醫(yī)用紅外測溫儀設計

畢業(yè)論文（設計）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計）是在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻、數據、圖表、資料均已作明確標注，論文中的結論和成果為本人獨立完成，真實可靠，不包含他人成果及已獲得青島農業(yè)大學或其他教育機構的學位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設計）作者簽名：日期：年月日畢業(yè)論文（設計）版權使用授權書本畢業(yè)論文（設計）作者同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文（設計）的復印件和電子版，允許論文（設計）被查閱和借閱。本人授權青島農業(yè)大學可以將本畢業(yè)論文（設計）全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設計）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設計）或與該論文（設計）直接相關的學術論文或成果時，單位署名為青島農業(yè)大學。論文（設計）作者簽名：日期：年月日指導教師簽名：日期：年月日目錄摘要 高達幾十分之一攝氏度。紅外測溫是非接觸式測量，不破壞物體本身的溫度分布，這樣測得的溫度是真實，準確，誤差達0.1℃以下[2]。1.2紅外測溫儀的分類紅外測溫儀根據原理可分為全輻射測溫儀、單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。1.2.1全輻射測溫儀全輻射測溫儀是通過測量波長從零到無窮大的整個光譜范圍內的輻射功率來確定物體的輻射溫度[3]。輻射溫度指的是總輻射功率時，實際的對象（包括所有波長），和絕對總黑體輻射功率等于實際的對象被稱為輻射溫度的黑體的溫度。有沒有全頻段均勻輻射探測器，也沒有窗口或鏡頭通過全頻段的紅外光學材料，輻射測溫只是一個理想化的概念。僅在很寬的波長范圍內的輻射進行輻射溫度計測量的實際使用情況，接收到的輻射能量的大部分的總輻射能量的值。全輻射測溫儀通常要通過黑體定標。設黑體溫度為，它所對應的輻射功率為(1-1)在儀器定標和實測時，若兩者的接收功率相同，應有如下關系(1-2)由此得(1-3)其相對誤差為(1-4)由于被測物體的發(fā)射率總是小于1，它表示的輻射溫度計的溫度總是低于對象的真實溫度。顯然，目標的發(fā)射率越接近1，表明是更接近目標的真實溫度的溫度計的溫度，相反，發(fā)射率越小，誤差越大[4]。1.2.2單色測溫儀單色測溫儀是通過測量物體發(fā)射的某一波長范圍內的輻射功率以確定目標亮溫的儀器[5]。若用黑體標定，這時，溫度為的黑體輻射能量應等于溫度為T的目標輻射能量。即（1-5)于是得（1-6）有式（1-6）可知，實驗選擇的波長越短，用發(fā)射率引起的誤差較小，因此單色測溫計一般工作在短波長區(qū)域。但短波單色測溫計溫度范圍窄，容易受到外界的干擾。在長波長的單色測溫計雖然測量誤差較大，但它有一個很寬的溫度范圍，和高溫物體不是由雜散輻射引起的誤差敏感。此外，格局維恩位移定律，隨著溫度的升高，最大輻射功率的波長就會想短波方向移動。因此，低溫測量應使用長波長，以高溫物體的溫度測量宜采用短波長。1.2.3比色測溫儀比色測溫儀是根據兩個波段輻射能量的比值與物體溫度的函數關系來測定物體色溫的[5]。設T為實際物體的真實溫度，光譜發(fā)射率為和的波長分別為和λ2，當在兩個博城的輻射功率比，在這兩個波長的輻射功率的黑體溫度對象是相等的比率，黑體的溫度稱為該對象的顏色溫度，即色溫。比色溫度計可以消除一定程度上的發(fā)射率誤差，只要在兩個波段的發(fā)射率的變化是比較緩慢的，輻射能量的兩波段比值主要取決于被測目標的額表面溫度。對部分遮擋場的光學系統，有煙霧測試空間，灰塵和位置的變化，只要他們輻射的幾乎相同的兩個頻帶的功率，這些因素對測量結果的影響不顯著。同樣，在性能上的變化或電路元件放大對測量結果的影響不顯著。1.3環(huán)境因素對紅外測溫儀的影響環(huán)境因素對紅外測溫儀主要存在以下兩方面的影響：一方面，輻射出紅外源，大多經過一定距離傳輸，在一個氣體分子，有很強的紅外輻射的吸收，非干燥的大氣紅外吸收能力最強的是水蒸氣和二氧化碳。除了這些氣體分子吸收紅外線，將紅外散射。由于吸收和散射的氣體分子，使紅外輻射衰減，嚴重時，可使紅外儀器無法正常工作。另一方面，由于外部輻射源的存在，尤其是在熱輻射，輻射溫度的實際測量透鏡就超過目標輸入透鏡的能量，產生的測量誤差也十分明顯。1.4醫(yī)用紅外測溫儀的現狀紅外測溫技術發(fā)展的非?？?