紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的設(shè)計(jì)與研制畢業(yè)論文

1、編號(hào): 200600802079 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的設(shè)計(jì)與研制 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 200600802079 專 業(yè) 電子信息工程 教學(xué)單位 物理系 （蓋章） 二o一o年 六月 一日德州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告書 2010年3月15日院（系）物理系專 業(yè)電子信息工程姓 名 學(xué) 號(hào)200600802079設(shè)計(jì)題目紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的設(shè)計(jì)與研制一、選題目的和意義目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量是用醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)、醫(yī)用電子接觸式溫度計(jì)等插入人體內(nèi)部或置于腋下，通過(guò)與人體接觸使溫度計(jì)測(cè)出人的體溫。但這些體溫計(jì)的缺點(diǎn)是測(cè)量的速度慢。玻璃水銀溫度計(jì)還易碎，在使用時(shí)容易因消毒不

2、徹底而引起交叉感染。紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置，有效地避免國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量的缺點(diǎn)，能夠在機(jī)場(chǎng)、海關(guān)、車站、賓館、商場(chǎng)、影院、寫字樓、學(xué)校等人流量較大的公共場(chǎng)所，快速，準(zhǔn)確，沒(méi)有交叉感染地測(cè)量出人體溫度。正是由于紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的種種先進(jìn)特性,而可以廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)所,擁有良好的市場(chǎng)前景!二、本選題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)在2003年全國(guó)防“非典”斗爭(zhēng)中，中科院上海技術(shù)物理研究所在863計(jì)劃高技術(shù)成果的基礎(chǔ)上對(duì)紅外技術(shù)應(yīng)用于非接觸式測(cè)溫進(jìn)行了深入研究，在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)成功了“非接觸式紅外測(cè)溫儀”，打開了國(guó)內(nèi)“非接觸式測(cè)量”的新篇章，但由于這種裝置受一定因素影響，測(cè)量結(jié)果還有待進(jìn)一步進(jìn)行

3、校正。在國(guó)外，非接觸式紅外測(cè)溫儀已經(jīng)非常先進(jìn)了，自1999年就有許多國(guó)家致力于這方面的開發(fā)研究，到現(xiàn)在為止很多國(guó)家的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。比如：美國(guó)早在2001年就頒布了有關(guān)紅外測(cè)溫儀的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)雷泰公司生產(chǎn)的st系列紅外測(cè)溫儀已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。由于紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度范圍寬，并為從更遠(yuǎn)的距離或同樣的距離測(cè)量較小物體的溫度而改變光學(xué)分辨率,它為專業(yè)人員提供了精度和價(jià)格合理的組合,除了用于人體溫度檢測(cè)外，還可用于電器的紅外測(cè)溫、供暖的紅外測(cè)溫、運(yùn)輸/汽車維修時(shí)的紅外測(cè)溫等各個(gè)領(lǐng)域。三、課題設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)或選用將人體溫度快速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器及與之配套的電子線路；

4、 設(shè)計(jì)主光學(xué)系統(tǒng)，它有兩個(gè)作用：a）把被測(cè)處的紅外線集中到檢測(cè)元件上，b）把進(jìn)入儀表的紅外線發(fā)射面，限制在固定范圍內(nèi)； 設(shè)計(jì)信號(hào)處理單元，把檢測(cè)元件輸出的信號(hào)，用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理，變成人們需要的各種模擬量和數(shù)字量信息； 設(shè)計(jì)顯示單元，把處理過(guò)的信號(hào)變成人們可閱讀的數(shù)字或畫面；報(bào)警電路，當(dāng)人體溫度超出預(yù)設(shè)溫度值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。本設(shè)計(jì)中采用的熱釋電紅外傳感器是perkinelmer optoelectronics的p7187。溫度傳感器是美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司最新推出的ds18b20。單片機(jī)是ti公司的帶有l(wèi)cd驅(qū)動(dòng)的低功耗單片機(jī)，可以直接與lcd屏相連而不需要另外的驅(qū)動(dòng)電路，它最多可

