智能紅外體溫計論文

..理學院SchoolofSciences智能儀器原理與設(shè)計考試論文報告論文題目：智能紅外體溫計學生__學生__所在__所在專業(yè)：總評成績：第一章緒論1.1體溫計的發(fā)展與現(xiàn)狀體溫計是一種測量人體溫度、輔助疾病診斷的常用醫(yī)療器具,它是人類日常生活的必需品。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,新材料、新工藝的運用,各式各樣的體溫計陸續(xù)出現(xiàn),探測方式在不斷改進。人們熟悉的傳統(tǒng)的體溫計是水銀<汞>體溫計,它是根據(jù)汞受熱膨脹的原理制成的。由于受到體溫的影響,水銀體積的膨脹使管內(nèi)水銀柱的長度發(fā)生明顯的變化。近幾年來,智能體溫計越來越多地應(yīng)用在各個行業(yè)：冶金、玻璃制造以及體溫測量等領(lǐng)域。許多醫(yī)院也采用了智能體溫計,雖然其性能暫不能與傳統(tǒng)的體溫計相比,但因其擁有快速、無需接觸被測者等的優(yōu)點而被廣泛采用。體溫測試是在實際生活中經(jīng)常會遇到的問題,傳統(tǒng)的體溫計也就是我們的水銀體溫計有其很多的不足之處,如：測溫時間長,讀取結(jié)果不方便,體溫計易被損壞并且其材料汞有毒等。針對以上問題,本文提出一種新型的測量體溫儀器,它優(yōu)于傳統(tǒng)的體溫計的一個很大的特點就是測溫時間相對較短,并且此智能紅外體溫計有自動播報體溫、統(tǒng)計人數(shù)、顯示日期及環(huán)境溫度等功能。解決了傳統(tǒng)體溫計讀數(shù)不便、用途單一的問題,無汞害,靈敏度高,清晰播報,方便攜帶,壽命較長,臺式設(shè)計使體溫計放置時不會晃動,避免溫計被損壞,尤其適用于小孩與老年人,其方便性大大超越水銀式體溫計。1.2紅外測溫技術(shù)測量體溫的方法有很多,水銀、熱電偶、熱敏電阻、晶體管的PN結(jié)、液晶、石英晶體均可作為測溫元件來制造體溫計。這些測溫技術(shù)均屬接觸式測溫,容易產(chǎn)生交叉感染,并且當測溫元件接觸被測部位時,將影響其溫度場的分布,對精度造成影響,而且響應(yīng)時間也較長。若采用非接觸式測溫的方法,則可以較好地解決這些缺點。1.2.1紅外測溫背景隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學的發(fā)展,對溫度測量越來越迫切。在某些場合,溫度測量逐步上升為主要矛盾,引起了各方面的普遍重視。例如：在不停機的情況下對機械設(shè)備、電力設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備等進行溫度測量;在不能造成產(chǎn)品的污染或損壞的情況下對生產(chǎn)過程中或倉庫里的產(chǎn)品溫度進行測量;在醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi),為了了解病人的身體狀況,需對病人身體各個部分的溫度進行安全的測量。在這種背景下,使用方便、可快速對物體溫度進行非接觸、無損測量的紅外測溫技術(shù)得到了極大的發(fā)展。目前,紅外測溫技術(shù)在已有著廣泛的應(yīng)用,其測量范圍可從常溫到達上千攝氏度。國內(nèi)外非接觸紅外測溫技術(shù)的發(fā)展極為迅速,各國均研制出了具有有較高水平的用于各類場合的紅外輻射式計,例如：美國RAYTEK公司的Ranynger系列、WAHL公司的DHS系列等。國內(nèi)生產(chǎn)紅外測儀的廠家和研究所有上海自動化三廠、XX儀表廠以及中國科學自動化所等。1.2.2紅外測溫原理紅外測溫法是指利用人體自身的紅外輻射來測定其表面溫度的一種測量溫度的方法。紅外測溫是非接觸式測溫中應(yīng)用較為廣泛的一種技術(shù),它由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)目標的紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號,該電信號經(jīng)過放大器和信號處理電路后可以經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后,由微控制器按照內(nèi)部的算法來計算目標的表面溫度值。