基于單片機(jī)數(shù)字體溫計(jì)的控制與實(shí)現(xiàn)

基于單片機(jī)數(shù)字體溫計(jì)的控制與實(shí)現(xiàn)摘要隨著現(xiàn)代化醫(yī)療的不斷發(fā)展，結(jié)合當(dāng)前疫情的余波未盡，設(shè)計(jì)一款便攜式數(shù)字體溫計(jì)是非常有意義的，可以在不同場(chǎng)合對(duì)人體體溫做到快速測(cè)量，確保安全?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)字體溫計(jì)設(shè)計(jì)主要使用51單片機(jī)作為系統(tǒng)微控制核心，LCD1602顯示屏作為系統(tǒng)的顯示交互單元，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)查看體溫?cái)?shù)值，按鍵單元用于設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)以及喚醒設(shè)備，測(cè)溫傳感器使用的是非接觸式MLX90614測(cè)溫傳感器，能夠更加安全快速測(cè)溫，當(dāng)測(cè)量實(shí)時(shí)體溫?cái)?shù)值大于按鍵設(shè)置的報(bào)警閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制報(bào)警指示燈閃爍進(jìn)行報(bào)警，為了能夠更好的續(xù)航時(shí)間，系統(tǒng)具備自動(dòng)休眠功能，空閑10秒鐘后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入休眠，當(dāng)檢測(cè)到按鍵按下時(shí)觸發(fā)喚醒繼續(xù)工作。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；LCD1602顯示屏；MLX90614測(cè)溫傳感器；休眠II設(shè)計(jì)說(shuō)明本設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量人體體溫并在顯示屏實(shí)時(shí)顯示和低功耗休眠的功能，其次依然保留有傳統(tǒng)的按鍵控制LED燈報(bào)警的功能。MLX90614非接觸式測(cè)溫傳感器用于紅外測(cè)量人體體溫，不需要接觸皮膚即可測(cè)量出人體體溫，模塊將人體紅外輻射的溫度經(jīng)內(nèi)部芯片處理后通過(guò)模塊的IIC接口連接到STC89C52RC單片機(jī)，將數(shù)據(jù)按照IIC通信協(xié)議格式有序的發(fā)送給單片機(jī)接收，單片機(jī)獲取到數(shù)據(jù)以后經(jīng)過(guò)處理解析后將溫度顯示在LCD1602液晶顯示屏上，直觀的展現(xiàn)給用戶(hù)。系統(tǒng)主要包括STC89C52RC單片機(jī)機(jī)器最小運(yùn)行系統(tǒng)核心電路、MLX90614紅外非接觸式測(cè)溫傳感器、LCD1602液晶顯示屏、按鍵電路，報(bào)警電路.STC89C52RC單片機(jī)核心電路主要用于系統(tǒng)的控制核心，運(yùn)行程序進(jìn)行采集控制等功能，這款單片機(jī)價(jià)格便宜，運(yùn)行穩(wěn)定，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的51內(nèi)核單片機(jī)，內(nèi)置外部中斷以及定時(shí)器功能，比較適合本設(shè)計(jì)，不用再額外增加外部器件造成成本和設(shè)計(jì)難度的增加。MLX90614紅外測(cè)溫傳感器主要用于非接觸式測(cè)溫，這種測(cè)溫方式比較安全可靠，測(cè)量溫度時(shí)不需要接觸人體體溫，這樣極高的提高了疫情下使用的可靠性，防止疾病傳染，這款模塊供電采用5V，功耗較小，非常適合這種用電池供電的低功耗設(shè)備。LCD1602液晶顯示屏可以將數(shù)據(jù)直觀的用數(shù)值方式顯示出來(lái)，便于用戶(hù)使用，數(shù)據(jù)直接顯示后降低設(shè)備使用難度，可以幫助設(shè)備使用應(yīng)用范圍的推廣，不需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)也可以很容易的使用，這款顯示屏有單獨(dú)的背光電源控制引腳，可以很方便的控制背光電源的打開(kāi)關(guān)閉，極大的降低功耗，在進(jìn)入低功耗狀態(tài)時(shí)關(guān)閉顯示屏背光供電，可以顯著提高使用時(shí)間。按鍵電路主要用于設(shè)計(jì)報(bào)警溫度閾值，以及喚醒設(shè)備將設(shè)備從低功耗的休眠狀態(tài)喚醒為工作狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備應(yīng)用再不同的場(chǎng)合時(shí)，真不具體的使用環(huán)境，需要對(duì)報(bào)警閾值進(jìn)行調(diào)整，如果固定死閾值的話(huà)就很難多方面應(yīng)用，所以設(shè)計(jì)采用按鍵可調(diào)式操作，極大的提高了設(shè)備的使用靈活度。