，已被用于國內外市場上，美國許多溫度微機測量儀器，生產手提式雙色測溫儀、各種掃描式高溫計。紅外測溫儀在日本十分活躍，產品系列化、標準化和應用工作，有便攜式、臺式機和其他類型的。近年來，德國推出了一系列高性能的測量儀器，如品浦東測量儀器，精度可達1%，作為一個比較領先的儀器，可以測量1200℃的溫度，減小發(fā)射率的影響。紅外線人體測溫儀是紅外測溫技術的一個重要應用，它是利用人體發(fā)出的紅外線來測量出人體的溫度。它采用高精度的紅外傳感器和微電子技術，能夠快速、準確、方便地測出人體的溫度，解決了傳統水銀式溫度計的容易破碎、水銀污染環(huán)境與不易讀數等問題。這可以說是醫(yī)學測量的一個重大進步。盡管紅外測溫儀早已在工業(yè)領域廣泛應用，但由于醫(yī)用紅外測溫儀的特殊要求，直到1986年T.Shinozaki等才首次應用熱電堆探測器制成了耳道式紅外體溫計，用來測量人體鼓膜的溫度。我國在這方面的起步較晚。2003年，由中科院物理研究所王樹鐸教授研制的“非接觸、口腔式紅外線電子體溫儀”才獲得專利授權。在此之前，完全不與人體接觸、又滿足醫(yī)療測量精度的要求的體溫計，還沒有面世。2紅外溫度傳感器2.1紅外溫度測量技術非接觸式紅外溫度測量，通常用作熱電探測器或光檢測器元件。該溫度測量系統是比較簡單，可以實現大面積的溫度，它可以是被測量物體的溫度測量上的一個點，可以是便攜式，它可以是固定的，并且容易使用，其制造工藝簡單，成本也必然比不接觸被測物體溫度低，響應時間短，無干擾的溫度場，使用壽命長，操作簡便，一系列的優(yōu)點，但使用的紅外輻射來測量溫度，由物體的發(fā)射率，溫度距離，煙霧和蒸汽及其他外部因素的影響，測量誤差大。此溫度測量技術紅外線溫度傳感器的選擇是很重要的，不僅可以使用紅外線溫度傳感器的溫度測量點，大面積的溫度測量，也可以使用紅外線溫度傳感器。這種設計是利用紅外溫度傳感器，溫度測量技術，其溫度分辨率高，響應速度快，不干擾被測目標的溫度分布場，精度高，穩(wěn)定性好；另外紅外溫度傳感器發(fā)展速度非?？?，技術比較成熟，它也是使用非接觸式紅外線溫度傳感器設計溫度測量儀的原因。2.2紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器按照測量原理可以分為兩類:光電紅外溫度傳感器和熱電紅外溫度傳感器。本紅外測溫儀選用熱電紅外溫度傳感器。光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維[6]。熱電傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置，它利用敏感元件的電磁參數隨溫度變化而變化的特性來達到測量目的。熱電紅外溫度傳感器是利用紅外輻射的熱效應，通過溫差電效應、熱釋電效應和熱敏電阻等來測量所吸收的紅外輻射，間接地測量輻射紅外光物體的溫度[6]。2.3紅外測溫傳感器otp-538u介紹本設計中選擇的是otp-538u紅外傳感器。otp-538u是一個有著傳統TO-46外殼的熱電堆傳感器，該傳感器是由串聯的116個熱電偶元素，傳感器芯片經由微細加工，可快速反應環(huán)境里的溫度改變，導致輸出端電壓相應，紅外窗口是一個帶通濾波器，具有恒定的信號反應至其截止頻率。Otp-538u是一款零功耗，輸出為便于采取的電壓信號，檢測溫度范圍較廣的非接觸式溫度檢測的紅外傳感器。紅外傳感器的外觀圖如圖1所示。圖1紅外傳感器otp-538u外觀圖2.3.1傳感器特點紅外傳感器otp-538u的傳感器特點如表1。表1傳感器特點參數描述傳感器帽集成的紅外窗口的金屬帽傳感器頂部TO-46引腳三個孤立+1接地引腳焊金屬層濾光片硅基紅外濾光片絕緣氣體密封該傳感器密封在氮氣環(huán)境中2.3.2傳感器的特性紅外傳感器Otp-538u的特性如表2。表2傳感器的特性參數MinTypMaxUnitConditions輸出電壓0.771.44mVTamp=25℃Tobj.=50℃敏感性7085100V/WTC靈敏度2%/KTypical敏感區(qū)直徑545μm熱電堆阻抗506580KΩ25℃TC的阻尼0.09%/KTypical時間常數16ms噪聲電壓283236nV/Hz1/2NEP0.280.360.48nW/Hz1/22.3.3信號輸出特性紅外傳感器otp-538u的信號輸出特性如圖2。圖2信號輸出特性2.3.4濾波器的特性紅外傳感器otp-538u濾波器的特性如表4。表4濾波器的特性參數MinTypMax截止波長4.75.0光學特性紅外傳感器otp-538u的光學特性如表5。表5光學特性參數MinTypMaxUnitConditions視場66Degree50%的目標信號2.3.6機械制圖與引腳分配圖2機械圖與引腳分配