信號調(diào)理電路放大器光電轉(zhuǎn)換溫度傳感器目標物信號調(diào)理電路放大器光電轉(zhuǎn)換溫度傳感器目標物圖1.1智能紅外體溫計的測溫原理是基于黑體輻射定律的,黑體是一種理想化的輻射體,它在任何溫度下都能全部地吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量,其表面吸引率為1。為了弄清和獲得紅外輻射分布的規(guī)律,普朗克提出了體腔輻射的量子化振子模型,從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射定律,其表達式為： 〔式1-1式中,c為真空中的光速;k為波爾茲曼常數(shù),由上式可出在溫度T時黑體在全部波長范圍內(nèi)的輻射出度為： 〔式1-2由式1-2可知：黑體總的輻射出度與黑體的絕對溫度T的四次方成正比。因此,可能通過對物體輻射的測量進而求出物體的溫度。1.2.3智能紅外測溫的優(yōu)點傳統(tǒng)的體溫計如水銀體溫計雖然價格便宜,但是有許多的弊端：水銀體溫計遇熱或安置不當,容易破裂;人體若接觸水后會中毒,惡心、頭痛、腹瀉、脫發(fā)等隨之而來,嚴重者會造成血液凝固;測溫時間長等。智能紅外體溫計則避免了上述的缺點,它有著如下的優(yōu)點：測量不干擾被測溫場,不影響溫場分布,從而具有較高的測量準確度。測溫范圍寬,在理論上無測量上限,可以測量相當高的溫度。探測器的響應(yīng)時間短,反應(yīng)速度快,易于快速與動態(tài)測量;不必接觸被測物體,操作方便;可以測量微小目標的溫度;1.3整體方案概述本文旨在利用紅外熱釋電溫度傳感器、MS51單片機以及其器件設(shè)計實現(xiàn)非接觸式測溫,使之達到響應(yīng)時間最長不超過1s、溫度測量范圍34—42攝氏度,精度達到0.2攝氏度,即可手動測量,也可運行在自動模式下實時顯示體溫數(shù)據(jù),有溫度保持和清除功能,并能夠向終端<計算機>發(fā)送測量到的數(shù)據(jù)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析的功能擴展。1.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)所采用的是紅外熱釋電溫度傳感器TPS434,人體輻射出的能量由TPS434轉(zhuǎn)換成微弱的電信號<只有0.7～1.5mv>。該電信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后<包括前置放大和后級放大兩個功能模塊>送入ADC進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,進而可以由單片機識別來計算被測物體的表面溫度。在計算完被測物體表面的溫度后,有兩種方式向使用者提供溫度信息：第一種方式是顯示在圖形點陣式LCD上;第二種方式是以語音的形式播放以告知使用者溫度信息。整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：圖1.21.3.2核心器件簡介在搭建實驗板做相關(guān)實驗的基礎(chǔ)上,合理地選擇器件可以給系統(tǒng)設(shè)計帶來方便。本小節(jié)就系統(tǒng)設(shè)計中涉及關(guān)鍵模塊的器件作以簡要介紹,并在此基礎(chǔ)上描述了其優(yōu)點。電源部分如圖1-3所示,本系統(tǒng)由220V交流電源供電,變壓器變壓后為6V交流電,經(jīng)硅橋BRIDGE2整流〔硅橋的1,3引腳接變壓器的輸出端,2,4引腳接78L05的輸入端后交流變?yōu)橹绷?。因單片機需要5V供電電源,故用78L05穩(wěn)壓后再給單片機供電。對于語音芯片,接著用LM317進行直流—直流轉(zhuǎn)換后,將輸出的3V電壓給4004供電。液晶顯示芯片也用5V電源直接供電。對于穩(wěn)壓器件LM317,由其應(yīng)用公式<1-3>：V0=1.25〔1+R2,<1-3>可知,為了得到4004的3V供電電壓,應(yīng)合理選取其外接電阻R1和R2的值.