報(bào)警電路可以指示報(bào)警狀態(tài)，當(dāng)測(cè)量的溫度高于設(shè)置的系統(tǒng)溫度閾值，就會(huì)驅(qū)動(dòng)LED等閃爍報(bào)警，及時(shí)提醒用戶(hù)處理，引起重視。關(guān)鍵詞：STC89C52RC；MLX90614紅外測(cè)溫傳感器；LCD1602液晶顯示屏；低功耗 保定學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2目錄TOC\o"1-3"\h\u189671引言 I引言自2020年初以來(lái)，隨著新型冠狀病毒的飛速蔓延和入侵，病毒的不斷變異與升級(jí)，使得中國(guó)乃至全球各國(guó)都掩埋在疫情的陰影下，雖然全世界各國(guó)對(duì)疫情的防控與蔓延逐步得到控制，但是新型冠狀肺炎的后續(xù)影響仍然十分大，影響范圍仍然擴(kuò)散在世界的每個(gè)角落。發(fā)熱是新冠的明顯癥狀之一，因此，公共場(chǎng)所、居家自用，都需要用到體溫測(cè)量，疫情的防控的時(shí)期，體溫計(jì)是不可缺少的。研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷日新月異，不斷地發(fā)展，越來(lái)越多的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于替代傳統(tǒng)行業(yè)的測(cè)量工具，另一個(gè)原因便是生活水平的不斷提高，人們的購(gòu)買(mǎi)力不斷上升，使得數(shù)字體溫計(jì)的發(fā)展更加具有市場(chǎng)號(hào)召力，不僅如此，隨著數(shù)字體溫計(jì)的優(yōu)勢(shì)不斷突顯，功能越來(lái)越多，使用數(shù)字體溫計(jì)的人也在不斷增加，現(xiàn)如今疫情仍然存在，體溫是一個(gè)很好的反應(yīng)身體健康狀態(tài)的指標(biāo)，人們可以測(cè)量自己的體溫以了解自己的身體狀態(tài)，傳統(tǒng)的體溫計(jì)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，不便于使用，數(shù)字體溫計(jì)很好的解決這一問(wèn)題，越來(lái)越受到人們青睞。如今，無(wú)論是商場(chǎng)醫(yī)院還是超市菜市，仍然需要對(duì)人們的體溫進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量，確保人群密集場(chǎng)所不存在發(fā)熱人員，可以在一定程度上杜絕有體溫異常的人員進(jìn)行通行，保障了其他人群的安全，今早對(duì)體溫異常人群進(jìn)行管控，以達(dá)到疫情防控的目的。研究的目的與意義體溫計(jì)的重要性顯而易見(jiàn)，而傳統(tǒng)的溫度計(jì)想要應(yīng)用在流量大的場(chǎng)所顯然具備非常大的缺點(diǎn)，其一，檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不利于人群快速檢測(cè)并疏散的目的，反而增加了疫情擴(kuò)散的幾率；其二，檢測(cè)設(shè)備采用接觸式檢測(cè)，且檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，這就造成了多人使用同一溫度計(jì)的問(wèn)題，在疫情情況下，同樣增加了病毒的傳染率，均不符合疫情防控要求。因此，這對(duì)于此類(lèi)情況就需要一種無(wú)接觸式、準(zhǔn)確性、快速檢測(cè)性體溫的體溫計(jì)，以減少人群聚集風(fēng)險(xiǎn)，快速檢測(cè)通行，在達(dá)到檢測(cè)的目的的情況下，同時(shí)又保證人流的正常通行速度不受影響。設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的數(shù)字體溫計(jì)就是十分符合當(dāng)下社會(huì)現(xiàn)狀的一款實(shí)用性、智能化體溫計(jì)。隨著時(shí)代的深度發(fā)展，疫情防控的持續(xù)進(jìn)行，數(shù)字體溫計(jì)的應(yīng)用市場(chǎng)十分廣闊，只要是公共場(chǎng)合，不論大小，均需要用到數(shù)字體溫計(jì)，因此對(duì)數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì)十分符合目前全球的大環(huán)境背景，是時(shí)代實(shí)時(shí)需要的產(chǎn)物之一。1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)體溫計(jì)的發(fā)展源于20世紀(jì)的末期，國(guó)內(nèi)某研究所發(fā)明出一種比色溫溫度計(jì)，雖然能夠在一定程度上滿(mǎn)足性能指標(biāo)的要求，但是仍能存在很多缺點(diǎn)和不足，該款溫度計(jì)十分的笨重，且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，靈敏度也非常地，比起國(guó)外的響應(yīng)速度也很慢，這就導(dǎo)致了這種溫度計(jì)很難普及使用。因此國(guó)內(nèi)的其他機(jī)構(gòu)又開(kāi)始進(jìn)一步的研究，出現(xiàn)了一款新的比色溫度計(jì)，使用調(diào)制盤(pán)分兩種光線的波長(zhǎng)，采用插值得出溫度值。