3總體方案設計與主要芯片的介紹3.1總體方案設計本方案中系統可以分為模擬紅外溫度傳感器模塊、放大電路模塊、AD轉換電路模塊、主控模塊、8255擴展模塊和LED顯示模塊?？傮w方案圖如圖3所示。首先模擬紅外溫度傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，然后經過轉換后輸出對應的電壓值，傳感器同時通過片上溫度傳感器測量溫度，這兩個紅外溫度傳感器的輸出量通過放大電路和AD轉換電路的處理后傳輸到主控模塊進行相關的處理，然后通過LED模塊顯示相應的人體溫度。AD轉換LED顯示放大電路主控模塊紅外測溫AD轉換LED顯示放大電路主控模塊紅外測溫電源模塊電源模塊圖3總體方案設計圖3.2主要芯片的介紹本設計采用AT89C51作為核心，集合集成運放LM324，ADC0809轉換芯片，8255擴展，LED數碼管顯示實現紅外測溫儀的功能。3.2.1AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除的只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價的案。AT89C51引腳圖如圖4所示。圖4AT89C51引腳圖P0口、P1口、P2口等引腳功能介紹如下：P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻抗輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0/RXD串行通信輸入P3.1/TXD串行通信輸出P3.2/INT0外部中斷0輸入，低電平有效P3.3/INT1外部中斷1輸入，低電平有效P3.4/T0計數器0外部事件計數輸入端P3.5/T1計數器1外部事件計數輸入端P3.6/WR外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效P3.7/RD外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現24個時鐘周期以上的高電平，系統即初始復位。初始化后，程序計數器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。

EA/VPP：當/EA保持低電平時，則此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。AT89C51各中斷源向量地址如表6所示。表6中斷源向量地址中斷源向量地址外部中斷00003H定時/計數器0000BH外部中斷10013H定時/計數器1001BH串行通訊0023HVCC：AT89C51電源正極輸入，接+5V電壓。GND：電源接地端。AT89C51個中斷源向量地址3.2.2LM324運算放大器LM324系列運算放大器是價格便宜的帶差動輸入功能的四運算放大器。它的內部包含形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立?？晒ぷ髟趩坞娫聪?，電壓范圍是3.0V-32V或16V。LM324的引腳如圖5所示。LM324的特點：(1)短跑保護輸出；(2)真差動輸入級；(3)可單電源工作：3V-32V；(4)低偏置電流：最大100nA（LM324A）；(5)每封裝含四個運算放大器；(6)具有內部補償的功能；(7)共模范圍擴展到負電源；(8)行業(yè)標準的引腳排列；(9)輸入端具有靜電保護功能。圖5引腳圖3.2.3ADC0809ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。

