非接觸式智能檢測(cè)防疫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

非接觸式智能檢測(cè)防疫系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在這個(gè)社會(huì)進(jìn)步發(fā)展十分迅速的時(shí)代，科學(xué)發(fā)展技術(shù)和我們生活息息相關(guān)。伴隨著各行各業(yè)的科學(xué)技術(shù)智能化發(fā)展，對(duì)溫度檢測(cè)的研究也正在逐步推進(jìn)成為熱門。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中介紹了以STC89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)的紅外溫度傳感報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和硬軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)施。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量目標(biāo)溫度非接觸式的實(shí)時(shí)采集、處理、顯示和報(bào)警等功能，同時(shí)包括設(shè)置溫度測(cè)量的上下限報(bào)警限值。該系統(tǒng)硬件電路組成部分主要包括STC89C51單片機(jī)、非接觸式MLX90614紅外溫度傳感器、LCD1602顯示屏、蜂鳴器報(bào)警電路等模塊。利用PROTUES軟件的仿真，并在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各功能。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有快速溫度測(cè)量響應(yīng)、實(shí)時(shí)溫度測(cè)量、高測(cè)量精度、可靠性及安全性高等。關(guān)鍵詞：STC89C51單片機(jī)；LCD1602液晶顯示；報(bào)警緒論課題研究的背景和意義課題研究的背景隨著我國(guó)現(xiàn)代化社會(huì)的不斷地健全和完善，經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展和醫(yī)療服務(wù)水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注自己自我健康，體溫是體現(xiàn)人類新陳代謝的重要指標(biāo)之一，體溫太高和太低都會(huì)影響我們?nèi)梭w內(nèi)酶的活性，從而使我們的身體的各個(gè)重要器官功能無法正常運(yùn)作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響生命。現(xiàn)在社會(huì)上各種各樣的流行病很多，傳染性也比較強(qiáng)，2020年人們迎接鼠年到來期間爆發(fā)的新冠病毒疫情，其主要癥狀就是發(fā)熱、乏力、干咳。對(duì)于體溫的檢測(cè)有助于我們預(yù)防和治療疾病。傳統(tǒng)的接觸式溫度測(cè)量系統(tǒng)存在許多局限性。不能遠(yuǎn)距離的測(cè)量溫度，而且容易受到外界環(huán)境溫度的干擾，影響醫(yī)務(wù)人員對(duì)于疾病的準(zhǔn)確判斷。設(shè)計(jì)研發(fā)一種非接觸式紅外測(cè)溫系統(tǒng)，可以取代傳統(tǒng)的測(cè)溫儀器裝置同時(shí)達(dá)到彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)溫儀器的缺點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有反應(yīng)時(shí)間快、接觸性好、安全良好、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它更適合人們獨(dú)自簡(jiǎn)便的在日常生活中完成溫度測(cè)量。課題研究的意義2020年農(nóng)歷庚子鼠年到來之際，始料未及的新冠病毒席卷全球，病毒的危害影響著全國(guó)的每一個(gè)人。為了抑制流行病的發(fā)生和擴(kuò)大，當(dāng)務(wù)之急是要在多個(gè)地區(qū)促進(jìn)應(yīng)對(duì)大型公共衛(wèi)生緊急事態(tài)。在新的冠狀病毒預(yù)防和管理過程中，“發(fā)熱”雖然不是決定新冠肺炎感染的最主要指標(biāo)。但是在人口基數(shù)較大的我國(guó)各省以及各鄉(xiāng)縣醫(yī)院及鄉(xiāng)村衛(wèi)生所還是將是否有發(fā)熱癥狀作為初步判斷是否感染新型冠狀病毒的重要參考。非接觸，測(cè)量精度高的醫(yī)用紅外線測(cè)溫儀的開發(fā)使得可以在大多數(shù)公共場(chǎng)合快速檢測(cè)發(fā)熱癥狀。在當(dāng)今社會(huì)，紅外線測(cè)溫儀不僅適用于人們的日常生活，同樣在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中紅外測(cè)溫儀能快速發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防重大事故的出現(xiàn)。紅外測(cè)溫技術(shù)在醫(yī)療、工業(yè)、安全監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、預(yù)防醫(yī)藥科研等領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用效果。與傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)相比具有反應(yīng)時(shí)間快、安全和工作壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。在安全預(yù)防保護(hù)等方面扮演著重要角色，市場(chǎng)需求良好。