隨著近年國(guó)內(nèi)科技水平提升，微電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在材料和加工領(lǐng)域都有了巨大的進(jìn)步，溫度計(jì)的發(fā)展也得到了巨大進(jìn)步。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外部分國(guó)家對(duì)體溫計(jì)的研究與發(fā)展方向在近年來(lái)，逐步轉(zhuǎn)向光點(diǎn)模塊，由原來(lái)的隱絲式逐步發(fā)展進(jìn)步，隱絲式方式最早可追溯到19世界前中期，該原理的測(cè)溫儀至今仍然在使用，期原理與燈絲亮度原理較為相似，通過(guò)燈絲溫度即可知道目標(biāo)物的溫度。中后期光電溫度計(jì)開(kāi)始問(wèn)世，這種類(lèi)型的溫度計(jì)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)即：測(cè)量精準(zhǔn)度極高、無(wú)需直接參與。此后以硅光二極管為代表的測(cè)溫設(shè)備誕生，使得測(cè)溫精度和靈敏度有了巨大突破，且穩(wěn)定性強(qiáng)、響應(yīng)的速度也較快，促使著測(cè)溫領(lǐng)域的飛速進(jìn)度，為現(xiàn)階段測(cè)溫設(shè)備提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。體溫計(jì)由STO使用熱空氣膨脹原理于16世紀(jì)問(wèn)世，這是歷史上最早的一只口腔溫度計(jì)，直到本世紀(jì)出，誕生了水銀溫度計(jì)，直至今日，該款溫度計(jì)的使用仍然十分廣泛，該款體溫計(jì)體積小巧，且使用方便，使得近年來(lái)對(duì)體溫計(jì)的發(fā)展與革新較小，至此人們?nèi)祟?lèi)體溫計(jì)的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，無(wú)需進(jìn)行改善。但是該款體溫計(jì)仍然存在著較大的缺點(diǎn)，使用時(shí)的測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，且水銀污染等問(wèn)題仍然存在，因此電子化的數(shù)碼體溫計(jì)更符合需求。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案總體方案設(shè)計(jì)基于單片機(jī)設(shè)計(jì)出一個(gè)數(shù)字體溫計(jì)，它能通過(guò)紅外非接觸傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量人體溫度,并通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)?？梢詫?duì)溫度閾值進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于設(shè)置的閾值，則亮紅燈閃爍進(jìn)行告警。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人體溫度進(jìn)行檢測(cè)并告警提示。系統(tǒng)功能與任務(wù)本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)有以下功能：按下按鍵能從休眠中醒來(lái)，觸發(fā)啟動(dòng)測(cè)量；能在誤差范圍內(nèi)檢測(cè)到體溫；屏幕上顯示體溫；顯示10s鐘后進(jìn)入休眠狀態(tài)；超過(guò)正常體溫進(jìn)行紅色燈閃爍報(bào)警。本設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)：額定電源電壓：DC5V；靜態(tài)電流：<100mA；最大電流：<2A；報(bào)警方式：指示燈；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)硬件部分：系統(tǒng)硬件主要包括stc89c52單片機(jī)用于系統(tǒng)的核心控制運(yùn)行程序，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)配，紅外測(cè)溫傳感器mlx90614用于非接觸式紅外側(cè)彎，測(cè)量人體溫度，將溫度通過(guò)iic總線發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行接收并處理，單片機(jī)獲取溫度以后，將溫度進(jìn)行解析后顯示在lcd1602顯示屏上，顯示屏可以通過(guò)顯示數(shù)值方式直觀的將溫度顯示出來(lái)，方便用戶(hù)查看，設(shè)計(jì)還配有LED報(bào)警指示燈當(dāng)體溫超出設(shè)置的閾值，可以通過(guò)指示燈進(jìn)行報(bào)警提示，按鍵部分主要用于對(duì)系統(tǒng)的預(yù)值進(jìn)行調(diào)整，可以對(duì)預(yù)期進(jìn)行加或減，也可以通過(guò)按鍵對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行喚醒，把系統(tǒng)從休眠狀態(tài)喚醒為運(yùn)行狀態(tài)。