)對(duì)片外Rom操作時(shí)29腳(PSEN)輸出低電平。管腳30：ALE/PROG地址鎖存器。管腳31：EA rom取指令控制器 高電平片內(nèi)取 低電平片外取。管腳3239：P0口，雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。 管腳40：電源+5V。1.2 紅外溫度模塊簡(jiǎn)介 1.2.1 TN901紅外測(cè)溫模塊TN901紅外傳感器輸出的是數(shù)字信號(hào)，TN901傳感器芯片管腳如圖1-2所示：圖1-2 TN9紅外測(cè)溫模塊接口管腳5是V為電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，一般取3.3V；管腳4為D是數(shù)據(jù)接收引腳，沒(méi)有

15、數(shù)據(jù)接收時(shí)D為高電平；管腳3為C為2KHz Clock輸出引腳；管腳2為G是接地引腳；管腳1是A為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)引腳，低電平有效6。1.2.2 紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫傳感器是接收目標(biāo)物體的熱輻射并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。所有物體都會(huì)發(fā)出紅外線能量，物體越熱，其分子就愈加活躍，目標(biāo)輻射波長(zhǎng)越短，它所發(fā)出的紅外線能量也就越多。紅外溫度模塊中的光學(xué)裝置，可以收集物體的輻射紅外線能量，并把該能量聚焦在探測(cè)器上，能量經(jīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并被放大、顯示出來(lái)8。由普朗克黑體輻射原理：光學(xué)常數(shù)輻射出射度斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)被測(cè)對(duì)像的輻射率紅外溫度計(jì)的輻射率被測(cè)對(duì)像熱力學(xué)溫度紅外溫度計(jì)熱力學(xué)溫度通過(guò)紅外傳感器接收到的

16、能量峰值信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)即可計(jì)算出目標(biāo)溫度。探測(cè)器輸出的信號(hào)與目標(biāo)溫度呈非線性的關(guān)系，所以需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。線性化處理后得到物體的表觀溫度，然后對(duì)其進(jìn)行輻射率修正，轉(zhuǎn)化成真實(shí)溫度，由于調(diào)制片輻射信號(hào)的影響，還需作溫度的補(bǔ)償，即真實(shí)溫度加上環(huán)境溫度才能最終得到被測(cè)物體的實(shí)際溫度3。1.2.3 紅外測(cè)溫模塊的工作時(shí)序TN9紅外傳感器向單片機(jī)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)共有5個(gè)BYTE組成，如表1-1所示。表1-1 信息格式ItemMSBLSBSumCR Item：“L”(4CH)：Tobj (目標(biāo)溫度)，“f”(66H)：Tamb (環(huán)境溫度) MSB：8 bit Data 最高有效位 LSB：8 bit

17、Data最低有效位 Sum：Item+MSB+LSB=Sum CR：0DH,結(jié)束信息單片機(jī)在時(shí)鐘的下降沿接收數(shù)據(jù)，一次溫度測(cè)量需接收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這五個(gè)字節(jié)中：Item為0x4c表示測(cè)量目標(biāo)溫度，0x66表示測(cè)量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)；Sum為驗(yàn)證碼，接收正確Sum=Item+MSB+LSB；CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。1.2.4 紅外測(cè)溫模塊溫度值計(jì)算 無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到Item為0x4cH或者0x66H，同時(shí)檢測(cè)到CR為0x0dH，它們的溫度計(jì)算方法都相同。計(jì)算公式為：實(shí)際溫度值=tem

18、p/16-273.15。其中273.15為華氏轉(zhuǎn)攝氏的單位轉(zhuǎn)換差值7。Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時(shí)高八位為MSB，低八位為L(zhǎng)SB；比如MSB為0x10H，LSB為0x2bH，則Temp為十六進(jìn)制時(shí)是0x142bH，十進(jìn)制時(shí)是5163，則測(cè)得實(shí)際溫度值為5163/16-273.15=49.537。1.3 LCD1602顯示器簡(jiǎn)介在本系統(tǒng)中，需要將實(shí)時(shí)時(shí)鐘與測(cè)量出來(lái)的溫度值顯示出來(lái)，LCD顯示器的微功耗，體積小，顯示內(nèi)容豐富，超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)非常符合系統(tǒng)需求。本次使用的LCD1602顯示器模塊為57點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，內(nèi)帶ASCII字符庫(kù)。LCD1602模塊內(nèi)部可以完成顯