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)許多高新技術(shù)企業(yè)都在不斷地創(chuàng)新和研發(fā)紅外測(cè)溫技術(shù)。雖然取得了一定的成就，但與國(guó)外技術(shù)相比還有一定的差別。因此，研究和創(chuàng)新開發(fā)新型技術(shù)具有重要意義。國(guó)內(nèi)紅外測(cè)溫儀的研發(fā)缺乏突破性的創(chuàng)新績(jī)效，研發(fā)出來的產(chǎn)品的精度和速度相對(duì)較低。在過去幾十年間里，中國(guó)國(guó)內(nèi)的紅外線溫度測(cè)量技術(shù)迅速發(fā)展，逐步的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域。溫度異常引起的許多故障常常出現(xiàn)在電力運(yùn)行系統(tǒng)當(dāng)中，準(zhǔn)確、迅速地測(cè)量電子電力運(yùn)行工作系統(tǒng)當(dāng)中的溫度異常變化，消除供電設(shè)施的安全隱患，保證電氣供電系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定，高效能運(yùn)行具有重大含義。綜上所述，研發(fā)一款快速而準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)問題的紅外測(cè)溫儀十分必要，且在中國(guó)具有較大的發(fā)展空間。設(shè)計(jì)要求與方案論證設(shè)計(jì)要求測(cè)量溫度的精度小數(shù)點(diǎn)后兩位，即百分位。盡量體現(xiàn)出傳感器的高性能，即本設(shè)計(jì)的量程上限盡可能與傳感器的額定范圍貼近，測(cè)量下限在零攝氏度以上。報(bào)警范圍下限可進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，且設(shè)置方式應(yīng)足夠簡(jiǎn)單方便。蜂鳴器要足夠明顯，確保發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)后能引起使用者的注意。液晶顯示界面突出顯示溫度，且有相關(guān)設(shè)置按鈕。系統(tǒng)框圖圖1系統(tǒng)框圖溫度采集方案一般場(chǎng)景中溫度并不會(huì)過于極端，因此單片機(jī)系統(tǒng)的溫度測(cè)量可直接使用測(cè)溫范圍較窄的溫度傳感器，可在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，降低成本，方便用戶使用。再次進(jìn)行分析，本設(shè)計(jì)目標(biāo)服務(wù)場(chǎng)景的精度在小數(shù)點(diǎn)后一位即可滿足，而溫度傳感器本身就有足夠的精度，因此無需再設(shè)計(jì)額外的算法。在以研究并完善本課題的情況下以方便快捷，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，制作方便為大前提本設(shè)計(jì)采用以接觸式的數(shù)字顯示溫度傳感器。DHT11與DS18B20相比優(yōu)勢(shì)在于可以測(cè)濕度，劣勢(shì)在于相對(duì)來說精度較低；LM75的價(jià)格便宜，測(cè)溫誤差為±2℃，不符合本設(shè)計(jì)要求；AD590測(cè)溫范圍廣、電路復(fù)雜、成本相對(duì)DS18B20而言更高，STC51單片機(jī)也不具備其所需的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。表1常見溫度傳感器類型及其優(yōu)缺點(diǎn)常見溫度傳感器類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)AD590測(cè)溫范圍廣電路復(fù)雜，成本高LM75價(jià)格便宜，誤差±2℃不符合本設(shè)計(jì)要求DHT11可以測(cè)濕度精度較低因此綜合各方面考慮，最終決定采用使用DS18B20溫度傳感器。單總線通信，資料方便查找，可降低設(shè)計(jì)難度。它可并入多個(gè)同型號(hào)傳感器，因此先采取單點(diǎn)測(cè)溫方案，后續(xù)測(cè)試中不能滿足要求也方便及時(shí)改成多點(diǎn)測(cè)溫方案。顯示方案方案一：采用數(shù)碼管顯示。對(duì)數(shù)碼管輸入特定的信號(hào)會(huì)使其發(fā)亮從而顯示出數(shù)字，多用于純數(shù)字字符的顯示。以前多數(shù)用于空調(diào)，優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格便宜、顯示內(nèi)容較少時(shí)用法簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是只能顯示有限的內(nèi)容，電路復(fù)雜。方案二：采用字符LCD顯示?？梢孕涯康仫@示大量?jī)?nèi)容，亮度高，查看方便。其中LCD1602是使用較為廣泛的一種型號(hào)。缺點(diǎn)在于價(jià)格略高，體積略大，溫度低于零下時(shí)有可能無法正常工作?？紤]到本設(shè)計(jì)除了要顯示當(dāng)前溫度外，還需要在設(shè)置上下限時(shí)顯示上下限的數(shù)值，如果使用數(shù)碼管，要全部顯示這些內(nèi)容電路會(huì)很復(fù)雜。從當(dāng)下的社會(huì)的審美追求來說，采用LCD1602會(huì)比采用數(shù)碼管看起來更高級(jí)一點(diǎn)。而且，LCD1602的缺點(diǎn)可以通過其他手段去彌補(bǔ)，因此最終決定選擇方案二。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)具體的電路電路是通過計(jì)算機(jī)上的AltiumDesigner16.0來完成的。如果能夠熟練的運(yùn)用AltiumDesigner，將會(huì)極大的提升我們對(duì)硬件的理解和對(duì)系統(tǒng)的理解。