5、以顯示96段。adc采用的是ad公司帶有恒定電流源的高精度的16位-ad，它為兩路輸入，一路與熱電堆相連，另一路與熱敏電阻相連。恒定電流源可以用于補(bǔ)償電路中驅(qū)動(dòng)熱敏電阻。利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)通過(guò)放大電路，a/d轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中，最后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小的溫度值并將結(jié)果送到lcd進(jìn)行顯示。 四、計(jì)劃進(jìn)度安排 我的安排進(jìn)度如下：第一周 搜集論文資料，確定方案，畫出方框圖，布置寫開題報(bào)告；第二至五周 設(shè)計(jì)與選用傳感器和測(cè)量電路，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,寫檢

6、查報(bào)告；第六至十一周 畫出元件安裝圖。實(shí)習(xí)并撰寫畢業(yè)論文初稿,交畢業(yè)論文初稿，制作樣機(jī)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試仿真； 第十二周 修改、打印畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，進(jìn)行畢業(yè)答辯。五、主要參考文獻(xiàn)（只列出最重要的56種）1 周繼明，江世明，傳感技術(shù)與應(yīng)用，中南大學(xué)出版社，20052 趙亮 侯國(guó)銳.單片機(jī)c語(yǔ)言編程與實(shí)例,人民郵電出版社,2003.3 求是科技,單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航,人民郵電出版社,2004.4 毛志毅，蘇東明，非接觸式紅外遙感體溫計(jì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，醫(yī)療衛(wèi)生裝備，20035 郭培源，光電子技術(shù)基礎(chǔ)教程，北京航空航天大學(xué)出版社，2005.96 張建奇，紅外物理，西安電子科技大學(xué)出版社，2004.6指

7、導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見：組長(zhǎng)簽名： 年 月 日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表院(系)： 物理系 專業(yè)： 電子信息工程 2010年04月15日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的設(shè)計(jì)與研制學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)200600802079指導(dǎo)教師 職 稱計(jì)劃完成時(shí)間： 2010 年 05月 20日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的進(jìn)度計(jì)劃：第一周：根據(jù)搜集的論文資料，通過(guò)認(rèn)真分析和整理，確定方案，畫出方框圖，布置寫開題報(bào)告并上交；第二至五周：設(shè)計(jì)與選用傳感器和測(cè)量電路，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,寫中期檢查報(bào)告表；第六至十一周：根據(jù)確定的設(shè)計(jì)方案畫出元件安裝圖。實(shí)習(xí)并撰寫畢

8、業(yè)論文初稿，交畢業(yè)論文初稿； 第十二周：修改論文初稿、最終定稿并打印畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)答辯。完成情況：已經(jīng)根據(jù)搜集的論文資料確定了方案和論文整體構(gòu)思并畫出了方框圖，上交了開題報(bào)告，正在對(duì)所搜集的資料進(jìn)行學(xué)習(xí)、分析，設(shè)計(jì)和選用傳感器及測(cè)量電路，并已草擬出畢業(yè)論文框架。指導(dǎo)教師評(píng)議 評(píng)議人：年 月 日備注：目 錄摘要及關(guān)鍵詞引言1. 設(shè)計(jì)思路與原理方框圖1.1設(shè)計(jì)思路1.2系統(tǒng)方框圖及測(cè)量原理2. 器件選擇2.1紅外器件的選擇2.2 lm358放大器件2.3溫度傳感器ds18b202.4 a/d轉(zhuǎn)換器tlc5492.5 at89c51單片機(jī)2.6顯示器件lm016l3.電路設(shè)計(jì)3.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)3

9、.2上下限溫度控制電路3.3報(bào)警電路3.4顯示電路3.5 p7187紅外傳感電路4. 系統(tǒng)的調(diào)試仿真5.源程序參考文獻(xiàn)致謝 紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的設(shè)計(jì)與研制 摘 要 系統(tǒng)由紅外熱釋傳感器、溫度傳感器ds18b20、高精度放大器、a/d轉(zhuǎn)換器tlc549、at89c51單片機(jī)、譯碼顯示模塊與報(bào)警電路等部分構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)非接觸式紅外快速測(cè)溫，它能夠在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量出人體的溫度，而在測(cè)得溫度超出某一范圍時(shí)即啟用報(bào)警電路進(jìn)行超標(biāo)報(bào)警。文中提出了具體設(shè)計(jì)方案，討論了紅外非接觸式體溫計(jì)的基本原理，進(jìn)行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)的各方

