【《基于單片機(jī)的紅外體溫測(cè)量儀設(shè)計(jì)》12000字（論文）】

隨著生活水平的不斷發(fā)展，健康成為現(xiàn)代人民愈加注重的一方面，體溫作為衡量和檢測(cè)身體狀況的一個(gè)重要指標(biāo)也得到了關(guān)注，傳統(tǒng)的溫度計(jì)根據(jù)水銀的熱脹冷縮效應(yīng)進(jìn)行丈量，而紅外體溫測(cè)量儀通過物體的熱輻射進(jìn)行測(cè)量，有著安全、簡單、精度本文設(shè)計(jì)了一款基于STC單片機(jī)的紅外溫度檢測(cè)設(shè)備，該儀器主要包含溫度檢測(cè)傳送到主控芯片出進(jìn)行處理，得出溫度并展現(xiàn)在LCD屏上，溫度高過37攝氏度則蜂鳴器報(bào)警，可用按鍵對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，該傳感器根據(jù)被測(cè)量的物體的熱輻射量確定物該設(shè)備具備誤差小，反應(yīng)快，適應(yīng)各類環(huán)境的優(yōu)良特點(diǎn)。且可視化的溫度相比起傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)，有著誤差小，操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，因此紅外體溫測(cè)量儀具有一定的 21.1課題的研究目的及意義 1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 52系統(tǒng)方案論證 72.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 72.2單元模塊選型 73總體方案與單元電路的設(shè)計(jì) 93.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 923.2系統(tǒng)單元模塊電路設(shè)計(jì) 94系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 4.2單元模塊軟件設(shè)計(jì) 5系統(tǒng)測(cè)試及調(diào)試 5.2功能測(cè)試 5.3遇到問題及處理方法 23 24 25附錄B 錯(cuò)誤!未定義書簽。各種溫度測(cè)量的方式正隨著科技的快步前進(jìn)而不斷時(shí)有革新。傳統(tǒng)的水銀式溫度計(jì)由于容易損壞和水銀是有毒物質(zhì)已經(jīng)逐漸退出了當(dāng)今社會(huì)，紅外體溫測(cè)量儀已經(jīng)成為當(dāng)今的主流測(cè)溫儀器。紅外體溫測(cè)量儀是一種非接觸式的測(cè)溫儀器，該設(shè)備具有可視化的溫度數(shù)據(jù)以及安全性高的優(yōu)良特點(diǎn)。非接觸式紅外體溫測(cè)量儀，可以在距離被測(cè)物體5至10厘米的位置丈量其體溫，該設(shè)備的工作原理則是根據(jù)紅外傳感器接受被測(cè)物體的紅外輻照，不斷收集輻射的數(shù)量和其波長的大小，來完成對(duì)溫度的測(cè)量，這種測(cè)溫方式有著安全性高、誤差小、測(cè)量范圍廣的特點(diǎn)，因此被各國所選擇。并且在2020年初的新冠疫情中也做出了巨大的貢獻(xiàn)，保護(hù)了許多一線醫(yī)務(wù)工作者。不僅在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在軍工領(lǐng)域紅外測(cè)溫也是很重要的，為實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)測(cè)量。軍工中對(duì)類如顯示屏等電子元件要求較高，且這些電子元件面臨著復(fù)雜且嚴(yán)峻的工作環(huán)境，于是產(chǎn)品的可靠性則是重點(diǎn)關(guān)注的地方。但是產(chǎn)品的可靠程度與諸多因素有關(guān)，其中溫度又是一個(gè)重中之重，對(duì)于此類產(chǎn)品來說溫度分為工作溫度，環(huán)境溫度兩種，若是作業(yè)溫度較高則有會(huì)使得電子零部件件的壽命變短。