系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)核心芯片是以STC89C51單片機(jī)的展開硬件電路模塊，外部模塊包括：電源，GY906紅外線測(cè)溫模塊，8050蜂鳴器光電報(bào)警模塊，LCD1602液晶顯示模塊，獨(dú)立功能按鍵等。3.1.1STC89C51RC概述8051系列單片機(jī)的起源與中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的開始基本處于同一時(shí)代，很多方案只需要很少的片內(nèi)資源就能滿足其設(shè)計(jì)需求，因此時(shí)至今日進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代后仍然被作為控制核心運(yùn)用于各種電子設(shè)計(jì)中?；诒驹O(shè)計(jì)理念理解并推出STC89C51RC可滿足本次設(shè)計(jì)的要求，實(shí)物如圖2所示，抗干擾能力強(qiáng)，程序?qū)懭敕奖憧旖荩cATMEL公司的產(chǎn)品相比，省掉了通用編程器的成本，且程序?qū)懭胨俣雀?。圖2STC89C51RC單片機(jī)實(shí)物圖STC89C51RC工作電壓在5.5-3.5V，價(jià)格最低2.8元/片，兼容AT89C51，具有AT89C51的所有功能特性，這片單片機(jī)適用溫度范圍可達(dá)-40～+85℃，在實(shí)際使用中進(jìn)一步拉長(zhǎng)DS18B20與單片機(jī)之間的距離，即可將測(cè)溫上限，符合設(shè)計(jì)要求。表2各引腳功能圖引腳分類引腳名稱功能電源VCC芯片電源，接+5VVSS接地端時(shí)鐘XTAL1晶體振蕩電路反相輸入端XTAL2晶體振蕩電路反相輸出端控制線ALE用來鎖存P0口送出的低8位地址新門戶PROG在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖PSEN外ROM讀選通信號(hào)REST復(fù)位信號(hào)輸入端VPD掉電情況下，接備用電源EA內(nèi)外ROM選擇端VPP在EPROM編程期間施加編程電源引腳圖如下圖3所示。圖3STC89C51RC的引腳圖單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶體振蕩器、單片機(jī)和重置三部分組成的最簡(jiǎn)電路。后綴為RC的STC89C51RC代表芯片中有一個(gè)RC的時(shí)鐘振蕩電路。當(dāng)供電被打開時(shí)，第一步可以被自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)（通電后的自動(dòng)重置）。當(dāng)電源接通時(shí)，第二步要通過壓下一個(gè)按鈕來實(shí)現(xiàn)（手工鍵重置）。人工按鈕重置是通過關(guān)閉重置按鈕來增加輸入的高電平來完成重置，其具體的方法是在重置輸入端與電源VCC之間各加一鍵，一旦按下該鍵，則將高電平加至重置輸入端，從而完成重置。經(jīng)過對(duì)特定數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)，結(jié)果表明，人的操作時(shí)間足以使按鈕保持在一秒鐘內(nèi)，所以，本設(shè)計(jì)可以充分保證人為操作的完成，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。最小系統(tǒng)可使單片機(jī)系統(tǒng)正常工作。在權(quán)衡利弊之后本設(shè)計(jì)使用手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)最小系統(tǒng)開發(fā)，電路連接如圖4所示。圖4單片機(jī)最小系統(tǒng)電路溫度采集模塊溫度傳感器的使用范圍非常廣泛，型號(hào)數(shù)量眾多，按其主要特點(diǎn)大致分為三個(gè)階段，下表詳細(xì)展示了各階段的主要內(nèi)容。表3溫度傳感器發(fā)展階段溫度傳感器發(fā)展階段主要特點(diǎn)分立式溫度傳感器能夠進(jìn)行非電量和電量之間轉(zhuǎn)換模擬集成溫度傳感器僅測(cè)量溫度，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單智能溫度傳感器模擬式向數(shù)字式、集成化向智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展在本模塊之中溫度傳感器的選擇是重中之重，查閱大量資料之后，有兩種方案可供采用。方案一：可以采用PT100型傳感器，該材料的適用范圍廣，且穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性好等優(yōu)點(diǎn)也是讓眾多生產(chǎn)廠家青睞的原因。主要工作原理是利用電阻阻值會(huì)跟隨溫度的變化，并且會(huì)有一定的函數(shù)關(guān)系，由此來進(jìn)行溫度的測(cè)量。但是該元件使用起來比較復(fù)雜，不利于日常生活大范圍的使用。方案二：使用DS18B20溫度傳感器，該元件的數(shù)字溫度輸出以獨(dú)特和簡(jiǎn)單著名，僅使用一條口線就可以實(shí)現(xiàn)通信。這就保證了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的抗干擾性能強(qiáng)悍，可以應(yīng)用于惡劣工作環(huán)境的溫度監(jiān)測(cè)，工作的電壓范圍在產(chǎn)品3V到5.5V之間，同時(shí)該元件的精度、傳輸距離等方面比起其它傳感器都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在進(jìn)行全面的比較之后，本設(shè)計(jì)決定使用DS18B20溫度傳感器，使用難度低，而且不用校正溫度輸出值。DS18B20概述DS18B20由DSC生產(chǎn)，精度較高、不怕磨損和碰撞，設(shè)計(jì)時(shí)考慮了使用場(chǎng)景，因此具有多種外形。