10、面性能得到了顯著的提高。具有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動(dòng)被測(cè)目標(biāo)溫度分布場(chǎng)、測(cè)量精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)也有測(cè)量值受被測(cè)物體發(fā)射率、反射熱源、氣氛干擾影響的弱點(diǎn)。關(guān) 鍵 詞 紅外熱釋傳感器；溫度傳感器；快速檢測(cè)；非接觸測(cè)量；a/d轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)；譯碼顯示；超標(biāo)報(bào)警abstract this system by infrared pyroelectric sensor， temperature sensor ds18b20, high accuracy amplifier，a/d switch tlc549, at89c51 microcomputer master control pa

11、rt constitution ,decoding demonstration module and warning circuit . realized the non-contact type infrared clinical thermometerit can be accurate in shorter time to measure a temperature of human body, but at measure the temperature outrun some one scope be in use to report to the police electric c

12、ircuit to carry on a super mark to report to the police namely. in the article discussed the infrared non- contact type clinical thermometer basic principle, proposed the concrete design proposal, and has carried on the feasible proof. and we have produced the circuit diagram and the program flow di

13、agram and attach the source program. follow-on trend of abroad digitize was at present complied with in the design of this system, and the exploit singly merit of piece machine and numerical control system makes the each side function of system get the notable raise. with a temperature high resoluti

14、on, fast response, non-disturbance measured target temperature distribution field, high accuracy and stability and good; also have measured values by the measured object emissivity, reflective heat, the atmosphere disturbances weaknesses.key words pyroelectric infrared sensors， temperature sensor，fa

15、st check，non contact measurement, a/d switch，single chip computer, decoding demonstration, excess warning 引言目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量是用醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)（俗稱體溫表）、醫(yī)用電子接觸式溫度計(jì)（常用熱敏電阻作為它的感溫元件等插入人體內(nèi)部（舌下、肛門）或置于腋下，通過(guò)與人體接觸使溫度計(jì)測(cè)出人的體溫。但這些體溫計(jì)的缺點(diǎn)是測(cè)量的速度慢（約2分鐘以上）。玻璃水銀溫度計(jì)還易碎，在使用時(shí)容易因消毒不徹底而引起交叉感染。紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置，有效地避免國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量的缺點(diǎn)，能夠在機(jī)場(chǎng)、海關(guān)、車站

16、、賓館、商場(chǎng)、影院、寫字樓、學(xué)校等人流量較大的公共場(chǎng)所，快速，準(zhǔn)確，沒(méi)有交叉感染地測(cè)出人體溫度。在2003年全國(guó)防“非典”斗爭(zhēng)中，中科院上海技術(shù)物理研究所在863計(jì)劃高技術(shù)成果的基礎(chǔ)上對(duì)紅外技術(shù)應(yīng)用于非接觸式測(cè)溫進(jìn)行了深入研究，在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)成功了“非接觸式紅外測(cè)溫儀”，打開了國(guó)內(nèi)“非接觸式測(cè)量”的新篇章，但由于這種裝置受一定因素影響，測(cè)量結(jié)果還有待進(jìn)一步進(jìn)行校正。 在國(guó)外，非接觸式紅外測(cè)溫儀已經(jīng)非常先進(jìn)了，自1999年就有許多國(guó)家致力于這方面的開發(fā)研究，到現(xiàn)在為止很多國(guó)家的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。比如：美國(guó)早在2001年就頒布了有關(guān)紅外測(cè)溫儀的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)雷泰公司

17、生產(chǎn)的st系列紅外測(cè)溫儀已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。由于紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度范圍寬，除了用于人體溫度檢測(cè)外，還可用于電器的紅外測(cè)溫、供暖的紅外測(cè)溫、運(yùn)輸/汽車維修時(shí)的紅外測(cè)溫等各個(gè)領(lǐng)域。因此，它具有廣泛的開發(fā)前景！ 這里設(shè)計(jì)的紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置，由紅外熱釋傳感器、溫度傳感器ds18b20、高精度放大器、a/d轉(zhuǎn)換器tlc549、at89c51單片機(jī)、譯碼顯示模塊與報(bào)警電路等部分構(gòu)成，從原理上進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行初步的制作與調(diào)試。1. 設(shè)計(jì)思路與原理方框圖1.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)中采用的熱釋電紅外傳感器是perkinelmer optoelectronics的p7187。溫度傳感器是美國(guó)dallas半