這里取R2為500歐,R1為240歐,可得從LM317的引腳2輸出電壓約為3V。易知,滑阻R2可用來調(diào)節(jié)引腳2輸出電壓大小。圖1-3電源供電部分8051單片機MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱,這一系列單片機包括了好多品種,如8031,8051,8751,8032,8052,8752等,其中8051是最早最典型的產(chǎn)品,該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的,人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司,很多公司在做以8051為核心的單片機,STC系列單片機就是其中的一種。它是由XX的宏晶科技開發(fā)和生產(chǎn)的,具有以下優(yōu)點：超強抗干擾,輕松過4KV快速脈沖干擾<EFT>高抗靜電<ESD>,6KV靜電可直接打在芯片管腳上客戶的整機抗靜電測試,8KV/15KV就太輕松了超低功耗,PowerDown<0.1uA,可外部中斷喚醒中斷優(yōu)先級可設(shè)置成4級<IP,IPH>LQFP-44,PLCC-44封裝,有P4口<可以位尋址>6時鐘/機器周期,12時鐘/機器周期任意設(shè)置超強加密本系統(tǒng)中選用的單片機是STC89C51,它除了具有以上描述的優(yōu)點以外,還具有普通51系列單片機所不具有的ISP功能,即在線編程功能。用戶可以將代碼通過串口電路直接燒錄進單片機內(nèi),而不需要專門的燒錄工具。紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器是實現(xiàn)非接觸式紅外測溫的關(guān)鍵器件,本系統(tǒng)中選用的是PerkinElmerOptoelectronics的TPS434紅外熱釋電溫度傳感器。該傳感器具有很好的重復(fù)性和較高的靈敏度,它由溫差熱電堆和熱敏電阻丙部分構(gòu)成,如圖1.4所示：圖1.4熱電堆是半導(dǎo)體集成電路工藝和微機械電子工藝制造的,它由多個熱電偶串聯(lián)組成。熱電偶是由兩種電子密度不同的導(dǎo)體相連接組成的,它有冷熱兩個端點。在測量物體溫度時,熱端與被測物體接觸,冷端與測量儀表接觸。熱電偶的同種導(dǎo)體會因為存在溫度梯度而產(chǎn)生湯姆孫電動熱,兩種金屬的連接處會因為電子密度差而產(chǎn)生珀而粘電動熱,會在熱電偶的兩個端產(chǎn)生溫差電動勢。熱電堆輸出端的電壓信號是反映熱電偶冷熱兩端的溫度差,也就是被測物體與熱電堆冷端的溫度差,而不是反映被測物體的真實溫度。因此,還需要環(huán)境溫度補償,也就是要測出熱電堆冷端溫度。環(huán)境溫度補償是通過紅外傳感器中負溫度系數(shù)的熱敏電阻完成的,它的阻值隨著溫度的升高中而降低,由此通過測量其阻值就可得知環(huán)境溫度。高精度運放本系統(tǒng)中所采用的前置運算放大器是ADI公司的儀用運算放大器AD620。該器件是低功耗、高精度運算放大器,它只需一個外接電阻即可實現(xiàn)1到1000倍的增益。AD620在內(nèi)部噪聲、功耗、輸入偏置電壓以及輸入漂移電壓等諸多方面有著出色的性能,特別適合用于微弱信號的放大。AD轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器又稱ADC,它是實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的器件,使控制器件可以通過判斷模擬量的大小達到控制的目的。按精度的高低,ADC可分為8位,10位等以滿足多種不同應(yīng)用場合;按與微控制器的接口方式,ADC可分為并行和串行。本系統(tǒng)所采用的是TLC0820AC系列的8位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器,它是一款并行AD,擁有兩種模式供用戶使用：只讀模式<ReadMode>和讀寫模式<ReandandWrite>。