受這些特點(diǎn)影響，市場(chǎng)份額高，資料豐富、技術(shù)成熟，設(shè)計(jì)難度較低。但它也具有一些缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的代價(jià)是需要使用更為復(fù)雜的代碼去讀取溫度數(shù)據(jù)，代碼必須嚴(yán)格保證硬件手冊(cè)中說明的讀寫時(shí)序，因此需要用謹(jǐn)慎的態(tài)度編寫程序。一般情況下，單總線長(zhǎng)度一旦超過50米，讀取的數(shù)據(jù)就容易產(chǎn)生錯(cuò)誤，本設(shè)計(jì)硬件集成度較高，且通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可有效規(guī)避這兩個(gè)缺點(diǎn)。DS18B20的結(jié)構(gòu)和原理DS18B20型測(cè)溫元件具有可調(diào)的解析度，此方案的解析度為小數(shù)點(diǎn)后一位。通過計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2和溫度寄存器來實(shí)現(xiàn)溫度的采集，計(jì)數(shù)器2的輸入源為高溫度系數(shù)晶振，計(jì)數(shù)器1以-55℃對(duì)應(yīng)的值為基準(zhǔn)，而輸入源為低溫度系數(shù)晶振，兩個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，溫度寄存器也以-55℃所對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)值為基準(zhǔn)，但進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。在計(jì)算1為0的情況下，把在溫度寄存器中的值加一，再加一預(yù)定的計(jì)算1的值，如此重復(fù)，直到計(jì)算2為0，此時(shí)，在這個(gè)溫度寄存器中的就是測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)。這個(gè)裝置有兩種形式，一種是用電力供電，一種是用無電力供電。當(dāng)用無電力供電時(shí)，1腳接地，2腳為信號(hào)線，3腳接電力供應(yīng)。在使用寄生電源的情況下，為了保證電路在一個(gè)時(shí)鐘循環(huán)內(nèi)有穩(wěn)定的電流供應(yīng)，可以增加三極管，往上拉總線，此時(shí)把單片機(jī)的接口和總線連接起來。這篇文章所用的供電方式。DS18B20的電路連接DATA引腳連接到單片機(jī)的P1.5口，以GND引腳接地，以VCC引腳接電源為元件供電，接好的電路如圖5所示。圖5DS18B20實(shí)物圖DS18B20的引腳說明如下：GND:地DATA：數(shù)據(jù)I/OVCC:電源下面以表格的形式介紹DSl8B20具體參數(shù)及工作方式，需要特別注意的是該元件僅僅需要一個(gè)接口引腳便可以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的通信，簡(jiǎn)化了本設(shè)計(jì)進(jìn)行制作時(shí)的難度。表4部分溫度轉(zhuǎn)換值溫度輸入（2進(jìn)制）輸出（16進(jìn)制）+125℃000001111101000007D0H+85℃00000101010100000550H+25.062℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2H+0.5℃00000000000010000008H0℃00000000000000000000H-0.5℃1111111111111000FFF8H-10.125℃1111111101011110FF5EH-25.062℃1111111101011110EE6FH-55℃1110111001101111FE90H顯示模塊極限參數(shù)：a）任何引腳相對(duì)于地的電壓-0.5V至+7.0Vb）運(yùn)用溫度-55℃至+125℃c）貯存溫度-55℃至+125℃d）焊接溫度260℃/l0秒LCD1602概述LCD1602被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)之中，液晶外形美觀、功耗低。生產(chǎn)商通常會(huì)將其各部件連接在一起，直接生產(chǎn)成液晶顯示模塊的形式，實(shí)物如圖6所示。工作電壓是4.5V-5.5V，5V是最佳工作電壓。雖然溫度范圍窄，但在實(shí)際使用中可以避免它處于被測(cè)環(huán)境的溫度下，所以這一弱點(diǎn)并不會(huì)造成太大影響，在使用中需要顯示多種信息，設(shè)置多個(gè)顯示界面。圖6LCD1602液晶顯示實(shí)物圖LCD1602的原理和電路簡(jiǎn)而言之，先進(jìn)行初始化設(shè)置，寫入命令對(duì)各種工作方式進(jìn)行設(shè)置，接著寫入字符的位置，最后寫入要顯示字符的ASCⅡ碼即可顯示要顯示的內(nèi)容。如圖8所示，VDD和VSS分別接電源和地，RS接至P2.6口，E接至P2.7口，從D0到D7口全部接到了P0口，設(shè)計(jì)中加入了排阻，其作用是作為上拉電阻。設(shè)計(jì)之中不需要從LCD1602液晶顯示器讀取數(shù)據(jù)，RW引腳就直接接地，很大程度上減輕了代碼的編寫工作，簡(jiǎn)化了代碼。本系統(tǒng)選擇的儀器測(cè)溫溫度顯示屏是LCD1602液晶顯示器，與LED相比，其在本設(shè)計(jì)當(dāng)中的功能相同的情況下成本更為劃算，電路圖中的引腳也相對(duì)來說更少，操作簡(jiǎn)單。同時(shí)，LCD1602不僅可以顯示數(shù)字還能夠顯示文字。該顯示模塊與單片機(jī)的連接如圖7所示。如圖所示我們可以看到1、2腳是GND和VCC，3腳是對(duì)比度的調(diào)整端他的作用是連接了一個(gè)滑動(dòng)電阻器，當(dāng)我們調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值是對(duì)應(yīng)的也就可以改變顯示屏的對(duì)比度，接下來2個(gè)是RS寄存器選擇和讀/寫信號(hào)線，6是使能端子，7到14是d0到d7是8位雙向數(shù)據(jù)線，最后的兩個(gè)引腳分別是背光源連接正引腳、負(fù)引腳。