19、示掃描，單片機(jī)只要向LCD1602發(fā)送命令和顯示內(nèi)容的ASCII碼。LCD1602顯示器的工作電壓為4.55.5V，在本系統(tǒng)中，采用的電壓為5V，字符尺寸為2.954.35(WXH)mm。LCD1602顯示芯片引腳如圖1-3所示1。圖1-3 LCD1602芯片引腳圖第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度或者直接接地。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行

20、讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳。LCD1602液晶顯示器寄存器選擇控制如表1-2所示。表1-2 寄存器選擇控制表RSR/W操作說(shuō)明00寫入指令寄存器D0D701讀取輸出的D0D7的狀態(tài)字10寫入數(shù)據(jù)寄存器D0D711從D0D7讀取數(shù)據(jù)開始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0。讀取狀態(tài)字時(shí)，注意D7位，D7為1，禁止讀寫操作；D7為0，允許讀寫操作。所以對(duì)控制器每次進(jìn)行讀寫操作前，必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)。第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件原理圖采用Altium Designer進(jìn)

21、行設(shè)計(jì)，Altium Designer主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過(guò)把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高11。2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心，外圍主要包括：TN9紅外傳感器模塊，報(bào)警電路，LCD1602顯示模塊，功能按鍵、晶振電路和繼電器輸出電路組成，如圖2-1所示。繼電器輸出電路 晶振電路 STC89C52 單片機(jī)LCD1602液晶顯示器 功能按鍵 報(bào)警電路 電源

22、電路 紅外測(cè)溫模塊 圖2-1系統(tǒng)整體框圖2.2 單片機(jī)的主控電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，從價(jià)格，熟悉程度以及滿足系統(tǒng)的需求等方面考慮采用了51系列STC89C52單片機(jī)。單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，其接口電路如圖2-2所示。圖2-2 STC89C52接口電路STC89C52單片機(jī)連接系統(tǒng)的各個(gè)模塊，P0口接上LCD1602顯示器模塊的數(shù)據(jù)線，P1.0，P1.1作為L(zhǎng)CD1602的控制信號(hào)；P2.0，P2.1，P2.2接紅外測(cè)溫模塊；P1.2，P1.3和P1.4分別接紅、綠、黃三個(gè)LED指示燈；P1.5接繼電器輸出電路；P3.2，P3.3，P3.4，P3.5接4個(gè)功能按鍵。由于P0

23、口為開漏式，只有一個(gè)模式管，故在設(shè)計(jì)中加了一個(gè)上拉電阻J2，為的是增加P0口的驅(qū)動(dòng)能力。2.3 紅外溫度傳感器模塊電路的設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(cè)器，內(nèi)部有溫度補(bǔ)償電路和線性處理電路，使本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得到了簡(jiǎn)化。TN9紅外模塊接口如圖圖2-3所示2。圖2-3 TN9紅外模塊接口電路圖TN9紅外模塊的工作過(guò)程:系統(tǒng)正常上電，當(dāng)進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，將TN9的紅外傳感器探頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量者的額頭，隨即按下功能按鍵0，即開始鍵，單片機(jī)通過(guò)向測(cè)試腳提供一個(gè)高電平的信號(hào)，

24、即啟動(dòng)紅外測(cè)溫。在時(shí)鐘的下降沿開始讀數(shù)據(jù)，共5個(gè)字節(jié)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字節(jié)為4CH（或66H），且第5個(gè)字節(jié)為0DH時(shí)，讀取的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，否則讀取的數(shù)據(jù)無(wú)效，數(shù)據(jù)讀取后，單片機(jī)對(duì)讀到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后送LCD1602顯示。2.4 LCD1602設(shè)計(jì)原理圖本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示器，相比于LED，LCD1602需要的管腳少，電路圖和實(shí)物比較簡(jiǎn)單。同時(shí)LCD1602還可以顯示字母和數(shù)字，LED就只能顯示數(shù)字。LCD1602顯示是從系統(tǒng)上電運(yùn)行時(shí)就開始顯示時(shí)間，該顯示模塊與單片機(jī)的連接如圖2-4所示。圖2-4 LCD1602顯示電路圖RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選