TLC0820AC內(nèi)部擁有的Flash技術(shù),內(nèi)部的取樣保持電路的采樣窗口為100ns,最大轉(zhuǎn)換時間為2.5us,可滿足高速應(yīng)用的場合。語音芯片ISD系列語音芯片因其應(yīng)用方便、接口電路簡單等特點而被廣泛采用,本系統(tǒng)采用的是ISD4003語音芯片,它有連續(xù)錄音6分鐘的能力,片內(nèi)信息存于閃爍存貯器中,可在斷電情況下保存100年<典型值>,反復(fù)錄音10萬次。芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù),每個采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和"金屬聲",特別適用于移動及其他便攜式電子產(chǎn)品中。萬年歷設(shè)計該萬年歷的特點是：動態(tài)顯示、遙控操作；能接多位數(shù)碼管成多點輸出．采用DS1302時鐘模塊,走時準確、停電能繼續(xù)計時〔精度±5秒／日左右若采用有源晶振,如DS32Hz,走時精度甚至可達到年誤差小于2分鐘。功能：顯示年、月、日、星期、時、分,遙控操作、整點很時、定時報時及定時顯示、停電自動計時等。硬件電路設(shè)計：AT89C2051作為數(shù)據(jù)處理,DS1302作為計時處理及停電繼續(xù)走時,用13只LED數(shù)碼管顯示年、月、日、星期、時、分,采用1838V為遙控接收．74LS595作為數(shù)碼管筆畫顯示選擇移位。1.4本章小結(jié)本章就實現(xiàn)非接觸式紅外體溫計的方法作了簡要的介紹,著重對方案設(shè)計中涉及的核心器件,如單片機、紅外溫度傳感器、運算放大器等作以概述,以便讀者對方案更進一步地了解。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1電源設(shè)計任何一部電子產(chǎn)品,電源的設(shè)計是首當其沖的,它是使電子產(chǎn)品正常、穩(wěn)定工作的必要前提。本系統(tǒng)中所涉及的器件多,電源有很多種：＋5V,＋6V,-6V以及+3V。由于考慮到系列功耗和其他方面的原因,電源方案中采用的是傳統(tǒng)的由市電經(jīng)變壓器后,再通過直流穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)以上各類電壓。在這種電源設(shè)計方案中,主要由變壓器、硅橋、穩(wěn)壓芯片以及外圍器件來實現(xiàn),在下面章節(jié)將作詳細的介紹。2.1.1穩(wěn)壓芯片介紹為滿足系統(tǒng)電源方案的需要,我們選用了輸出電流大于1A的LM7805、LM7806以LM7906穩(wěn)壓芯片,此外還有輸出電壓可調(diào)的LM317,這三種芯片的封裝均為TO-220,如圖2.1所示：圖2.1LM7805、LM7806LM78××系列的穩(wěn)壓芯片的輸出的都是正電壓,它能夠?qū)崿F(xiàn)壓差超過5V的電壓變換<大于5V則會使芯片發(fā)熱,必須加散熱片>。這種系列的穩(wěn)壓芯片可提供超過1A的輸出電流,無需外部電路,內(nèi)部有短路、過載保護電路等。經(jīng)其穩(wěn)壓后的電壓在標準電壓的4%左右,可滿足一般系統(tǒng)的要求。LM7906LM79××系列穩(wěn)壓芯片輸出的是負電壓,實現(xiàn)的是負電壓到負電壓的變換,壓差一般不超5V<超過5V則會致使芯片發(fā)熱,必須加散熱片>。這種系列的穩(wěn)壓芯片可提供超過1A的輸出電流,無需外部電路,內(nèi)部擁有短路、過載保護電路等。經(jīng)其穩(wěn)壓后的電壓在標準電壓的4%左右,可滿足一般系統(tǒng)的要求。LM317LM317是一個三端穩(wěn)壓芯片,能夠提供大于1.5A的負載電流,輸出電壓可調(diào)：1.2～37V,內(nèi)部有過載保護、短路電流限制等電路。2.1.2原理概述電源的電路方案中,使用了三個硅橋完成整流,經(jīng)變換后的電壓有三種,其電路形式如下：+5V電源設(shè)計圖2.2其中,AC9_5VB、AC9_5VA是變壓器的交流輸出,經(jīng)硅橋整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出+5V電壓。