軟件部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)主程序，調(diào)用各個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。顯示屏驅(qū)動(dòng)函數(shù)，用于驅(qū)動(dòng)顯示屏顯示信息測(cè)溫傳感器驅(qū)動(dòng)函數(shù)，用于驅(qū)動(dòng)測(cè)溫傳感器獲取采集的溫度按鍵驅(qū)動(dòng)函數(shù)，用于檢測(cè)按鍵響應(yīng)2.3.2組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括電源模塊、STC89C52單片機(jī)核心系統(tǒng)、按鍵電路、MLX90614體溫傳感器模塊、LCD1602顯示屏模塊、LED報(bào)警電路，電源電路給各個(gè)模塊進(jìn)行供電，使其正常工作，單片機(jī)采集MLX90614測(cè)量的體溫?cái)?shù)值，驅(qū)動(dòng)LCD1602顯示屏顯示體溫，按鍵電路用于調(diào)整體溫報(bào)警閾值，并顯示在顯示屏上，當(dāng)體溫超過(guò)報(bào)警閾值，則驅(qū)動(dòng)LED報(bào)警電路進(jìn)行閃爍報(bào)警。圖2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖多功能語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)需求主要硬件需求3.1.1STC89C52RC單片機(jī)單片機(jī)設(shè)計(jì)選擇51內(nèi)核單片機(jī)作為最小核心，該單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，且操作指令豐富，功能完善，具備很多邏輯位操作功能，RAM區(qū)間擁有雙重功能地址區(qū)間，使用起來(lái)十分靈活。是單片機(jī)應(yīng)用與發(fā)展的奠基式產(chǎn)品，產(chǎn)品普及率與使用率也十分高，且性?xún)r(jià)比較高，對(duì)初學(xué)者也十分友好。選用單片機(jī)具體型號(hào)為STC89C52，其性?xún)r(jià)比很高和低功耗符合當(dāng)設(shè)計(jì)主流，最重要的是該單片機(jī)采用的是穩(wěn)定的51內(nèi)核具有豐富的內(nèi)部外設(shè)資源，在設(shè)計(jì)時(shí)可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的外圍電路，不僅設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，降低設(shè)計(jì)成本，更是提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，例如在本設(shè)計(jì)中我們用到了定時(shí)控制腐蝕時(shí)間功能，對(duì)于STC89C52RC單片機(jī)只需要配置相關(guān)的寄存器即可，不需要再另外設(shè)計(jì)外圍電路，若采用外部芯片設(shè)計(jì)起來(lái)較為繁瑣且達(dá)不到理想的效果，所以我采用了STC89C52RC單片機(jī)無(wú)論從價(jià)格還是性能上考慮都較為合理。單片機(jī)引腳按功能可分為：控制引腳、電源及時(shí)鐘引腳、I/O口引腳三類(lèi)。控制引腳提供控制信號(hào)，有些引腳通過(guò)高低電平的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同的功能，即程序通過(guò)引腳聲明定義，使指定引腳執(zhí)行指定功能；電源引腳通過(guò)第40腳接5V電源正極和第20腳接地為系統(tǒng)提供電源；并行I/O口引腳有四組，P0口的P0.0~P0.7引腳為漏極開(kāi)路的8位并行雙向口；P1口的P1.0~P1.7引腳和P2口的P2.0~P2.7引腳都是準(zhǔn)雙向口，二者內(nèi)部都接有上拉電阻并且均可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載；P3口的P3.0~P3.7引腳第一功能與P1口和P2口功能相同，P3口的第二功能從P3.0口到P3.7口兩兩依次對(duì)應(yīng)的功能為串行數(shù)據(jù)輸入和輸出口、外部中斷0和1輸入、定時(shí)器0和1外部計(jì)數(shù)輸入、外部數(shù)據(jù)寄存器的寫(xiě)和讀選通控制型號(hào)。圖3.1AT89C52單片機(jī)實(shí)物圖3.1.2顯示屏模塊在信息顯示器件選型上，采用LCD1602，這款顯示屏相較于數(shù)碼管來(lái)說(shuō)具有豐富的點(diǎn)陣顯示單元,可顯示多樣化的內(nèi)容，并且模塊自身配備字庫(kù)，節(jié)約單片機(jī)的內(nèi)存方便單片機(jī)驅(qū)動(dòng)，該顯示屏顯示亮度較高，整體功耗較小，適合長(zhǎng)期工作。在日常生活中，我們接觸過(guò)各種各樣的顯示屏。