(1)ADC0809的內部邏輯結構由下圖7可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。圖6內部結構圖(2)ADC0809引腳結構ADC0809引腳功能如下：D7-D0：8位數字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D轉換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉換）.EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數據輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。圖7ADC0809引腳ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC0809引腳如圖7所示。ST為轉換啟動信號。當ST為上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOC為轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE＝1，輸出轉換得到的數據；OE＝0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉換器進行轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表7所示。表7通道選擇CBA選擇的通道000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111IN83.2.474LS74四分頻器74LS74內含兩個獨立的雙d觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數據輸入（D）、置位輸入（SD）復位輸入（RD）、時鐘輸入（CP）和數據輸出（Q）。SD、RD的低電平使輸出預置或清除，而與其它輸入端的電平無關。當SD、RD均無效（高電平式）時，符合建立時間要求的D數據在CP上升沿的作用下傳送到輸出端。圖874LS74內部結構3.2.5可編程并行接口芯片82558255是Intel公司生產的可編程并行I/O接口芯片，有3個8位并行I/O口。具有3個通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255可作為單片機與多種外設連接時的中間接口電路。8255作為主機與外設的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數據線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內部結構分為3個部分：與CPU連接部分、與外設連接部分、控制部分。8255的特性為：(1)一個并行輸入/輸出的LSI芯片，多功能的I/O器件，可作為CPU總線與外圍的接口。(2)具有24個可編程設置的I/O口,即3組8位的I/O口，分別為PA口、PB口和PC口。它們又可分為兩組12位的I/O口：A組包括A口及C口(高4位,PC4~PC7)，B組包括B口及C口(低4位,PC0~PC3)。A組可設置為基本的I/O口，閃控(STROBE)的I/O閃控式，雙向I/O三種模式；B組只能設置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式，而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。引腳說明為：RESET：復位輸入線，當該輸入端處于高電平時，所有內部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS：芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時，即CS=0時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊；CS=1時，8255無法與CPU做數據傳輸。RD：讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，即RD=0且CS=0時，允許8255通過數據總線向CPU發(fā)送數據或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數據。WR：寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，即WR=0且CS=0時，允許CPU將數據或控制字寫入8255。圖98255芯片引腳圖D0～D7：三態(tài)雙向數據總線，8255與CPU數據傳送的通道，當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現8位數據的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數據總線傳送。PA0～PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數據輸入鎖存器。PB0～PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。PC0～PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數據輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數據輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口，每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。A1,A0：地址選擇線，用來選擇8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。當A1=0,A0=0時，PA口被選擇；當A1=0,A0=1時，PB口被選擇；當A1=1,A0=0時，PC口被選擇；當A1=1.A0=1時，控制寄存器被選擇。3.2.6共陰極數碼管LED數碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構成的，加上小數點就是8個。其引腳分布圖如圖10所示。這些段分別由字母a、b、c、d、e、f、g、dp來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的數碼管字樣了。單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽極數碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰極數碼管。圖10共陰極數碼管

4系統硬件電路的設計4.1單片機的外圍電路4.1.1復位電路無論是在剛開始接上電源時，還是運行過程中發(fā)生故障都需要復位。復位電路用于將單片機內部電路的狀態(tài)恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位條件：必須使其RST引腳上持續(xù)出現兩個機器周期的高電平。單片機的外圍電路如圖11。圖11單片機的外圍電路4.1.2時鐘電路單片機的時鐘信號選用的是內部時鐘方式，在單片機XTAL1和XTAL2引腳上跨界上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機內的電路構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振頻率為11.0592MHz。4.2放大電路的設計電路中輸入級由兩個同相輸入運算放大器電路并聯，再與第三個運算放大器差分輸入串聯的三運放差動放大電路構成，電路優(yōu)點：電路放大差模信號，抑制共模信號。放大電路圖如圖12所示。圖12放大電路4.3ADC0809與單片機的連接ADC0809與單片機的連接應符合關系為：（1）ADC0809那個內部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。（2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3）送要轉換通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。（6）當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。連接如圖13所示。圖13ADC0809與單片機的連接4.4單片機外8255擴展8255的片選信號及地址選擇線A0、A1分別由AT89C51的P0.7和P0.0、P0.1經74LS373地址鎖存后提供。單片機外8255擴展如圖14所示。圖148255擴展4.58255擴展顯示8255擴展顯示如圖15所示。圖158255擴展顯示電路