+6V、-6V電源設(shè)計這兩路電源設(shè)計中,硅橋的使用方法與＋5V電源稍有不同,它使用一個硅橋整流輸出兩個路直流電壓,經(jīng)LM7806和7906后穩(wěn)壓到＋6V和-6V。電路形式如下圖所示：圖2.3需要說明的一點是,這里使用了變壓器的三根線：兩根是輸出的交流電,另一根是零線,也即地線,它與電路板中的地線共地。+3V電源設(shè)計LM317的輸出電壓是由兩個電阻來決定的,輸出電壓與這兩個電阻間的關(guān)系表達式為： <式2-1>圖2.4其中,R2這里選用的是可變電阻,通過改變R2的阻值即可調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。在式2-1中,由于十分小,因此在計算時可忽略此項。2.2信號調(diào)理電路非接觸式電子體溫計的關(guān)鍵電路莫過于信號調(diào)理電路,TPS434的輸出電壓一般在0.7～1.5mV,十分的小。因此,如何在有噪聲干擾的環(huán)境下來放大微弱信號成了信號調(diào)理要解決的關(guān)鍵問題。2.2.1前置放大電路系統(tǒng)方案設(shè)計中選用了AD620這款高精度、性能優(yōu)越的運算放大器,使這一問題得到了很好的解決,其引腳分布如下圖所示：圖2.5TPS434有四引腳,其中引腳3、引腳4與AD620共地,引腳1與AD620的正向輸入端相連,引腳2與AD620的負向輸入端相連。電路原理如下：圖2.6其中,R1是用于調(diào)整AD620的增益,增益與R1的關(guān)系如下： <式2-2>次級調(diào)理電路微弱的電信號經(jīng)過前置放大電路大概50倍放大處理后,該信號大概有35～75mV。經(jīng)次級調(diào)理電路放大后,該信號最大值應(yīng)不超過ADC的電源電壓,也即+5V。因此次級放大電路中,要合理地選擇外圍器件參數(shù),以使信號放大到最佳狀態(tài),供ADC轉(zhuǎn)換,進而由單片機內(nèi)部的算法來獲取溫度值。此部分電路采用了TLC0820,它是一個擁有雙運放的運算放大器,其性能足以滿足次級調(diào)理電路的需求,電路原理如下圖所示：圖2.72.3AD轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換模塊中采用的器件是TLC0820AC,它是一個高速的8位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換時間最大不超過2.5us,可實現(xiàn)動態(tài)測量或是多次測量求平均以減少誤差,提高測量的精度,其引腳分布如下圖所示：圖2.8其中,REF+、REF-是參考電壓引腳,若REF-接地,則REF+與電源電壓相同,否則REF-接-2.5V,REF+接+2.5V。MODE是模式選擇引腳,當此端為低時,處理讀模式,相反時則為讀寫模式。2.3.1ADC與MCU接口設(shè)計由于TLC0820AC是一個并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,因此其與單片機的接口方式也是并行的。在該模塊設(shè)計中,使用了ADC的MODE=0的讀模式,并且REF-接地,參考電壓為+5.0V,其接口電路如下圖2.9所示：其中,RD、WR分別與單片機的相應(yīng)的引腳相連,用于讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),D0～D7分別與單片機的P0.0～P0.7相連。2.3.2TLC0820AC工作時序在這一小節(jié)中,簡要地介紹一下TLC0820AC的操作時序,在系統(tǒng)軟件設(shè)計中將作詳細的描述。TLC0820AC的時序如下：圖2.10其中,CS是片選信號,當CS為低電平時選中該器件,RD是讀信號,在RD的下降沿時將啟動AD轉(zhuǎn)換,并在最多不超過2.5us內(nèi)完成轉(zhuǎn)換,之后便可讀取數(shù)據(jù)并送入單片機。