25、指令寄存器；通過(guò)單片機(jī)的P0.2口控制，R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。由于本設(shè)計(jì)中只需要對(duì)液晶進(jìn)行寫操作，為了節(jié)省單片機(jī)引腳資源，它直接接為低電平；EN端為使能端，當(dāng)EN端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令，通過(guò)單片機(jī)P0.4口控制。圖3-6中的R8是一個(gè)5K歐姆的滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變它的數(shù)值，可調(diào)節(jié)顯示器的對(duì)比度10。2.5按鍵電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)開啟紅外測(cè)溫功能只需按下電源電路中的開關(guān)，LCD1602上能對(duì)報(bào)警上下限進(jìn)行調(diào)整，比如數(shù)字的加和減以及調(diào)整完之后的確認(rèn)，經(jīng)過(guò)設(shè)想，最終系統(tǒng)的功能按鍵設(shè)置為4個(gè)，均采用獨(dú)立按鍵模塊，電路原理圖如下圖2-5所示。

26、圖2-5 系統(tǒng)按鍵電路原理圖鍵盤模塊采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，采用4個(gè)獨(dú)立式鍵盤。相較于矩陣鍵盤，獨(dú)立式鍵盤是一種常開型按鍵開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合，最大的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，程序編寫比較簡(jiǎn)單。4個(gè)按鍵的功能具體如下： 按鍵S3:調(diào)節(jié)報(bào)警上下限的功能按鍵，按下后進(jìn)入調(diào)整狀態(tài)；按鍵S4：在跳針的情況下，實(shí)現(xiàn)“加”功能；按鍵S5：在跳針的情況下，實(shí)現(xiàn)“減”功能；按鍵S6：對(duì)上述“加減”功能調(diào)節(jié)后的確認(rèn)鍵。2.6 系統(tǒng)其它硬件電路2.6.1 系統(tǒng)的電源電路電源電路原理圖如圖2-6所示。圖2-6 電源電路接口系統(tǒng)使用的電源為5V，由外部引入，二極管作為電源指示燈，C4、C5起濾波

27、的作用。2.6.2 系統(tǒng)晶振電路STC89C52單片機(jī)引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及C2、C3的連接如圖2-7所示。圖2-7系統(tǒng)晶振電路原理圖晶振的作用是給單片機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的節(jié)拍,C2，C3這兩個(gè)電容叫晶振的負(fù)載電容，接法如上圖所示，大小為30pF，它會(huì)影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，也是使振蕩頻率更穩(wěn)定。實(shí)際上等同于電容三點(diǎn)式電路的分壓電容，接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)，以接地點(diǎn)作為參考點(diǎn)，振蕩引腳的輸入和輸出是反相的。當(dāng)兩個(gè)電容量相等時(shí)，反饋系數(shù)是0.5，一般是可以滿足振蕩條件的，但如果不易起振或振蕩不穩(wěn)定可以減小輸入端對(duì)地電容量,而增加輸出端的值以提高反饋量。2.6.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)該

28、系統(tǒng)的報(bào)警電路的原理圖如圖2-8所示。圖2-8 報(bào)警電路原理圖 報(bào)警電路實(shí)際就是蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，R6為限流電阻，防止電路電流過(guò)大損壞其他器件。FM輸出的是控制信號(hào)，Q1可以看做是個(gè)電子開關(guān)，用來(lái)控制蜂鳴器的控制中斷。當(dāng)FM口輸出高電平時(shí)，Q1飽和導(dǎo)通，蜂鳴器獲得電工作發(fā)出鳴響，當(dāng)FM口輸出低電平時(shí)Q1截止蜂鳴器失電，停止工作。第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件編譯KeilC51開發(fā)環(huán)境Kei1C51集成開發(fā)環(huán)境是美國(guó)KeilSoftwaer公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Kei1C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，編譯后生