5系統軟件的設計與電路的仿真5.1紅外測溫程序該紅外測溫模塊的數據輸出信號和脈沖信號分別接單片機P1.5，P1.6口,測溫控制端接P1.7口。它的程序流程圖如圖17所示，此模塊首先定義一個字符型數組用于存放讀取到的一幀數據，然后啟動測溫，讀取數據，數據是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。把五個字節(jié)數據都讀完后判斷第一個字節(jié)是否為0x4c或0x66并且第五個字節(jié)為0x0d，若是則計算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數據。在此紅外測溫儀的軟件設計中，溫度值的計算也是一個非常重要的部分，它關系到整個產品的設計精度，因此把它的溫度數據讀取與計算用單獨的程序給出，其流程圖如圖17。因為紅外測溫模塊的數據是一位一位地送入單片機的，所以用雙重循環(huán)，內循環(huán)接收一個字節(jié)的數據，外循環(huán)接收五個字節(jié)的數據。圖16紅外測溫流程圖5.2ADC0809轉換程序設計進行A/D轉換時，采用查詢EOC的標志信號來檢測A/D轉換是否完畢，若完畢則把數據通過P2端口讀入，經過數據處理之后在數碼管上顯示。進行A/D轉換之前，要啟動轉換的方法：ABC=110選擇第三通道ST=0，ST=1，ST=0產生啟動轉換的正脈沖信號程序：#include

unsignedcharcodedispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7；0xef,0xdf,0xbf,0x7f}；unsignedcharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66；0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}；unsignedchardispbuf[8]={10,10,10,10,10,0,0,0}；unsignedchardispcount；sbitST=P3^0；sbitOE=P3^1；sbitEOC=P3^2；unsignedcharchannel=0xbc;//IN3unsignedchargetdata；voidmain(void){

TMOD=0x01；TH0=(65536-4000)/256；TL0=(65536-4000)%256；TR0=1；ET0=1；EA=1；P3=channel；while(1){ST=0；ST=1；ST=0；while(EOC==0)；

OE=1；getdata=P0；OE=0；dispbuf[2]=getdata/100；getdata=getdata%10；dispbuf[1]=getdata/10；dispbuf[0]=getdata%10；}