2.4圖形點陣式LCD顯示電路2.4.1圖形點陣式LCD-12864概述12864液晶顯示模塊是128×64點陣型液晶顯示模塊,可顯示各種字符及圖形,可與MCU直接相連,具有8位標準數(shù)據(jù)總線、6條控制線以及電源線,其性能參數(shù)如下表所示：參數(shù)范圍工作電壓4.5V～5.5V工作溫度0～55度保存溫度-30～80度圖表2.112.4.2圖形點陣式LCD-12864與MCU接口設(shè)計12864有標準的數(shù)據(jù)總線,可以與MCU通信。在這里選用了并行數(shù)據(jù)傳輸模式,也即把12864的數(shù)據(jù)總線與單片機的P0口直接相連。在前面章節(jié)講述的TLC0820AC中,也將P0端口作為并行數(shù)據(jù)傳輸端口,在編程時要特別注意共用數(shù)據(jù)總線的問題。12864與單片機的接口如下圖所示：圖2.1212864接口圖需要說明的一點是：在圖2.12的右邊的兩個+5V電源是有其他用途的,這里使用了雙排插針,其中只使用左邊的一排。2.4.3圖形點陣式LCD-12864驅(qū)動方法12864提供了7種指令供用戶使用,這些指令包括顯示開/關(guān)設(shè)置指令、設(shè)置顯示起始行指令、設(shè)置頁地址、設(shè)置行地址、狀態(tài)檢測、寫顯示數(shù)據(jù)和讀顯示數(shù)據(jù),下面作以詳細介紹。設(shè)置顯示開/關(guān)功能：設(shè)置屏幕顯示開/關(guān)。DB0=H,開顯示; DB0=L,關(guān)顯示。不影響顯示RAM<DDRAM>中的內(nèi)容。設(shè)置顯示起始行功能：執(zhí)行該命令后,所設(shè)置的行將顯示在屏幕的第一行。顯示起始行是由Z地址計數(shù)器控制的,該命令自動將A0~A5伴地址送入Z地址計數(shù)器,起始地址可以是0～63范圍內(nèi)任意一行。Z地址計數(shù)器具有循環(huán)計數(shù)功能,用于顯示行掃描同步,當掃描一行后自動加一。設(shè)置頁地址功能：執(zhí)行該指令后,下面的讀寫操作將在指定頁內(nèi),直到重新設(shè)置。頁地址就是DDRAM的行地址,頁地址存儲在X地址計數(shù)器中,A2~A0可表示8頁,讀寫數(shù)據(jù)對頁地址沒有影響,除本指令可改變頁地址外,復(fù)位信號可把頁地址計數(shù)器內(nèi)容清零。設(shè)置行地址功能：DDRAM的列地址存儲在Y地址計數(shù)器里,讀寫數(shù)據(jù)對列地址有影響,在對DDRAM進行讀寫操作后,Y地址自動加一。狀態(tài)檢測功能：讀忙信號標志位BF、復(fù)位標志位RST以及顯示狀態(tài)位ON/OFF。BF=H：內(nèi)部正在執(zhí)行操作;BF=L：空閑狀態(tài);RST=H：正處理復(fù)位初始化狀態(tài);RST=L：正常狀態(tài);ON/OFF=H：顯示關(guān)閉;ON/OFF=L：顯示開。寫顯示數(shù)據(jù)功能：寫數(shù)據(jù)在DDRAM,DDRAM是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的,寫指令執(zhí)行后Y地址計數(shù)器自動加一。D7～D0位數(shù)據(jù)為1表示顯示,數(shù)據(jù)為0表示不顯示。寫數(shù)據(jù)到DDRAM前,要先執(zhí)行"設(shè)置頁地址"及"設(shè)置列地址"命令。讀顯示數(shù)據(jù)功能：從DDRAM中讀數(shù)據(jù),讀指令執(zhí)行后Y地址計數(shù)器自動加一,從DDRAM讀數(shù)據(jù)前要先執(zhí)行"設(shè)置頁地址"及"設(shè)置列地址"命令。2.5語音播報電路2.5.1ISD4003與MCU接口設(shè)計ISD4003工作于SPI串行接口,SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,協(xié)議假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿動作,因此對ISD4003而言,在時鐘止升沿鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù),在下降沿將數(shù)據(jù)送至MISO引腳。