18、導(dǎo)體公司最新推出的ds18b20。單片機(jī)是ti公司的帶有l(wèi)cd驅(qū)動(dòng)的低功耗單片機(jī)，可以直接與lcd屏相連而不需要另外的驅(qū)動(dòng)電路，它最多可以顯示96段。adc采用的是ad公司帶有恒定電流源的高精度的16位-ad，它為兩路輸入，一路與熱電堆相連，另一路與熱敏電阻相連。恒定電流源可以用于補(bǔ)償電路中驅(qū)動(dòng)熱敏電阻。利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)通過(guò)放大電路，a/d轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中，最后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小的溫度值并將結(jié)果送到lcd進(jìn)行顯示。1.2 系統(tǒng)方框圖及測(cè)量

19、原理 1.2.1 系統(tǒng)方框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，建立總的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架?？傮w框架圖如1.2-11.2-1紅外測(cè)溫裝置襲擊框架 1.2.2 測(cè)量原理自然界一切溫度高于絕對(duì)零度(-273.15)的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其輻射能量與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。 e=（t4-t04) (公式一)公式一中：e為輻射出射度，表現(xiàn)物體輻射能力的強(qiáng)弱，單位是wm3；為斯蒂芬彼爾茲曼常數(shù)，5.6710-8w(m2k4)；為物體的輻射率；t為物體的溫度，單位k；t0為物體周圍的環(huán)境溫度，單位k。物體的溫度越高，輻射功率就越大。相反，物體輻射功率越大，其溫度也越高，利

20、用這個(gè)公式，我們就可以知道所測(cè)量物體的溫度。人體主要輻射波長(zhǎng)在910m的紅紅外線，通過(guò)對(duì)人體量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確的測(cè)量人體表面溫度。由于該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而能更準(zhǔn)確的測(cè)量人體表面溫度。紅外測(cè)溫最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快，并由于它只吸收人體對(duì)外發(fā)射的紅外輻射，沒(méi)有任何化學(xué)、生物因素作用于人體，所以可以安全放心使用。紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置是利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)通過(guò)放大電路，a/d轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中，最后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小的溫度值顯示輸

21、出。當(dāng)人體靠近紅外探測(cè)器的有效范圍后，人體釋放的電磁波或紅外輻射會(huì)被紅外熱釋傳感器所吸收，從而引起紅外熱釋傳感器輸出電壓的變化。但因其輸出電壓信號(hào)特別小，所以要經(jīng)過(guò)一定的放大處理。然后經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換等電路處理后送入單片機(jī)，單片機(jī)將傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)分析處理，并將起轉(zhuǎn)換為相應(yīng)大小的溫度值顯示輸出。當(dāng)顯示的溫度低于所設(shè)置的溫度（ttl）就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電路聲光報(bào)警；當(dāng)顯示的溫度高于所設(shè)置的最高溫度（tth），也會(huì)啟動(dòng)聲光電路報(bào)警。圖1.2-2是紅外測(cè)溫的系統(tǒng)原理圖。 1.2-2系統(tǒng)原理圖2 器件選擇2.1 紅外器件的選擇 2.1.1 熱釋電效應(yīng)當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電

22、荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來(lái)自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電性不能表現(xiàn)出來(lái)。某些晶體(如：pzt，litao3，pvfz等)的表面接受了紅外線的輻射能量，其表面產(chǎn)生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化。圖2.1.1-1為熱釋電晶體表面電荷隨溫度變化的移動(dòng)情況。 圖 2.1.1-1 熱釋電效應(yīng)圖 可見，當(dāng)紅外線照射熱釋電元件時(shí)，其內(nèi)部極化作用發(fā)生很大的變化，其變化部分作為電荷釋放出，從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。由此可見，熱釋電傳感器只有在溫度變化時(shí)才有輸出電壓。 2.1.2