29、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(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求及任務(wù)軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它具有充分的靈活性與可修改性，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求而變化。在硬件結(jié)構(gòu)一定的情況下，通過(guò)改變軟件就能實(shí)現(xiàn)不同的功能。本設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件方面全部采用C語(yǔ)言編寫，以提高系統(tǒng)的可讀性和可移植性。其設(shè)計(jì)方法和硬件設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，采用模塊對(duì)應(yīng)進(jìn)行編寫，將系統(tǒng)的硬件劃分為相應(yīng)的子程序模塊，分別進(jìn)行編寫、調(diào)試，使整個(gè)程序看起來(lái)簡(jiǎn)潔，明了，在調(diào)試過(guò)程中也方便自己發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，提高了編程的效率。整個(gè)系統(tǒng)軟件主要包括主程序、紅外測(cè)溫模塊、功能按鍵

30、模塊、顯示模塊等子程序。3.3 系統(tǒng)主程序流程圖主程序的運(yùn)行過(guò)程：系統(tǒng)正常上電，開始初始化，對(duì)功能按鍵進(jìn)行掃描處理，看是否有按鍵按下，如果有，則進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，對(duì)上下限進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果沒(méi)有，則顯示測(cè)的溫度，且對(duì)過(guò)限的溫度進(jìn)行報(bào)警，相應(yīng)LED指示燈亮，繼電器閉合，執(zhí)行根據(jù)自己設(shè)定的動(dòng)作，阻止過(guò)限的繼續(xù)。主程序流程圖如圖3-1所示。 圖3-1 系統(tǒng)主流程圖3.4紅外測(cè)溫流程圖紅外傳感器模塊流程圖如圖3-2所示。圖3-2 紅外測(cè)溫流程圖 如流程圖所示：系統(tǒng)正常上電，開始初始化，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(gè)字節(jié)是否為0DH，因?yàn)閱纹瑱C(jī)每一次讀取5個(gè)BYT

31、E，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)BYTE和最后一個(gè)BYTE分別同時(shí)為4CH（或66H）和0DH時(shí)，才認(rèn)為這是一個(gè)有效的數(shù)據(jù)，否則單片機(jī)將不停地進(jìn)行讀取。如果是，則進(jìn)行溫度的計(jì)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)行溫度的讀取。第4章 制作與調(diào)試4.1軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)由于需要外界環(huán)境作為媒介才能完成仿真，所以我沒(méi)有進(jìn)行最后的仿真，僅僅用Altium designer進(jìn)行了編譯，程序部分用KeilC51進(jìn)行了編譯。在進(jìn)行該過(guò)程時(shí)分為兩步：目標(biāo)程序糾錯(cuò)，整體程序調(diào)試。目標(biāo)程序糾錯(cuò)：該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時(shí)就完成。一般來(lái)說(shuō)，軟件能為用戶輸

32、入的程序指令糾錯(cuò)，包括書寫格式、標(biāo)號(hào)未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址溢出等錯(cuò)誤，這一步主要是一些細(xì)節(jié)上的問(wèn)題，需要一部分一部分的去檢查。整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來(lái)聯(lián)系整體電路進(jìn)行調(diào)試，看根據(jù)現(xiàn)行的程序和硬件條件是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除在設(shè)計(jì)上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是否正常等再進(jìn)一步對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。4.2硬件調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬件故障在軟件調(diào)試時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，但通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障。調(diào)試工作可以分為四步：線路檢查：根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)

33、圖，仔細(xì)檢查樣機(jī)線路是否連接正確，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時(shí)可用萬(wàn)用表檢測(cè)線路通斷情況。電源調(diào)試：樣機(jī)的第一次通電測(cè)試很重要，若樣機(jī)中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開穩(wěn)壓電源的輸出端，檢查空載時(shí)電源工作情況；另一種是拔下樣機(jī)上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載）。確保電源無(wú)故障并性能符合設(shè)計(jì)要求12。通電檢查：在確保電源良好前提下，接通電源。最好在電源與其余電路之間串接一個(gè)電流表。若接通后電流很大，須立即切斷電源。電源大得超出正常范圍，說(shuō)明電路中有短路或故障。通電檢查的主要目的是看系統(tǒng)是否存在短路或由元器件損壞、裝配錯(cuò)誤引起的