圖7LCD1602與單片機(jī)的接線A/D轉(zhuǎn)換模塊A/D轉(zhuǎn)換器概述在單片機(jī)系統(tǒng)之中，通過傳感器測(cè)量的往往是例如流量、溫度、氣體濃度等會(huì)不斷變化的物理相關(guān)變量，本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)只可以對(duì)數(shù)字量進(jìn)行處理，所以需要使用A/D轉(zhuǎn)化器，將傳感器監(jiān)測(cè)到的模擬量改變?yōu)閿?shù)字量，以完成本設(shè)計(jì)中51單片機(jī)對(duì)煙霧濃度和溫度這兩個(gè)變量的識(shí)別處理。ADC0832是一種串行接口8位A/D轉(zhuǎn)換器，是由美國(guó)NS公司生產(chǎn)的，雙通道，最高分辨256級(jí)，與單片機(jī)之間通過三線接口進(jìn)行連接。它的主要優(yōu)點(diǎn)為體積小，兼容性好，性價(jià)比高。模擬輸入電壓在0～5V之間。電路連接CS為片選端，低電平有效；CH0，CH1是兩路模擬信號(hào)輸入端；DI是模擬通道選擇輸入端；DO是模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端；CLK是時(shí)鐘輸入端；Vcc接電源；GND是接地線。引腳及接線如圖：圖8ADC0832的接線按鍵和報(bào)警電路按鍵電路本電路設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵，在碰到緊急突發(fā)事件時(shí)，按下S2鍵，聲光報(bào)警電路同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，LED燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出滴滴滴的聲音。需要顯示的內(nèi)容有測(cè)溫界面、測(cè)量煙霧濃度界面和報(bào)警閾值設(shè)置界面。因此需要完成的功能有改變界面、確定、加和減，其中改變界面和確定兩個(gè)功能可以合并到一個(gè)按鍵去實(shí)現(xiàn)。因此可以每個(gè)按鍵都接一個(gè)獨(dú)立的線，使用較為簡(jiǎn)單的控制程序?qū)崿F(xiàn)按鍵識(shí)別。表5各按鍵功能表按鍵名稱實(shí)現(xiàn)功能S2緊急報(bào)警鍵S3加鍵S4減鍵S5設(shè)置鍵S5是設(shè)置鍵，每按一次就改變一次顯示界面，當(dāng)回到主界面是改變界面和確定兩個(gè)功能一起實(shí)現(xiàn)。不在測(cè)溫界面時(shí)，S3和S4才可以工作，分別對(duì)應(yīng)溫度和煙霧報(bào)警閾值的數(shù)值加一和數(shù)值減一。如圖9即為設(shè)計(jì)出的按鍵電路。圖9按鍵連接電路圖報(bào)警電路采用蜂鳴器、三極管和LED組成的光報(bào)警裝置。市場(chǎng)上有很多種不同的蜂鳴器，我們選擇了5V電源的8050，考慮到其實(shí)用性，LED也可以選擇普通型號(hào)，沒有特殊需求。8050是NPN三極管的高級(jí)轉(zhuǎn)換器，當(dāng)我們將其設(shè)置在較高的值時(shí)，就可以使用。8050蜂鳴裝置的頂端與三極管的發(fā)光級(jí)相連，三極管的功能是將該裝置中的電流和電平信號(hào)進(jìn)行放大，從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴裝置的報(bào)警。當(dāng)蜂鳴產(chǎn)生高壓時(shí)，三極管會(huì)開啟它的上拉電阻，限制它的流動(dòng)，使它不受電流的影響，起到一種保護(hù)作用。在系統(tǒng)的設(shè)置上，不僅要有較強(qiáng)的報(bào)警器，還要有較強(qiáng)的警報(bào)器，便于失明或失聰?shù)娜耸渴褂?，所以系統(tǒng)中有兩種報(bào)警器，一種是語音的，一種是紅色的，一種是黃色的。在蜂鳴器報(bào)警電路中，要想讓蜂鳴器正常工作，所采取的方法是在該報(bào)警電路中使用一個(gè)三極管，將三極管的基極串聯(lián)電阻，然后與單片機(jī)端口相連接。聲光報(bào)警電路圖如圖10所示。圖10聲光報(bào)警電路接線時(shí)鐘電路選擇單片機(jī)的工作內(nèi)容主要由三部分組成：復(fù)位、鐘控和晶振三部分組成，若將單片機(jī)比作人體，要想實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，就離不開一個(gè)核心部件——晶振，它是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，當(dāng)“心臟”與“心臟”連接起來后，系統(tǒng)的各項(xiàng)工作就會(huì)順利進(jìn)行。至今，單片機(jī)“心臟”已有很多種型態(tài)，可以選擇12MHz，24MHz，甚至更高的波段；以晶振為核心，所設(shè)計(jì)出的電路即為一個(gè)時(shí)鐘電路，其目的在于為相關(guān)功能的系統(tǒng)提供一個(gè)完整的時(shí)鐘源，其盡管很簡(jiǎn)單，但其所發(fā)揮的作用卻相當(dāng)重要。在圖11中給出了時(shí)鐘電路的具體配置，在此不再贅述。復(fù)位裝置是一條在外部運(yùn)轉(zhuǎn)的電線，為了起到這種功能，一定要降低引線的高度。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，為使開發(fā)后的產(chǎn)品具備更高的可操作性，采用了硬件復(fù)位的方法，將單片機(jī)的復(fù)位引腳與按鈕相連接，并通過按鈕進(jìn)行一個(gè)低電平的實(shí)體復(fù)位。