23、 p7187熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有t的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓v。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件pzt、場(chǎng)效應(yīng)管fet等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過(guò)的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈光的短波長(zhǎng)（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件pzt將波長(zhǎng)在8mm12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使

24、環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。p7187熱釋電紅外探測(cè)器是由熱釋電紅外傳感器、菲涅耳透鏡及電子電路組成的一種光電檢測(cè)裝置。他能無(wú)接觸地檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射出的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。人體的體溫約為3 7，輻射最多紅外線的波長(zhǎng)是10m左右，而p7187對(duì)720m范圍波長(zhǎng)比較靈敏，他采用了2個(gè)熱釋電元件pzt板，pzt板表面吸收紅外線，并在受光面的內(nèi)外各自安裝取出電荷的一對(duì)電極，能敏感的捕捉到被測(cè)物體或光源，具有很高的靈敏度。這2個(gè)受光電極反向串聯(lián)，可有效地防止背景波動(dòng)以及干擾光照射時(shí)的誤動(dòng)作(一是環(huán)境變化引起的誤動(dòng)作，二是使用光調(diào)制器時(shí)的誤動(dòng)作)對(duì)傳感器的影響，當(dāng)2個(gè)受光電極同時(shí)受到紅外線照射時(shí)

25、，輸出電壓相互抵消而無(wú)輸出，只有當(dāng)人體移動(dòng)時(shí)才有電壓的輸出，輸出電壓比較精確的反映了人體移動(dòng)的情況。圖2.1.2-1為組成結(jié)構(gòu)圖和p7187等效電路圖。 圖2.1.2-1 p7187熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖與等效電路圖2.2 lm358放大器件（1）lm358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。（2）lm358參數(shù)特性 內(nèi)部頻率補(bǔ)償； 內(nèi)部頻率補(bǔ)償； 直流電壓增益高(約100db)；

26、 單位增益頻帶寬(約1mhz)； 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330v)；雙電源(1.5 一15v)； 低功耗電流，適合于電池供電； 低輸入偏流； 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流； 共模輸入電壓范圍寬，包括接地； 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍； 輸出電壓擺幅大(0 至vcc-1.5v)；2.3 溫度傳感器ds18b20 2.3.1 ds18b20性能特點(diǎn)ds18b20溫度傳感器是美國(guó)dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接

27、口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；無(wú)須外部器件；可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機(jī)功耗；溫度以或位數(shù)字；用戶可定義報(bào)警設(shè)置；報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； 2.3.2 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)ds18b20采用3腳pr35封裝或8腳soic封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3.2-1圖2.3.2-1ds18b20其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖64位rom的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的cr

28、c檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)ds18b20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl，可通過(guò)軟件寫入戶報(bào)警上下限。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存ram和一個(gè)非易失性的可電擦除的eeram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2.3.2-2所示。低5位一直為1，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是

29、在測(cè)試模式，ds18b20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨率。 圖2.3.2-2 ds18b20的字節(jié)定義由圖2.3.2-3可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750圖2.3.2-3高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后

30、，開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號(hào)位s0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位s1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。圖2.3.2-4是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。 ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與ram中的th、tl字節(jié)內(nèi)容作比較。若tth或ttl，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18

31、b20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（crc）。主機(jī)rom的前56位來(lái)計(jì)算crc值，并和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機(jī)收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18b20的測(cè)溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)據(jù)2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將0所對(duì)應(yīng)

32、的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在0所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。 圖2.3.2-4 一部分溫度對(duì)應(yīng)表另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此

33、讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)ds18b20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。2.4 a/d 轉(zhuǎn)換器tlc549 2.4.1tlc549 的性能參數(shù)tlc549是采用iincmostm技術(shù)并以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的8為串行a/d芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)i/o、clock cs、data out三條口線進(jìn)行串行接口。tlc549既有4mhz的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為17s，允許最高轉(zhuǎn)換速度達(dá)40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為0.5lsb，典型功耗為6mw。tlc549采用差分參考電壓高阻輸入，