ISD4003與單片機的接口電路如下圖所所：圖2.13ISD4003接口圖其中,SS、MOSI、MISO、RAC、SCLK、INT分別與單片機的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P3.2相連。2.5.2ISD4003驅(qū)動方法ISD4003內(nèi)部有SPI串行傳輸總線,通過MOSI和MISO兩根線進行數(shù)據(jù)的雙向傳送,具體的操作和實現(xiàn)方法在下面的系統(tǒng)軟件設(shè)計中將作詳細描述。2.6在線編程<ISP>電路2.6.1ISP概述ISP<In-SystemProgramming>,即在系統(tǒng)可編程,它是指在可直接將用戶編寫的可執(zhí)行的二進制代碼或是十六進制代碼直接寫入器件中,而無需專門的燒錄器,也不需要將器件從電路板上取下來?？梢灶A(yù)言,ISP技術(shù)是未來單片機的發(fā)展方向。2.6.2ISP電路與MCU接口設(shè)計本系統(tǒng)中所采用的ISP電路是在串口的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的,其電路原理如下：圖2.14ISP電路原理圖使用一個電平轉(zhuǎn)換器件RS232和一個串口即可實現(xiàn)此功能,當然所采用的單片機要支持ISP在系統(tǒng)可編程功能,本系統(tǒng)所采用的STC89C51就是很典型的一款支持ISP功能的單片機。2.7萬年歷設(shè)計2.7.1工作原理：工作原理：電路見附圖<1>。初始化后,DS1302開始走時。AT89C2051讀取時間數(shù)據(jù)并處理后,通過2級8位移位寄存器<74LS595>將數(shù)碼管的選通數(shù)據(jù)送至顯示驅(qū)動,SRCLK是移位脈沖．上升沿有效．RCLK是輸出鎖存器的鎖存信號,其上升沿將移位寄存器的輸出鎖存到輸出鎖存器偉是選通信號,只有e為低電平時鎖存器的輸出才開放。所有數(shù)碼管的同一筆畫是連在一起的,由AT89C2051對DS1302讀回的時間數(shù)據(jù)進行拆分處理,然后轉(zhuǎn)換成要顯示的數(shù)字代碼,再由SER<AT89C2051的P3.5腳逐位輸出到IC1的〔14腳．以完成對需要顯示筆畫的數(shù)014-,選擇,111.1對一個數(shù)碼管的同一筆畫進行掃描,第一筆畫點亮延時,繼續(xù)把第二筆畫的代碼移位至74LS595進行第二個筆畫的掃描,直至七個筆畫全部顯示完為止。例如,要顯示的時間為07-02-23．則各數(shù)的代碼分別為3FH、07H、3FH、5BH、BH、4FH。先通過74LS595把3F、07、3F、5B、5B、4F的DO,即低位右移一位,通過74LS595送至驅(qū)動三極管的基極,如果某位為0,則相應(yīng)的位就不點亮．然后從P1.1輸出0,那么該筆畫中相應(yīng)為1的筆畫就被點亮,各數(shù)相應(yīng)代碼就變?yōu)椋?FH-1FF,07H-3H、3FI3-1FIi、511H-2DH、5BH-2DH、4FH-27H。繼續(xù)通過74LS595把IF,3,1F,2D,2D,27的最低位送至三極管的基極．然后P1.2輸出0,數(shù)碼管的第二筆畫相應(yīng)的位被點亮．各數(shù)代碼則變?yōu)椋篎H,IH,FH,16H,16H,13H。重復(fù)上面的移位及掃描,直至7個筆畫的顯示完成,就完成了07-02-03的全部顯示。這種顯示電路的特點是能夠同屏顯示多位數(shù)碼管及多位輸出。圖中還可增加秒閃爍和驅(qū)動報時蜂鳴器等電路功能。遙控器采用HA6221系列,遙控接收使用1838V紅外接收模塊,接AT89C2051的P3.2〔外中斷0>.當1838V接收到遙控信號時．產(chǎn)生中斷,處理遙控數(shù)據(jù)．處理完后返回。電路中用了一塊鈕扣電池作為停電走時。附圖<1>2.8按鍵功能設(shè)計系統(tǒng)中設(shè)置了三個按鍵以完成對該儀器的操作,其中包括模式選擇鍵、測量鍵和復(fù)位鍵,其具體的功能描述如下。