34、電流異常。檢查芯片的邏輯關(guān)系是否出錯(cuò)：加電后檢查各插座上相關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量相應(yīng)的輸入輸出電平是否正常。單片機(jī)系統(tǒng)大都是數(shù)字邏輯電路，使用電平檢查法可首先查出邏輯設(shè)計(jì)是否正確，選用器件和連接關(guān)系是否符合要求等。4.3系統(tǒng)誤差分析及處理由于該系統(tǒng)是非接觸式測(cè)溫，這就給獲得正確的溫度值帶來(lái)一定困難，影響紅外測(cè)溫系統(tǒng)的溫度誤差的因素很多，通過(guò)查閱資料和自己的了解，主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1） 距離系數(shù)是該系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。通常距離越遠(yuǎn)的物體，紅外測(cè)溫儀測(cè)溫時(shí)所經(jīng)過(guò)的光路上受到的干擾以及大氣衰減越大，精度也越低。（2） 物體的輻射率的影響。輻射率是指相同幾何條件和光譜的條件下，實(shí)際被測(cè)物體和

35、同溫度黑體的輻射的能量之比，不同的物體的輻射率不同，且和黑體輻射的能量也有差別，所以輸入值必然存在一定誤差。（3） 環(huán)境因素對(duì)測(cè)溫的影響。環(huán)境溫度，被測(cè)物到測(cè)溫儀的現(xiàn)場(chǎng)清晰度都和輸出溫度有關(guān)。通常，環(huán)境溫度越低，從外界進(jìn)入紅外測(cè)溫儀窗口的輻射能量就少，而且環(huán)境的清晰度越高，傳感器接收到的能量越多，就越接近真實(shí)值。（4） 干擾光的影響。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是通過(guò)物體輻射出來(lái)的紅外線測(cè)得溫度的，外界的一切光線都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一定干擾。 由于該系統(tǒng)存在上述影響，故在使用時(shí)必須采取一定的措施來(lái)盡量減輕誤差。比如，在選取傳感器時(shí)盡量選取吸收系數(shù)高的器件；測(cè)量時(shí)盡量多測(cè)量幾次數(shù)據(jù)，取其平均值，降低誤差；軟件設(shè)計(jì)時(shí)，采

36、用循環(huán)系統(tǒng)測(cè)量，想辦法得到更精確的算法；測(cè)量時(shí)盡量注意周圍環(huán)境的影響，在比較適合測(cè)量的環(huán)境測(cè)量溫度。4.4 系統(tǒng)的制作與調(diào)試在系統(tǒng)的制作與調(diào)試中除了要關(guān)注上述問(wèn)題之外，系統(tǒng)本身的情況也需要注意，本系統(tǒng)進(jìn)行模塊化處理，分別分為不同的幾個(gè)電路：電源電路，LCD1602顯示電路，復(fù)位電路，功能按鍵電路，過(guò)限狀態(tài)指示電路，繼電器輸出電路，晶振電路以及最重要的紅外測(cè)溫模塊電路。在制作前首先要了解各個(gè)電路的原理和作用，這樣才能知道電路可以使用哪些元器件，比如，電源電路的電容起到了濾波的作用，我們就可以根據(jù)電路電壓的大小來(lái)選擇合適的電容，LED指示電路的電阻起到的是限流的作用，可以選擇的范圍為1001K，這