為了判斷電子元件所受到的溫度的影響，在所有產(chǎn)品出廠前，都會(huì)經(jīng)過一系列的溫度測(cè)試，以驗(yàn)證該產(chǎn)品是否符合預(yù)期要求。由于測(cè)試儀在測(cè)試過程中在測(cè)試室中進(jìn)行測(cè)試。因此在模擬的高溫和低溫環(huán)鍵的作用，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的分支領(lǐng)域，如精神醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有重要的作用，大部分精神相適應(yīng)的子程序，再進(jìn)行功能調(diào)試，確定所編寫的程序具備功能進(jìn)行測(cè)試，以檢測(cè)是否能夠達(dá)到所需要的標(biāo)準(zhǔn)，第二步則是對(duì)全體系統(tǒng)模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后得到該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)目標(biāo)，且每個(gè)元件都能72系統(tǒng)方案論證非接觸式溫度儀的規(guī)劃中，硬件總共分為兩大部分：微處理器和其他功能模塊。鳴器報(bào)警、按鍵操作模塊。收集并衡量紅外輻射的非接觸傳感器由MLX90614擔(dān)任，用于檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的紅外輻射。液晶顯示屏顯示剩余電量和測(cè)量溫度等其他數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超過37攝氏度或功率低于40%時(shí)，報(bào)警模塊蜂鳴器被激活。系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖見圖2-1。本設(shè)計(jì)的主要功能是：當(dāng)打開電源后，按下測(cè)量鍵，傳感器將熱輻射信號(hào)傳送到主控芯片，主控芯片將其處理后顯示到LCD屏幕上，若溫度超過37攝氏度，蜂鳴器開始報(bào)警，30秒內(nèi)無任何動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入等待模式保存電量，可按下喚醒鍵將儀器方案一：選用由瑞薩公司設(shè)計(jì)的16位R7FOC002芯片作為主控芯片，該芯片運(yùn)算方案二：選取由宏晶公司設(shè)計(jì)的51芯片STC12C5A60S2,該芯片具有高速，低消耗，抗外界滋擾的單片機(jī)，向下兼容以往的51芯片，且擁有PWM功能，且在相同的晶振條件下比常見的51單片機(jī)快8至12倍，并且操作簡單，兼容市面上常見的編譯軟件，且對(duì)開發(fā)設(shè)備要求低，也使得開發(fā)時(shí)間明顯縮短，并且具有十分優(yōu)良的安全功8綜合考慮，本設(shè)計(jì)中用到芯片對(duì)數(shù)據(jù)傳送和處理要求并不高，因此選用2.2.2紅外測(cè)溫模塊的選型2.2.3顯示模塊的選型能夠顯示16*2個(gè)字符，且成本低，耗電93總體方案與單元電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是基于STC12C5A60S2單片作為主控芯片，在接通電源后，若采用9V電源對(duì)其進(jìn)行供電，則STC芯片首先將對(duì)電源剩余電量進(jìn)行測(cè)量，若電源電量低于40%,主控芯片將發(fā)送信號(hào)到蜂鳴器處，蜂鳴器開始報(bào)警，若電源高于40%,則進(jìn)入待測(cè)量紅外測(cè)溫系統(tǒng)中MLX90614傳感器開始工作把被測(cè)目標(biāo)所散發(fā)的紅外輻照數(shù)據(jù)通過SMbus的方法送到主控芯片處，芯片處理所接收到的數(shù)據(jù)，判讀所測(cè)溫度是否高于37攝氏度，若溫度超過37攝氏度，則蜂鳴器模塊接收電平信號(hào)，蜂鳴器開始報(bào)警，同時(shí)顯示屏上出現(xiàn)“Waiting”字符，按下喚醒鍵，可以將設(shè)備再次進(jìn)入到待機(jī)界面。