34、抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，由于其vref-接地時(shí)，(vref+)-(vref-)1v,故可用于較小信號(hào)的采樣，此外該芯片還單電源36v的供電范圍?？傊瑃lc549具有控制口線少，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，低功耗，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，故我們選用tlc549作為a/d轉(zhuǎn)換器件使用。tlc549的內(nèi)部框圖和引腳名稱如圖2.4.1-1圖2.4.1-1 tlc549內(nèi)部框圖 2.4.2 tlc549的工作原理tlc549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與i/o clock是獨(dú)立工作的，無(wú)需特殊速度和相位匹配。當(dāng)cs為高時(shí)，數(shù)據(jù)data out端處于高阻態(tài)，此時(shí)i/o clock不起作用。這種cs控制作用允許在

35、同時(shí)使用tlc549時(shí)，共用i/o clock，以減少a/d使用時(shí)的i/o控制端口。2.5 at89c51 at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。at89c51的管腳如圖

36、2.5-12.5-1 at89c51的管腳圖1主要特性與mcs-51 兼容4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2.6 顯示器件lm016l lm016l是雙行顯示的液晶顯示器。在溫度顯示方面觀察較方便，相比較于led數(shù)碼管其連接電路簡(jiǎn)單而且觀察方便。3 電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)整體硬件電路包括：紅外信號(hào)采集部分，環(huán)境溫度采集部分，復(fù)位部分，鍵盤輸入部分，顯示部分，報(bào)警部分等電路組成。

37、3.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)當(dāng)在at89c51單片機(jī)的rst引腳引入高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。若該引腳一直保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。我們采用的是上電與按鍵均有效的電路。按健復(fù)位電路是上電手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位電路如下圖3.1-13.1-1復(fù)位電路3.2 上下限溫度控制電路如圖3.2-1該電路由四個(gè)點(diǎn)動(dòng)式開關(guān)構(gòu)成，分別送入單片機(jī)的p1.4、p1.5、p1.6、p1.7口。開始時(shí)p1.4、p1.5、p1.6、p1.7口的電位都處于高電位，此時(shí)顯示屏顯示當(dāng)前溫度，當(dāng)按下控制p1.5的開關(guān)立即

38、就會(huì)顯示上限溫度和下限溫度。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)置的溫度上限過(guò)低，再點(diǎn)擊控制p1.5的開關(guān)就會(huì)將溫度上限所設(shè)置的溫度降低，點(diǎn)擊p1.7確定。如果覺得上限溫度設(shè)置的過(guò)低，此時(shí)按下控制p1.4的開關(guān)，點(diǎn)擊控制p1.5的開關(guān)就可將溫度上限所設(shè)置的溫度升高，同樣點(diǎn)擊p1.7確定。上述是對(duì)溫度上限的設(shè)置。當(dāng)需要設(shè)置溫度下限的時(shí)候，我們同樣需要點(diǎn)擊控制p1.5的開關(guān)，在顯示溫度上限和下限時(shí)點(diǎn)擊控制p1.6的開關(guān)就可調(diào)節(jié)溫度下限，點(diǎn)擊控制p1.4的開關(guān)就可以在升溫降溫間轉(zhuǎn)換，設(shè)置好以后按確定按鈕回到當(dāng)前溫度顯示狀態(tài)。 3.2-1上下限溫度控制3.3 報(bào)警電路如圖3.3-1發(fā)聲器由p3.7口輸出，當(dāng)溫度傳感器或紅外傳感

39、器所探測(cè)的溫度低于或高于所設(shè)置的溫度上下限，揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出連續(xù)的報(bào)警聲。圖3.3-1報(bào)警電路3.4 顯示電路圖3.3.4-1是lm016l與單片機(jī)的連接電路圖。lm016l是雙行顯示的液晶顯示器。在溫度顯示方面觀察較方便，相比較于led數(shù)碼管其連接電路簡(jiǎn)單而且觀察方便。 圖3.4-1顯示電路3.5 p7187紅外傳感電路 如圖3.5-1是紅外熱釋傳感器的工作電路圖，該電路有放大和濾波功能。4 系統(tǒng)調(diào)試仿真仿真步驟：（1） 在protues中按照設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)框架搭圖。（2） 利用qth軟件驚醒程序調(diào)試，生成 xx.hex文件。（3） 在protues圖中加載xx.hex。（4） 觀察現(xiàn)象。（5