液晶顯示模塊作為顯示設(shè)備信息的重要器件，已成為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，其具有體積小，省電以及抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，有顯示類(lèi)型分為字段型、字符型和點(diǎn)陣型。如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到。LCD1602液晶顯示模塊的原理是利用液晶屏幕的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，使電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面，并在背光的輔助下實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示，如圖3.6所示為模塊實(shí)物圖。1602表示每行可顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行，所以也叫1602字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用ASCII碼字符來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，其內(nèi)部具有字符庫(kù)ROM（CGROM），能顯示出192個(gè)字符（5*7點(diǎn)陣）。LCD1602液晶顯示模塊的工作電壓為4.5~5.5V，典型工作電壓為5V，工作電流為2mA，模塊設(shè)有16個(gè)引腳，包括8條數(shù)據(jù)線、3條控制線和3條電源線，如表3.3所示為L(zhǎng)CD1602液晶顯示模塊的引腳參數(shù)及功能，所以只需要根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中的模塊工作要求分配單片機(jī)的引腳與傳感器連接即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與監(jiān)測(cè)模塊的聯(lián)動(dòng)。要使LCD1602液晶顯示模塊顯示字符，需要在程序中寫(xiě)入要顯示的相關(guān)字符常量或字符串常量，在編譯生成標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼并送入顯示數(shù)據(jù)RAM，即可將對(duì)應(yīng)字符顯示在LCD1602液晶顯示模塊上顯示。圖3.2LCD1602液晶顯示模塊實(shí)物圖3.1.3測(cè)溫傳感器在傳感器選用方面，本設(shè)計(jì)主要用到的傳感器為MLX90614紅外測(cè)溫傳感器。MLX90614是一款紅外非接觸溫度計(jì)。TO-39金屬封裝里同時(shí)集成了紅外感應(yīng)熱電堆探測(cè)器芯片和信號(hào)處理專(zhuān)用集成芯片。由于集成了低噪聲放大器、17位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理單元，使得高精度和高分辨度的溫度計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。溫度計(jì)具備出廠校準(zhǔn)化，有數(shù)字PWM和SMBus（系統(tǒng)管理總線）輸出模式。作為標(biāo)準(zhǔn)，配置為10位的PWM輸出格式用于連續(xù)傳送溫度范圍為-20~120℃的物體溫度，其分辨率為0.14℃。POR默認(rèn)模式是SMBus輸出格式。由于集成了低噪聲放大器、17位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理芯片MLX90302，使得高精度和高分辨度的溫度計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。計(jì)算所得物體溫度和環(huán)境溫度存儲(chǔ)在MLX90302的RAM單元，溫度分辨率為0.01℃，并可通過(guò)兩線SMBus兼容協(xié)議接口(0.02℃分辨率)或是10位PWM(脈寬調(diào)制)輸出模式輸出。MLX90614出廠校準(zhǔn)的溫度范圍為：環(huán)境溫度-40~125℃，物體溫度-70~382.2℃。傳感器測(cè)量的溫度為視場(chǎng)里所有物體溫度的平均值。MLX90614室溫下的標(biāo)準(zhǔn)精度為±0.5℃。醫(yī)療應(yīng)用版本的傳感器可在人體溫度范圍內(nèi)達(dá)到±0.1℃的精度。該模塊供電采用3.3V供電，并且信號(hào)和單片機(jī)之間采用IIC接口通信，也就是說(shuō)，單片機(jī)若需要讀取人體溫度數(shù)據(jù)只需要通過(guò)單片機(jī)配置IIC即可輕松采集到。該模塊具有高靈敏度，低功耗的特點(diǎn)，只要有人經(jīng)過(guò)，就會(huì)非接觸測(cè)量到人體體溫，將信號(hào)通過(guò)電平信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)處理，使用起來(lái)簡(jiǎn)潔可靠。