圖11時(shí)鐘電路原理圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)Keil和C51Keil是Keil公司的一款支持眾多單片機(jī)的IDE，它是一個(gè)功能強(qiáng)大、經(jīng)典的IDE，是目前單片機(jī)開發(fā)最主流的工具軟件。因?yàn)榭傮w設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，使用匯編語言不利于查找錯(cuò)誤，所以使用C51編寫代碼，按照功能區(qū)分為不同的組成部分，分別繪制流程圖，由于C51具有可移植性好和模塊化開發(fā)的特點(diǎn)，大大提高了編程效率。主程序流程圖以要實(shí)現(xiàn)的功能為基礎(chǔ)，結(jié)合各個(gè)器件功能的實(shí)現(xiàn)原理，分別畫出主程序和各個(gè)器件工作的流程圖，根據(jù)分析的結(jié)果一步步完成具體的代碼。然后糾正程序中的錯(cuò)誤，通過仿真來觀察各項(xiàng)功能是否能夠適用于本設(shè)計(jì)。代碼量比較大，需要對(duì)每一模塊有明確分析，謹(jǐn)慎地完成每行代碼，集中精神做好每個(gè)步驟，以便順利實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能。圖12主程序流程圖整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)工作中，溫度信息用ADC0832轉(zhuǎn)換處理后，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)是否啟動(dòng)報(bào)警。主程序還包括LCD1602液晶字符顯示功能、手動(dòng)報(bào)警功能、報(bào)警溫度設(shè)定功能、中斷子程序等，更完善了報(bào)警器功能，提高了用戶的使用感。仿真結(jié)果Proteus仿真介紹Proteus是LabCenterElectronics的EDA軟件，它的功能有原理圖布圖、代碼調(diào)試以及單片機(jī)和外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì)等。首先繪制電路原理圖，檢查連接正確、各種參數(shù)無誤后即可進(jìn)行虛擬仿真。檢驗(yàn)電路硬件及軟件的設(shè)計(jì)正確與否。5.2仿真方案圖13Proteus仿真圖Proteus仿真結(jié)果將生成好的hex文件導(dǎo)入單片機(jī)，點(diǎn)擊運(yùn)行，仿真程序開始工作，初始界面如下圖14所示，將DS18B20的溫度設(shè)置為46.5攝氏度，可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)溫度已顯示在LCD1602液晶屏上了，精度為0.1攝氏度。反復(fù)調(diào)整溫度值，LCD1602顯示的結(jié)果也在跟著變化，測(cè)溫顯示功能得到驗(yàn)證。圖14測(cè)溫界面在程序中設(shè)置的初始溫度報(bào)警溫度為50℃，對(duì)按鍵進(jìn)行操作，進(jìn)入溫度報(bào)警設(shè)置的界面，仿真成功的界面如圖15所示，可見顯示的溫度報(bào)警與程序中設(shè)置的值完全一致。圖15溫度報(bào)警下限展示接下來檢查報(bào)警功能。如下圖16所示，此時(shí)溫度為36.5攝氏度，而溫度下限是37.2攝氏度，電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)說明報(bào)警電路和相關(guān)代碼均可正常工作。圖16溫度報(bào)警系統(tǒng)正在報(bào)警進(jìn)入溫度設(shè)置界面，可通過S2（加一）和S3（減一）對(duì)溫度范圍進(jìn)行調(diào)整，如下圖17所示，先按S1進(jìn)入溫度設(shè)置界面，再按兩次S2即可將溫度上限設(shè)置為52攝氏度，設(shè)置溫度時(shí)如圖18所示，設(shè)置煙霧濃度報(bào)警也是同樣的操作方法。圖17修改溫度報(bào)警下限接下來，為體現(xiàn)本設(shè)計(jì)的手動(dòng)報(bào)警功能進(jìn)行仿真，按下S4鍵，在溫度和煙霧濃度均未到達(dá)報(bào)警下限時(shí)，本設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)手動(dòng)報(bào)警。圖18手動(dòng)報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)在手動(dòng)報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)后，為避免因誤觸引起過大的損失，本設(shè)計(jì)還增加了手動(dòng)取消報(bào)警功能，下面進(jìn)行手動(dòng)取消報(bào)警的仿真，但應(yīng)該注意的是，此功能只能取消手動(dòng)報(bào)警，無法取消及DS18B20溫度傳感器檢測(cè)所到達(dá)報(bào)警閾值所產(chǎn)生的系統(tǒng)報(bào)警。圖19手動(dòng)取消報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)接著檢查下限修改后能否在超出設(shè)置的溫度范圍后報(bào)警，調(diào)節(jié)DS18B20的溫度值，超出后可以正常報(bào)警則說明此功能可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)修改后的報(bào)警系統(tǒng)也進(jìn)行同樣的檢查。在對(duì)各個(gè)功能檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)了溫度超出下限后仍不會(huì)報(bào)警，檢查后發(fā)現(xiàn)是接線錯(cuò)誤的問題，修改后這一問題被解決。最終確認(rèn)了其他器件無論是硬件還是軟件均可以正常工作，仿真工作圓滿完成。元器件清單按照之前設(shè)計(jì)好的方案選擇元器件，受疫情影響，所有元器件和器材均從網(wǎng)上購(gòu)買。