}voidt0(void)interrupt1using0{

TH0=(65536-4000)/256；TL0=(65536-4000)%256；P1=dispcode[dispbuf[dispcount]]；P2=dispbitcode[dispcount]；dispcount++；if(dispcount==8){dispcount=0；}5.38255轉換與數碼顯示程序設計Assumecs:codecodesegmentorg100hstart: nopnopstart1:movcx，06hmovbx，00fehmov dx，04a6h mov ax，80h out dx,ax disp:movdi,offsetsegcodmovdx,04a0hmoval,bhmovah,00hadddi,axmoval,cs:[di]outdx,almovdx,04a2hmoval,bloutdx,alpushcxcalldelaypopcxincbhrolbl,1loopdispjmpstart1delay: movcx,45h delay1: nop nopnopnop loopdelay1 retsegcoddb6dh,7dh,07h,7fh,6fh,77hcode endsend start5.4用Proteus軟件對電路進行仿真Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路。Proteus仿真步驟為：(1)點擊ProjectNewProject，在“文件名”中輸入一個C程序項目名稱?！氨４妗焙蟮奈募U展名為uv2，這是KEILuVision2項目文件擴展名，以后可以直接點擊此文件以打開先前做的項目。(2)選擇所要的單片機，這里選擇常用的AT89C51。(3)首先要在項目中創(chuàng)建新的程序文件或加入舊程序文件。點擊File—New按鈕，或快捷鍵Ctrl+N。出現一個新的文字編輯窗口，(4)保存源文件，擴展名為.C。并將該文件加入到剛才建立的項目中。(5)編譯源文件。點擊Buildtarget或Rebuildalltargetfiles，查看編譯結果是否有錯，若有錯，則修改源程序。否則，則可以進行調試。(6)點擊DebugStart/stopDebugsession，進入調試模式?？蛇B續(xù)運行，也可以單步運行。程序如下：#include<regx52.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitreset=P2^5;//adc0809/08端口//A/D轉換啟動信號輸入端。sbitST=P3^0;//轉換結束信號輸出引腳。sbitEOC=P3^1;//輸出允許控制端sbitOE=P3^2;//時鐘信號輸入端。sbitCLK=P3^3;uintad0=0;//延時函數msvoid_delay_ms(uintt){uinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<250;j++);}//延時函數usvoid_delay_us(uchart){while(t>0)t--;}voidad(){ _delay_ms(4); //拉高P0置為輸入 P1=0xff; //轉換結束信號輸出引腳。 EOC=1; //A/D轉換暫停 ST=0; //輸出禁止 OE=0; //A/D轉換啟動 ST=1; //A/D轉換結束 ST=0; //判斷結束標志 while(EOC==0); //輸出允許 OE=1; //讀取數據 ad0=P1; //輸出禁止 OE=0; //計算公式實際有差別 ad0=ad0/10*45/2;}//共陰極段碼/*0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,*/ucharcodeseg[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//端口映射地址#definePAXBYTE[0x3fff]#definePBXBYTE[0x7fff]#definePC1XBYTE[0xbfff]#defineCTLXBYTE[0xffff]//數據緩存uintad1=0;//顯示函數voiddisplay(){PA=~seg[ad1%1000/100];_delay_ms(3);PA=0;PB=~(seg[ad1%100/10]|0x80);_delay_ms(3);PB=0;PC1=seg[ad1%10];_delay_ms(3);PC1=seg[ad1%10];//PC1=0xff;}//主函數voidmain(){_delay_ms(1);_delay_us(1);reset=1;_nop_();reset=0;CTL=0x80;//寫8255控制字，設置PA,PB,PC為輸出口//定時器配置TMOD=0x00;//定時器0工作方式0TH0=(8192-5000)/32;//5ms定時TL0=(8192-5000)%32;//允許T0中斷IE=0x82;//開啟定時器TR0=1;while(1){//讀取ADad();ad1=ad0;//顯示子函數display();}}//T0中斷函數voidclkad()interrupt1{//頻率TH0=(8192-50)/32;//恢復初值TL0=(8192-50)%32;CLK=~CLK;}(7)單擊仿真運行開始按鈕，仿真圖如圖16所示。由于紅外溫度傳感器不能進行仿真，因此用變阻器代替進行仿真。當電阻值變化時，電壓值隨之變化，最后顯示溫度值。圖16仿31參考文獻[1]蔣凱，葉樹明，李志鋒，呂維敏，甄輝，黃鋼妹.高精度醫(yī)用紅外測溫儀的開發(fā).計算機工程.2004.30（23）[2]白春麗，沈慧南，韓旭波.基于單片機的智能紅外測溫系統.信息技術,InformationTechnology，2012年02期