圖3.3MLX90614紅外測(cè)溫傳感器實(shí)物圖軟件環(huán)境需求3.2.1Keil開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹該系統(tǒng)使用STM32最小內(nèi)核系統(tǒng)，其嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Keil。KeilC51是德國(guó)KeilSoftware公司（已被ARM公司收購(gòu)）出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，該軟件集編輯、編譯、仿真等功能于一體，還提供了豐富的函數(shù)庫(kù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，生成的程序代碼運(yùn)行速度快，所需要的存儲(chǔ)空間小，完全可與匯編語(yǔ)言相媲美，是目前51單片機(jī)最優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)軟件之一。Keil軟件被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試中，相較于其他免費(fèi)軟件他的穩(wěn)定性更高，不會(huì)出現(xiàn)異常閃退導(dǎo)致代碼丟失等問(wèn)題，并且該軟件具有完善的調(diào)試界面，在代碼編寫(xiě)后期的調(diào)試工作中可以很方便的調(diào)試排錯(cuò)找出程序的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。3.2.2AltiumDesigner電路板設(shè)計(jì)平臺(tái)AD軟件可以自己繪制電路原理圖庫(kù)，然后將元件庫(kù)里的原件連接繪制電路原理圖。當(dāng)然，在原理圖階段，元件需要設(shè)置相應(yīng)的元件封裝。通過(guò)制定設(shè)計(jì)規(guī)則，該軟件具有自動(dòng)檢錯(cuò)功能，可以對(duì)錯(cuò)誤的布局和布線進(jìn)行標(biāo)記。繪制電路圖后，還可以通過(guò)三維視圖模式看到三維效果，接近物理圖形，并依次進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和修改。多功能語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)4.1.1單片機(jī)最小核心系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)程序能供運(yùn)行的最簡(jiǎn)硬件電路，最小系統(tǒng)一般包含復(fù)位電路用于物理上復(fù)位系統(tǒng)運(yùn)行程序，使其指向程序剛開(kāi)始的地方，并且把單片機(jī)內(nèi)部寄存器復(fù)位成默認(rèn)狀態(tài)，12Mhz晶振配合30pF的起振電容用于產(chǎn)生時(shí)鐘基準(zhǔn)，單片機(jī)程序的運(yùn)行就是依賴(lài)于時(shí)鐘進(jìn)行同步，直流5V供電電路用于給單片機(jī)給電。采集發(fā)送和接受顯示部分的最小系統(tǒng)是相同的。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖4.1所示。圖4.151單片機(jī)最小核心系統(tǒng)圖4.1.2電源供電電路電源電路是一個(gè)系統(tǒng)重要的組成部分，它負(fù)責(zé)每部分能夠通以正常的工作電壓，是將電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電路，是電路各部分能夠正常工作的的根本條件，在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路是需要注意的地方還是有很多的。在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)總的外部電源以5V充電寶進(jìn)行供電，如果不經(jīng)電壓匹配直接將這些電路接在高電壓電源上，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作甚至燒壞元件，由此可見(jiàn)電源電路對(duì)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性的重要性。電源電路包含一個(gè)供電插頭和一個(gè)開(kāi)關(guān)用于打開(kāi)關(guān)閉系統(tǒng)電源，當(dāng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí)系統(tǒng)耗電為0，便于長(zhǎng)期存放。電源供電電路圖如圖4.2所示。圖4.2電源供電電路圖4.1.3按鍵電路設(shè)計(jì)中采用的是獨(dú)立按鍵電路，由于系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)不是很多，所以獨(dú)立按鍵由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單更適合于本設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)按鍵電路采用了六個(gè)功能鍵用于調(diào)整定時(shí)值加熱溫度值，按鍵串聯(lián)在單片機(jī)引腳和GND之間，按鍵松開(kāi)和按下兩種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)引腳電平的5V和0V，通過(guò)引腳電平的判斷即可檢測(cè)是否按下。