元器件到了之后首先要做的是對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免焊接好之后發(fā)現(xiàn)因?yàn)椴缓细癞a(chǎn)品延誤實(shí)物完成時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)要用到的元器件如下表6所示：表6元器件清單表圖片名稱型號(hào)對(duì)應(yīng)原理圖編號(hào)數(shù)量有源蜂鳴器蜂鳴器B11電容10uFC11電容30pFC2，C32電容104C415MM發(fā)光二極管紅redD115MM發(fā)光二極管黃色yellowD21液晶顯示器LCD1602LCD11排阻102J113MM發(fā)光二極管紅redL11DC電源座子POWERP11PNP三極管9012Q11電阻10KR1，R22電阻1KR3，R4，R5，R7，R85電阻4.7RR61微動(dòng)開關(guān)SW-PBS1，S2，S3，S4，S55電源開關(guān)電源開關(guān)S11溫度傳感器DS18B20U11插針（圓孔）3P51單片機(jī)89C5XU21單片機(jī)插座40P1模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832U31IC插座8P1晶振12MY11此外還需要導(dǎo)線、排針、錫焊絲、電烙鐵和萬用表等器件和設(shè)備。制作與調(diào)試硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用的軟硬件調(diào)試分離系統(tǒng)硬件--在軟件調(diào)試中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些錯(cuò)誤，但嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，首先必須要消除硬件明顯的邏輯錯(cuò)誤。調(diào)試可以分為4個(gè)步驟元器件檢查：首先最明顯的硬件調(diào)試錯(cuò)誤就是元器件的損壞，對(duì)于元器件的檢查我們可以在焊接之前，仔細(xì)查看商家發(fā)來的元器件是否已經(jīng)損壞，若損壞要及時(shí)更換，所以我們?cè)谫?gòu)買元器件后要注意避免高溫環(huán)境以達(dá)到妥善的對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存。電路檢查：硬件邏輯完成后，確定樣機(jī)線路連對(duì)，確定元件型號(hào)，規(guī)格，包裝是不是符合條件。必要時(shí)打開和關(guān)閉電路，并使用萬用表。電源調(diào)試：該裝置提供了兩種調(diào)試方法：一方面在電源未加載的情況下，切斷電源組檢查工作狀態(tài)；另一方面驗(yàn)證以下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)：將主機(jī)從樣機(jī)上拆下，檢查電源的負(fù)載能力。請(qǐng)注意電源沒有問題，注意元件的性能要求。電源接通檢查：檢查電路連接無誤后打開電源，最好在電源和其他設(shè)備之間使用萬用表，萬用表的使用的主要目的是確定系統(tǒng)中是否存在因部件損壞或錯(cuò)誤安裝引起的短路或異常電流。軟件調(diào)試因?yàn)樵O(shè)計(jì)需要一個(gè)外部環(huán)境來完成模擬而不是最終的模擬，所以程序是由Keil設(shè)計(jì)的，該過程分為兩個(gè)步驟：目標(biāo)程序錯(cuò)誤糾正和整體程序調(diào)試。目標(biāo)程序錯(cuò)誤糾正：對(duì)于目標(biāo)程序的錯(cuò)誤糾正，需要我們一個(gè)一個(gè)模塊的子程序去進(jìn)行查看和編譯，對(duì)于子程序當(dāng)我們編寫完成之后對(duì)該程序進(jìn)行編譯，如果正確，進(jìn)行下一個(gè)子程序；如果錯(cuò)誤，我們要立即的對(duì)錯(cuò)誤的程序進(jìn)行修改一直修改到?jīng)]有錯(cuò)誤為止，這樣模塊程序就不會(huì)出現(xiàn)問題。整體程序調(diào)試：這意味著所有的子程序都連成一個(gè)整體，并根據(jù)程序和硬件的目前狀態(tài)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于一個(gè)整體的系統(tǒng)程序進(jìn)行編譯運(yùn)作，將所有的程序進(jìn)行一個(gè)整體編譯，如果整體程序調(diào)試沒有錯(cuò)誤，就可以完成軟件調(diào)試，若出現(xiàn)錯(cuò)誤要一個(gè)一個(gè)針對(duì)性的去修改，達(dá)到?jīng)]有錯(cuò)誤為止。系統(tǒng)誤差分析及處理因?yàn)槲覀冞@次設(shè)計(jì)的是一個(gè)非接觸式的體溫測(cè)量系統(tǒng)，所以嚴(yán)格來說該系統(tǒng)測(cè)量出來的溫度也不是百分百的準(zhǔn)確，仍然存在著誤差，而控制這些誤差對(duì)我測(cè)量結(jié)果的影響也是我們下一把創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目標(biāo)，大致影響溫度的因素有以下幾點(diǎn)：a）距離：傳感器離被測(cè)物體越遠(yuǎn)，溫度測(cè)量值誤差就越大。b）環(huán)境因素：環(huán)境是影響溫度誤差最重要的因素，對(duì)于同一位置的溫度測(cè)量，環(huán)境中如沙塵、霧霾、空氣濕度都會(huì)影響到溫度值的測(cè)量。c）干涉光的影響：因?yàn)樵撓到y(tǒng)中紅外測(cè)溫模塊主要是通過物體中分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)散發(fā)出的紅外能量來測(cè)量溫度的，所以測(cè)量過程中任何的光線對(duì)測(cè)量結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。系統(tǒng)的制作及處理在系統(tǒng)的生產(chǎn)和調(diào)試中，著眼于上述問題點(diǎn)，系統(tǒng)自身的狀況也需要注意。