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附錄1：總體硬件電路的設計圖

附錄2：程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<math.h>Unsignedintdatabai,shi,ge;unsignedlongintidatatemp,temp1,tp;//unsignedchardatadis[5];unsignedcharcodetable[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39};unsignedcharcodew[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09};unsignedchardataCode5[]="NO:";unsignedchardataCode6[]="GETREADY!";unsignedchardataCode7[]="AMBIENTTEMP:" ;unsignedchardataCode8[]="INPUTDONE!";unsignedchardataCode9[]="PRESSTORECALL" ;inti,j,k;k=0;unsignedcharidataa[5][6];unsignedlongintidatapp[7];unsignedcharm;unsignedcharxdatakey;sbitACS=P3^3;sbitALE=P3^4;sbitSTART=P3^5;sbitOE=P3^6;sbitEOC=P3^7;sbitLCDRS=P3^0;sbitLCDRW=P3^1;sbitLCDEN=P3^2;voiddelay(unsignedcharn){inti,j;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<100;j++);}voiddelay1(unsignedcharn){inti,j;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<1000;j++);}//*****************voidfree(){while(1){P1=0xf0;if(P1==0xf0)break;}}voidWrite_Cmd(unsignedcharC){LCDEN=1;LCDRS=0;P0=C;delay(5);LCDEN=0;}voidWrite_Data(unsignedcharD){LCDEN=1;LCDRS=1;P0=D;delay(5);LCDEN=0;}voidLCD_Init(){LCDRS=0;//指令寄存器選擇Write_Cmd(0x01);//清屏Write_Cmd(0x38);//Write_Cmd(0x0F);//開關顯示設置Write_Cmd(0x06);//輸入方式設置，光標從左向右移動，內容不移動}voidwelcome(){unsignedcharCode1[]="WELCOMETOTHE";unsignedcharCode2[]="TEMPSYSTEM!";unsignedcharm;LCDRW=0;//寫選擇LCD_Init();P1=0xfe;Write_Cmd(0x01);Write_Cmd(0x80+0x01);//for(m=0;m<14;m++){Write_Data(Code1[m]);delay1(30); }Write_Cmd(0xc0+0x02);//for(m=0;m<12;m++){Write_Data(Code2[m]);delay1(30); }delay1(1000); Write_Cmd(0x08);delay1(500); Write_Cmd(0x0f);delay1(500); Write_Cmd(0x08); delay1(500);Write_Cmd(0x0f);}voidstart(){P1=0xfe;while(1){if(P1==0xee){ delay(5); if(P1==0xee) {free(); break; } }}}voidok(){P1=0xfe;while(1){if(P1==0xbe){ delay(5); if(P1==0xbe) {free(); break; } }}}voidinputnumber(){unsignedcharCode3[]="INPUTANUMBER!";unsignedcharCode4[]="NO:";unsignedcharm;LCDRW=0;//寫選擇Write_Cmd(0x01);Write_Cmd(0x80+0x01);for(m=0;m<14;m++){Write_Data(Code3[m]);delay(3);}Write_Cmd(0xc0+0x01);for(m=0;m<3;m++){Write_Data(Code4[m]);delay(3);}}unsignedcharadc(){ALE=0;START=0;OE=0;EOC=1;ALE=1;_nop_();_nop_();ALE=0;START=1;_nop_();_nop_();START=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(EOC==0);OE=1;temp1=P2;OE=0;//temp1=128;temp=temp1*19400/(49600-temp1*194);if(temp<66)tp=floor(((66-temp)/2.4+35)*10.0)+5;elseif(temp<81)tp=floor(((81-temp)/3.0+30)*10.0)+5;elseif(temp<100)tp=floor(((100-temp)/4.2+25)*10.0)+5;elseif(temp<124)tp=floor(((124-temp)/4.9+20)*10.0)+5;//tp=temp;bai=tp/100;shi=tp%100/10;ge=tp%10;LCDRW=0;Write_Cmd(0xc5);Write_Data(table[w[bai]]);Write_Data(table[w[shi]]);Write_Data(0x2e);Write_Data(table[w[ge]]);Write_Data(0x44);Write_Data(0x45);Write_Data(0x47);returntp;}//********************unsignedcharadc2(){ALE=0;START=0;OE=0;EOC=1;ALE=1;_nop_();_nop_();ALE=0;START=1;_nop_();_nop_();START=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(EOC==0);OE=1;temp1=P2;OE=0;tp=temp1*194;pp[k]=tp;k++;bai=tp/10000;shi=tp%10000/1000;ge=tp%1000/100;LCDRW=0;//寫選擇Write_Cmd(0xc5);Write_Data(table[w[bai]]);Write_Data(table[w[shi]]);Write_Data(0x2e);Write_Data(table[w[ge]]);Write_Data(0x44);Write_Data(0x45);Write_Data(0x47);returntp;}unsignedcharsckey(){while(1) { P1=0xf0; if(P1!=0xf0) { delay(5); if(P1!=0xf0) {P1=0xfe; if(P1!=0xbe){delay(5); if(P1!=0xbe) break; } } } }P1=0xfe;if(P1!=0xfe){delay(5);if(P1!=0xfe){switch(P1){case0xde:key='0'; free();break;case0xee:key='/'; free();break;}}}P1=0xfd;if(P1!=0xfd){delay(5);if(P1!=0xfd){switch(P1){case0xed:key='1'; free();break;case0xdd:key='2'; free();break;case0xbd:key='3'; free();break;}}}P1=0xfb;if(P1!=0xfb)