2.8.1模式選擇功能模式選擇鍵用于選擇用戶使用儀器的方式,即是使用手動測量方式還是自動測量方式。在系統(tǒng)軟件設(shè)計中,提供了兩種方式以適應(yīng)在不同場合的需求。在使用之前,應(yīng)該設(shè)置模式鍵以確定當前的模式。2.8.2測量功能測量鍵用于啟動測量過程,并最終將測得的結(jié)果顯示或是播放給用戶。在系統(tǒng)軟件設(shè)計中,還有一個用于擴展系統(tǒng)功能的模塊,也即使用串口將測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給終端以實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計或是其他功能。2.8.3復(fù)位功能復(fù)位鍵用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或是程序跑飛時,使系統(tǒng)復(fù)位到初始化狀態(tài),以進行體溫的測量。2.8.4輔助功能智能溫度計方便快捷的按鍵又可以輔助點擊并測量環(huán)境溫度、統(tǒng)計周圍過往人數(shù)、查看當前日期等快捷的功能,此按鍵經(jīng)過程序系統(tǒng)化設(shè)計,使用簡單方便,比其他同類產(chǎn)品增加了更多的功能。按鍵經(jīng)過反復(fù)試驗,測試均可靈敏的反應(yīng),實現(xiàn)了電子產(chǎn)品功能的多樣化、人性化、智能化、數(shù)字化、高效化、快捷化的結(jié)合和統(tǒng)一,由此給廣大使用者帶來了巨大的方便。2.9.本章小結(jié)本章簡要介紹了電子體溫計的硬件組成,各個部分的電路說明及原理介紹,并對主要元件的引腳進行圖表說明。硬件設(shè)計時要充分考慮到所用元件的引腳功能,根據(jù)系統(tǒng)所需要的功能要求和性能指標,綜合進行設(shè)計。第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計涉及了許多器件的驅(qū)動,在基本器件驅(qū)動的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了手動測量模式和自動測量模式兩種適應(yīng)不同場合的需求的測量模式。系統(tǒng)中設(shè)置了三類按鍵以供操作使用：模式選擇鍵用于模式選擇,測量鍵用于啟動測量過程,復(fù)位鍵用于系統(tǒng)復(fù)位。3.1軟件工作流程系統(tǒng)軟件主要分為兩個模塊,即MODE=0和MODE=1,也即前面所講的手動模式和自動模式。軟件流程圖如下圖所示：系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電系統(tǒng)上電YMODE=1NYMODE=1N自動測量模式手動測溫模式自動測量模式手動測溫模式信息提示&燈亮亮MEA=1NY信息提示&燈亮亮MEA=1NY測量,顯示,發(fā)送信息提示測量,顯示,發(fā)送信息提示燈閃爍燈閃爍測量&顯示測量&顯示燈熄滅準備下一次測量燈熄滅準備下一次測量YNYNMEA=0MEA=0圖3.1流程圖3.2驅(qū)動程序設(shè)計在這一小節(jié)中,將會對系統(tǒng)中所采用的需要使用軟件來驅(qū)動的器件的驅(qū)動方法作以介紹,其中需要驅(qū)動的器件有TLC0820AC,12864以及語音芯片等,下面將作詳細的描述。3.2.1ADC-TLC0820AC驅(qū)動程序設(shè)計TLC0820AC是一個高速、并行8位AD轉(zhuǎn)換器,在本系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)總線端口是P0口。該器件的操作時序如下圖所示：圖3.2轉(zhuǎn)換器時序圖圖3.2中所示的操作時序是TLC0820AC在Read模式下的,其中CS為片選信號,RD為讀信號,D0~D7為數(shù)據(jù),其驅(qū)動步驟如下：復(fù)位數(shù)據(jù)端口,即使P0=0xFF;片選TLC0820AC,即使CS=0;產(chǎn)生一個RD的下降沿以啟動AD轉(zhuǎn)換;最多不超過2.5us延時;把D7～D0的數(shù)據(jù)送入單