本設(shè)計(jì)選用MLX90614作為非接觸測(cè)量傳感器，MLX90614是擁有四個(gè)引腳的傳感器。圖3-2為MLX90614電路圖。VSS與電源端相連為傳感器供電，VDD接最小系的P2.1(A9)即第22位管腳相連接，即SCL作為時(shí)鐘線，SDA管腳的功能為PWM或SMBus接口的數(shù)據(jù)信號(hào)，通常模式下從該管腳通過PWM輸出物體的溫度，該管腳與主控芯片的P2.0(A8)即第21為管腳相連接，作為數(shù)據(jù)線。該組件使用的IIC總線協(xié)議位的數(shù)據(jù)，在傳送之前，會(huì)向從設(shè)備發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)信息，然后傳時(shí)，總線立即顯示忙狀況，所有其他IC設(shè)備都無法訪問總線。圖3-3為紅外測(cè)溫模塊電路設(shè)計(jì)圖。RRR圖3-3紅外測(cè)量模塊電路設(shè)計(jì)圖根據(jù)歐姆定律，電壓、電流、電阻成一定的函數(shù)關(guān)系，因此可以得出該時(shí)刻干電池所剩余的電壓，后將電壓與原9V電壓做比較后乘以百分之百，把所收到的電源檢測(cè)取樣電路設(shè)計(jì)如圖3-4所示。語句確定LCD每個(gè)顯示點(diǎn)的顯示狀態(tài)，且若顯示數(shù)值大于37,芯片向蜂鳴器發(fā)送一個(gè)本設(shè)計(jì)共用四個(gè)按鍵當(dāng)作控制端，,SW1、SW2與SW5均是按壓方式觸發(fā)按鍵。數(shù)輸入，即時(shí)鐘輸出，若SW1按下后，則P1.0為高電平，單片機(jī)進(jìn)入待機(jī)模式，SW2是測(cè)量按鈕，與芯片P1.1管腳連接在一起，該管腳為T2計(jì)數(shù)器的捕捉管腳，當(dāng)按下時(shí)，單片機(jī)對(duì)該時(shí)刻T2的數(shù)據(jù)寄存到陷阱寄存器中，即單片機(jī)獲取了該時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后得到了溫度值，繼而顯示到LCD屏幕上。SW3也在一端接地，另一端連接至主控芯片的P4.7管腳，即RET復(fù)位管腳。當(dāng)按鍵時(shí)，單片機(jī)獲得復(fù)位信號(hào)并清除溫度數(shù)據(jù)，液晶顯示屏也會(huì)清除溫度顯示屏處的值。按鍵模塊原理圖如圖3-6所示。兩端機(jī)構(gòu)，一端接地，一端通過二極管，二極管兩端分別與電源端以及主控芯片的P2.2 (A10)端相連接，以實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警的功能。圖3-7為蜂鳴器電路設(shè)計(jì)圖。R本設(shè)計(jì)是基于STC12C5A60S2作為主芯片以采用SMbus方式去將存儲(chǔ)在RAM中的Ta和To數(shù)據(jù)來收集數(shù)據(jù)，并且因?yàn)樵搨鞲衅髟诔鰪S前的初始設(shè)置中，已經(jīng)對(duì)各參數(shù)和傳感器進(jìn)行了調(diào)試，因此選擇使用SMbus時(shí)器被初始化，通過給TMOD,TH0,TL0,EA,ET和TR0分配不同的值來完成初始化，然后LCD1602被初始化，即voidinit()子程序和ADC初始化，該InitADC(子程1.2□作為AD轉(zhuǎn)換的管腳，AD轉(zhuǎn)換完成后，再對(duì)電量進(jìn)行判斷，否大于40%,大于則進(jìn)入測(cè)量界面，小于則蜂鳴器報(bào)警，通過if(al>=37)l(v<40))alarm=0;if((a1<37)&&(v>=40))alarm=1;程序段進(jìn)行判斷，接著判斷是否處于運(yùn)行狀態(tài)，面，等待測(cè)量的按下，key_control();是對(duì)整個(gè)按鍵進(jìn)行設(shè)置的子程序段。