40、） 在電路圖中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器rv1改變紅外放大電壓大小，觀察輸出信號(hào)大小，使其信號(hào)不要超出icl549的基準(zhǔn)電壓，以免燒壞a/d轉(zhuǎn)換器icl549。調(diào)試注意事項(xiàng)：（1） 調(diào)節(jié)rv1大小時(shí)注意使其信號(hào)不要超出icl549的基準(zhǔn)電壓，以免燒壞a/d轉(zhuǎn)換器icl549。（2） 在不超過(guò)紅外傳感器溫度上限和下限的情況下調(diào)試。 5 源程序temp_zh data 24h templ data 25h temph data 26h temp_th data 27h temp_tl data 28h temphc data 29h templc data 2ah k0 equ p1.0 k1 equ p1.

41、4 k2 equ p1.5 k3 equ p1.6 k4 equ p1.7 date_sdo p2.5 date_cs p2.6 date_clk p2.7 beep equ p3.7 lcd_x equ 2fh lcd_rs equ p2.0 lcd_rw equ p2.1 lcd_en equ p2.2 flag1 equ 20h.0 key_ud equ 20h.1 date_line equ p3.3 org 0000h jmp mainmain: mov sp,#60h mov a,#00h mov r0,#20h mov r1,#10hclear: mov r0,a inc r0

42、djnz r1,clear call set_lcd call re_18b20start: call reset jnb flag1,start1 call menu_ok call read_e2 call temp_bj jmp start2start1: call menu_error call temp_bj jmp $start2: call reset jnb flag1,start1 mov a,#0cch call write mov a,#44h call write call reset mov a,#0cch call write mov a,#0beh call wr

43、ite call read call convtemp call dispbcd call conv call temp_comp call proc_key sjmp start2proc_key:jb k1,proc_k1 call beep_bl jnb k1,$ mov dptr,#m_alax1 mov a,#1 call lcd_print call look_alarm jb k3,$ call beep_bl jmp proc_k2proc_k1: jb k2,proc_end call beep_bl jnb k2,$ mov dptr,#reset_a1 mov a,#1

44、call lcd_print call set_alarm call re_18b20 call write_e2proc_k2:call menu_ok call temp_bjproc_end:retset_alarm: call reset_alarm call look_alarmas0: jb k1,as00 call beep_bl jnb k1,$ cpl 20h.1 as00: jb 20h.1,asz01 jmp asj01 asz01: jb k2,asz02 call beep_bl inc temp_th mov a,temp_th cjne a,#120,asz011

45、 mov temp_th,#0asz011: call look_alarm mov r5,#10 call delay jmp asz01asz02: jb k3,asz03 call beep_bl inc temp_tl mov a,temp_tl cjne a,#99,asz021 mov temp_tl,#00hasz021: call look_alarm mov r5,#10 call delay jmp asz02asz03: jb k4,as0 call beep_bl jnb k4,$ retasj01: jb k2,asj02 call beep_bl dec temp_

46、th mov a,temp_th cjne a,#0ffh,asj011 jmp asj022asj011: call look_alarm mov r5,#10 call delay jmp as0asj02: jb k3,asj03 call beep_bl dec temp_tl mov a,temp_tl cjne a,#0ffh,asj021 jmp asj022asj021: call look_alarm mov r5,#10 call delay jmp as0asj022: cpl 20h.1 jmp asz01asj03: jmp asz03 retreset_alarm:

47、mov dptr,#reset_a1 mov a,#1 call lcd_print retreset_a1:db reset alert codetemp_comp: mov a,temp_th subb a,temp_zh jc chuli1 mov a,temp_zh subb a,temp_tl jc chuli2 mov dptr,#bj5 call temp_bj3 ret chuli1: mov dptr,#bj3 call temp_bj3 call beep_bl ret chuli2: mov dptr,#bj4 call temp_bj3 call beep_bl rettemp_bj3: mov a,#0ceh call wcom mov r1,#0 mov r0,#2b