37、樣可以對(duì)元器件的選擇有一個(gè)很好的把握。在制作本系統(tǒng)時(shí)，同樣的遇到了很多問(wèn)題，比如PCB板的排版問(wèn)題，由于封裝不合適，最后顯示屏和按鍵以及單片機(jī)沒(méi)辦法和諧的安裝，只能重新制作，浪費(fèi)了不少功夫，還有在腐蝕銅板的時(shí)候，沒(méi)有把握時(shí)間，有些電路不得不在焊接的時(shí)候用焊錫連接起來(lái)。這些問(wèn)題都是可以通過(guò)自己的注意加以避免的。制作好實(shí)物后，首先我用萬(wàn)用表測(cè)量了那些腐蝕過(guò)度并用焊錫連接的地方，保證其連通，檢查電解電容，二極管，三極管，蜂鳴器等有正負(fù)極的期間的焊接情況，其是否接反。確認(rèn)無(wú)誤后，想測(cè)試下電路是否能正常運(yùn)行，因?yàn)閭鞲衅鞯膬r(jià)格較高，我沒(méi)有連接，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明電路正常運(yùn)行，顯示屏亮。我按照各管腳的順序用杜邦線

38、接上傳感器，開機(jī)，系統(tǒng)初始化，因?yàn)槲以O(shè)置的初始的上下限是4度和25度，顯示屏顯示的26度，標(biāo)志正常溫度的黃色LED燈亮，之后我又設(shè)置最高限是20度，此時(shí)，紅燈亮起，蜂鳴器報(bào)警，繼電器閉合，表示溫度超過(guò)最大限度。最后設(shè)置最低限為30度，超過(guò)室溫，綠燈亮起，蜂鳴器報(bào)警，繼電器閉合，表示低于最低溫度。按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)變?yōu)槌跏紶顟B(tài)。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)可以運(yùn)行。 結(jié)論本系統(tǒng)利用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)核心，通過(guò)TN9紅外傳感器，對(duì)人體和物體溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)在顯示器上顯示實(shí)時(shí)溫度，還可以對(duì)過(guò)限的溫度進(jìn)行報(bào)警，對(duì)于超出或者低于限度的溫度會(huì)閉合繼電器，繼電器電路可以接上風(fēng)扇，加熱裝置以應(yīng)對(duì)測(cè)量目標(biāo)

39、為非人體時(shí)的各種情況，這個(gè)屬于擴(kuò)展功能。同時(shí)本設(shè)計(jì)中的紅外測(cè)溫部分采用的是紅外傳感器模塊，價(jià)格占了總設(shè)計(jì)費(fèi)用的一大半，而且該模塊如果損壞，無(wú)法通過(guò)軟件或者通過(guò)對(duì)硬件的檢修而修復(fù)，以上缺點(diǎn)有待以后改進(jìn)。 致謝本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，很好的為我大學(xué)四年的生涯做了一個(gè)總結(jié)，它集合了我自己，指導(dǎo)老師*老師，班級(jí)同學(xué)的努力，從前期準(zhǔn)備包括課題的選定，相關(guān)資料的收集，期刊論文的查找，每一件元器件的購(gòu)買，焊接，每一個(gè)模塊的程序編寫，到最后的論文的完成，一路走來(lái)，凝聚了大量的心血與時(shí)間。每一次的焊接錯(cuò)誤，每一次程序運(yùn)行出錯(cuò)，都在不斷激勵(lì)我走向成功。在這里我要由衷地感謝*老師對(duì)我耐心的指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求，使我在完成本次畢

40、業(yè)論文的過(guò)程中少走了很多彎路，此外我還要感謝其他同學(xué)對(duì)我這段期間幫助，幫助我解決了技術(shù)上的很多難題，總而言之，感謝每一位關(guān)心過(guò)我的人。當(dāng)然由于本人才疏學(xué)淺，該系統(tǒng)還存在一些漏洞與不足，功能有待于進(jìn)一步的改進(jìn),懇請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正,在此深表感謝。參考文獻(xiàn)1李響,張岷等.一種新型紅外測(cè)溫方法研究J.天津理工大學(xué)學(xué)報(bào):2010,26(01):58-61.2鄭文瑤,孟慶義.體溫測(cè)量的研究進(jìn)展J.河北醫(yī)學(xué):2008,14,(01):103-106.3任婷婷,張?chǎng)?梁志華.淺談紅外體溫測(cè)量法J.計(jì)量與測(cè)試技術(shù):2008,35(12)：44-46.4張日欣.基于MLX90614的非接觸式體溫測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)J:

41、2009,8(03):105-108.5吳海洋,計(jì)林.一種基于ARM的人體紅外測(cè)溫系統(tǒng)J.紅外測(cè)溫:2011(03)：34-38.6韓吉辰.從“紅外測(cè)溫儀”談起M.中國(guó)科普作家協(xié)會(huì):2010:41-50.7崔紅淼，梁波.提高遠(yuǎn)紅外測(cè)溫技術(shù)對(duì)電力設(shè)備故障判斷的準(zhǔn)確度J.電工電氣:2010 (No.2):63-70.8劉曉春.基于單片機(jī)、溫度傳感器的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.電子世界:2011(9):24-25.9時(shí)子青.陳向東.龔靜.李秀梅，一種新型MEMS溫度傳感器J.傳感器:2011,30(9):149-152.10王琳.淺談溫度傳感器特點(diǎn)及其應(yīng)用J.倪雪飛:淺談紅外測(cè)溫及其應(yīng):2011(5

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43、5K1電阻1K1按鈕4開關(guān)1蜂鳴器BUZZER1接線柱接線柱3P（3.96MM間距）1單片機(jī)80511晶振12M1系統(tǒng)的整體原理圖：系統(tǒng)的PCB圖：實(shí)物圖：系統(tǒng)的程序：#includereg52.h#include intrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/* 1602LCD引腳定義 */#define LCD_data P0 /數(shù)據(jù)口sbit RS = P10; /寄存器選擇輸入 sbit EN = P11; /液晶使能控制sbit RW = P25;/* 按鍵引腳定義 */sbit keys=P35;sbit

44、 keyz=P34;sbit keyj=P33;sbit keyq=P32;/*發(fā)光二極管指示接口定義 */sbit ledg=P12;sbit ledd=P13;sbit ledc=P14; sbit fm=P37;sbit ji=P15;bit flag=0;/* 紅外測(cè)溫引腳定義 */sbit A_TN9=P20; /TN9觸發(fā)sbit CLK_TN9=P21;/TN9時(shí)鐘線sbit DATA_TN9=P22;/TN9數(shù)據(jù)線/*全局變量定義*/bit flag;unsigned char TN_Data_Buff5;/紅外模塊0數(shù)據(jù)緩存數(shù)組unsigned char DATA_INDEX

45、;unsigned char DATA_NUM;/八位數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)unsigned char data_tmp;/紅外模塊數(shù)據(jù)緩存unsigned char table_mbtemp=00.00C;float iTemp,MBTemp=11.01;/溫度數(shù)據(jù)int T1h=25,T1l=4;/溫度上下限初始值/*函數(shù)定義聲明*/void show_temp(); /溫度顯示子函數(shù)函數(shù)void key_pro(); /按鍵處理子函數(shù)void warn(); /報(bào)警子函數(shù)/*延時(shí)子程序，11.0592M晶振下*/void delay()unsigned int i;for(i=0;i10;i+);/*

46、延時(shí)毫秒子程序，11.0592M晶振下*/void delay_ms(unsigned int time)unsigned int i,j;for(i=1;i=time;i+)for(j=1;j=113;j+);/*- 寫入命令函數(shù)-*/ void LCD_Write_Com(unsigned char com) delay_ms(5);RS=0;RW=0; EN=1;P0=com; _nop_(); EN=0;/*- 寫入數(shù)據(jù)函數(shù)-*/ void LCD_Write_Data(unsigned char Data) delay_ms(5);RS=1;RW=0; EN=1; P0= Data;

47、 _nop_();EN=0;/*- 寫入字符串函數(shù)-*/ void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) if (y = 0) LCD_Write_Com(0x80 + x); /表示第一行else LCD_Write_Com(0xC0 + x); /表示第二行 while (*s) LCD_Write_Data( *s); s +; /*- 初始化函數(shù)-*/ void LCD_Init(void) LCD_Write_Com(0x38); /*顯示模式設(shè)置*/ delay_ms(5); LCD_Writ