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要模塊我們也要充分的理解LCD1602顯示電路、SYN6288語音播報(bào)模塊電路、光電蜂鳴器報(bào)警電路，了解工作原理和對(duì)應(yīng)的原理圖結(jié)構(gòu)。在制造之前，首先必須理解各電路的原理和功能，達(dá)到準(zhǔn)確知道哪個(gè)部件可以在電路中使用。例如，電源電路的靜電電容具有濾波器的功能，電阻可以根據(jù)電壓的大小選擇其容量。LCD1602液晶顯示電路的電阻起到電流限制的作用，選擇范圍為100Ω-1kΩ。在這個(gè)系統(tǒng)的制造中，遇到PCB布局、雙層布線問題、封裝不對(duì)等很多問題，不能使安裝協(xié)調(diào)，不能重新生產(chǎn)，浪費(fèi)了很多精力，焊接出錯(cuò)，對(duì)時(shí)間的把握程度不夠?qū)е潞附佣嘤嗟碾娐贰@些問題我們自己加以注意就可以避免。在制作實(shí)際對(duì)象后，首先，請(qǐng)使用萬用表以達(dá)到測(cè)量連接在焊錫上的零件部位的目的，連接時(shí)不要短路和斷路。在有正負(fù)電極的期間內(nèi)，請(qǐng)檢查電解電容器、二極管、三極管、蜂鳴器等的焊接條件。確認(rèn)后，測(cè)試電路能否正常工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電路正常工作，顯示器顯示正常。系統(tǒng)的初始設(shè)定將溫度的上限和下限設(shè)定為17度和30度，測(cè)量溫度后，LCD顯示溫度為26度，聲音廣播26度，溫度正常，蜂鳴器不報(bào)警。最高溫度設(shè)定為20度。此時(shí)聲音廣播正常，同時(shí)光電蜂鳴器響，表明測(cè)量溫度超過最大限度，蜂鳴器正常工作。然后，將最低溫度按鍵設(shè)定為30度。測(cè)量溫度超過按鍵設(shè)定溫度，顯示屏、語音播報(bào)正常，光電蜂鳴器響，模塊工作正常。按下重置按鈕，系統(tǒng)將變?yōu)槌跏紶顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)證明了系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)論在選題時(shí)，我對(duì)課題的研究背景、研究過程有較深的了解，并查閱了大量文獻(xiàn)資料，最后選擇了設(shè)計(jì)非接觸式智能防疫檢測(cè)系統(tǒng)。全面對(duì)比了國(guó)內(nèi)外類似產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)類型，通過對(duì)導(dǎo)師的分析研究，了解了單片機(jī)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)流程，深入了解了該項(xiàng)目的各個(gè)方面，了解了該項(xiàng)目的研究現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向，確定了該項(xiàng)目合理的設(shè)計(jì)方案，并有了大致的研究思路及系統(tǒng)流程圖，詳細(xì)分析并介紹了它的組件及整體設(shè)計(jì)。本文選擇了價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)、編程速度快的STC89C51單片機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該裝置工作性能優(yōu)良，功能完善，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和智能化。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合硬件說明書，應(yīng)用了DS18B20，LCD1602，并對(duì)每個(gè)部件的具體實(shí)施做了詳細(xì)的規(guī)劃，進(jìn)而詳細(xì)設(shè)計(jì)了每個(gè)部件的硬件電路。根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖，對(duì)各模塊進(jìn)行編程，將程序與電路結(jié)構(gòu)圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的仿真。在編寫這一設(shè)計(jì)時(shí)，作者認(rèn)為，通過對(duì)被測(cè)區(qū)內(nèi)實(shí)際溫度的測(cè)量，可以做到既不增加也不降低成本，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火災(zāi)情況的目的。另外，在某些特殊情況下，對(duì)溫度數(shù)據(jù)的加密要合理適當(dāng)，在外觀上要更加符合產(chǎn)品的安全特性和人們的審美觀，在尺寸上要盡量小，便于使用等。此外，在產(chǎn)品應(yīng)用方面，如降低相關(guān)資源的消耗、降低生產(chǎn)成本等，也應(yīng)作進(jìn)一步的探討。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我自己也學(xué)習(xí)到了許多以前不了解的東西，在設(shè)計(jì)過程中，還存在著一些不盡如人意的地方，設(shè)計(jì)中缺少保護(hù)裝置，容易造成硬件設(shè)備的不可逆損失，在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)該注意對(duì)電路系統(tǒng)的保護(hù)。在完成總體設(shè)計(jì)之后，我深深地感覺到了自己在實(shí)際操作方面的能力的不足，明白了理論知識(shí)與實(shí)踐能力的差距。在今后的學(xué)習(xí)過程中，需要擁有一個(gè)研究問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的頭腦，讓自己在生