當(dāng)測(cè)量鍵按始通過設(shè)定的程序處置信息，當(dāng)處置完畢后同樣通過IC方式傳送到LCD屏幕，最后溫度將顯示在屏幕上，最后若30秒內(nèi)無操作，自動(dòng)進(jìn)入等待界面，即voidtimer0()i本設(shè)計(jì)采用由邁來芯設(shè)計(jì)的MLX90164作為紅外測(cè)溫模塊，由于51單片機(jī)自身并不支持SMbus協(xié)議，且僅存在一個(gè)串行輸入口，所以使用I/O□去模擬SMbus串行通信，所以使用sbitSCL=P2^1;配置SCL引腳，即SCL作為時(shí)鐘線；使SDA作為數(shù)據(jù)否是4.2.2LCD顯示程序設(shè)計(jì)init(void);子程序中的dis_cmd_wrt命令將清屏初始化，后進(jìn)入寫命令過程中LCD通過RS(數(shù)據(jù)命令選擇端)、RW(讀寫選擇端)引腳以及EN(使能端)根據(jù)時(shí)序圖來志的判別中，由于測(cè)溫模塊和LCD模塊皆使用IIC協(xié)議，而IIC總線同一時(shí)間只能允voidchk_busy_flg(void)該子程序?qū)C總線是否被占用進(jìn)行判斷，當(dāng)LCD確定IIC總示子程序。圖4-3為LCD1602液晶顯示程序流程圖。否是否本設(shè)計(jì)中采用若干個(gè)按壓按鍵作為按鍵模塊，按下時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)閉合后導(dǎo)通，松開后在彈力的作用下分開，主要按鍵分別為rwl、rw2,分別將其引腳與最小系統(tǒng)連接好，然后進(jìn)行按鍵的初始化，sbitrw1=P1^0語句為切換到待機(jī)界面，sbitrw2=P1^1則為測(cè)量鍵的設(shè)置，在voidkey_control();子程序中對(duì)按鍵進(jìn)行設(shè)置，首先對(duì)rw1進(jìn)行判斷，命令，若處于待機(jī)狀態(tài)則喚醒設(shè)備，進(jìn)入測(cè)量界面，rw2位測(cè)量鍵，當(dāng)rw2按鍵時(shí)，經(jīng)過測(cè)量階段和處理階段后，單片機(jī)開始讀取由傳感器通過SMbus傳送的溫度數(shù)據(jù)，Tem=memread();該程序?yàn)閱纹瑱C(jī)讀取溫度數(shù)據(jù)的子程序段。單片機(jī)處理好溫度數(shù)據(jù)后，以通過按鍵進(jìn)行復(fù)位，按下復(fù)位鍵后，單片機(jī)將傳感器和LCD顯示屏進(jìn)行復(fù)位操作，LCD顯示待機(jī)界面，再次等待測(cè)量鍵的按下，若30秒內(nèi)無響應(yīng)，則進(jìn)入等待模式，可通過喚醒鍵喚醒，按鍵操作完成，voidtimer0()interrupt1;該程序?yàn)檫M(jìn)入待機(jī)模式的子程序段。圖4-4為按鍵單元程序設(shè)計(jì)圖。否是是否否5系統(tǒng)測(cè)試及調(diào)試表5-1測(cè)試儀器及技術(shù)指標(biāo)序號(hào)儀表名稱主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)量1紅外測(cè)溫儀12水銀溫度計(jì)1功能—:紅外測(cè)溫模式[1]梁向黨，新型血管吻合用支架對(duì)血管內(nèi)膜的影響[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2003,(7):5-6[5]任燕芝鄭雋鵬張勇郭棟梁.基于GD32F103單片機(jī)非接觸紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù)[12]FLIRDetectionInc.;PatentApplicationTitled"EfficientDecontaminjects"PublishedOnline(USPTO20180318889).2018.[13]Non-InvasiveSheepBiometricsObtainedgModelingUsingIntegratedVisible/InfraredThermalCameras..2020,20(21)[15]CascettaF.Anevaluationoftheperformanceofaninfraredtympnt,1995,16(4):239-246.[16]Fraden