按鍵電路圖如圖4.3所示。圖4.3按鍵電路圖4.1.4MLX90614測(cè)溫電路測(cè)溫用的MLX90614傳感器模塊板載了紅外測(cè)溫傳感器采集頭和一個(gè)穩(wěn)壓電路，將供電電壓穩(wěn)壓后供給傳感器探頭供電。模塊對(duì)外有4個(gè)引腳，其中1腳、2腳位供電引腳，采用5V供電，模塊上的穩(wěn)壓電源再將電壓穩(wěn)壓到3V給核心元件供電。3腳、4腳是IIC接口連接單片機(jī)的IIC引腳，用于IIC總線通信采集數(shù)據(jù)，通過(guò)IIC接口單片機(jī)即可將溫度數(shù)據(jù)讀取出來(lái)。電路圖如圖4.4所示圖4.4MLX90614測(cè)溫電路圖4.1.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)匹配了報(bào)警電路，在超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值情況下，會(huì)通過(guò)LED閃爍報(bào)警提醒用戶(hù)，使得設(shè)備使用起來(lái)更加便捷。報(bào)警電路由LED燈、限流電阻構(gòu)成，LED選擇的時(shí)低壓發(fā)光二極管，其正常工作最大達(dá)到5mA的電流，在此情況下如果可以直接采用單片機(jī)引腳直接供電的，電阻連接到單片機(jī)引腳的控制端，以起限流作用，此方式的電路設(shè)計(jì)通過(guò)一個(gè)信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的控制，使得單片機(jī)工作更為穩(wěn)定安全。如圖4.5所示。圖4.5報(bào)警電路圖4.1.6LCD1602顯示屏接口電路LCD1602可以顯示自定義的32個(gè)字符并且?guī)П彻釲ED。顯示器自帶字符點(diǎn)陣庫(kù)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單而價(jià)格低廉，穩(wěn)定可靠，所以本設(shè)計(jì)采用它作為顯示電路的核心。LCD1602的引腳說(shuō)明：1腳：VSS為接地電源；2腳：VCC接5V電源；3腳：V0通過(guò)電阻和VCC連接實(shí)現(xiàn)調(diào)整對(duì)比度；4腳：RS數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器控制切換；5腳：R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線；6腳：E端為使能端；7～14腳：8位雙向數(shù)據(jù)線；15腳：背光電源正極；16腳：背光電源負(fù)極。圖4.6液晶接口電路圖軟件設(shè)計(jì)4.2.1系統(tǒng)總體軟件框圖系統(tǒng)供電以后進(jìn)入main函數(shù)，main函數(shù)開(kāi)始運(yùn)行功能實(shí)現(xiàn)程序，首先初始化各個(gè)LCD1602顯示屏模塊、初始化，LX90614測(cè)溫傳感器、初始化單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器、初始化單片機(jī)內(nèi)部引腳IO，然后檢測(cè)喚醒按鍵是否按下觸發(fā)喚醒，如果沒(méi)有就循環(huán)檢測(cè)，如果觸發(fā)就進(jìn)入下一步，系統(tǒng)換型號(hào)開(kāi)始采集MLX90614的數(shù)據(jù)，獲取體溫值并實(shí)時(shí)顯示在LCD1602顯示屏上，拿實(shí)時(shí)測(cè)量的體溫值和報(bào)警閾值做對(duì)比，如果超出閾值則進(jìn)行報(bào)警，驅(qū)動(dòng)LED報(bào)警指示燈閃爍，接下來(lái)判斷閾值設(shè)置按鍵是否按下調(diào)整系統(tǒng)報(bào)警閾值，如果是則對(duì)系統(tǒng)閾值進(jìn)行加減設(shè)置并更新顯示在LCD1602顯示屏上，最后檢測(cè)空閑時(shí)間，如果達(dá)到休眠時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次按鍵喚醒后繼續(xù)工作。圖4.7程序主流程圖4.2.2按鍵檢測(cè)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中按鍵檢測(cè)驅(qū)動(dòng)程序原理是檢測(cè)單片機(jī)引腳電平狀態(tài)，引腳檢測(cè)首先對(duì)連接到單片機(jī)上的引腳進(jìn)行初始化設(shè)置，當(dāng)引腳設(shè)置為上拉輸入模式時(shí)，單片機(jī)在正常狀態(tài)下檢測(cè)到的釋放按鍵電平為高電平，程序判斷為1。觸發(fā)時(shí)，鍵腳的高電平轉(zhuǎn)換為低電平，程序判斷為0。鍵震蕩抖動(dòng)可能會(huì)造成引腳的誤觸發(fā)的情況，因此在程序時(shí)間上需設(shè)定一定的延時(shí)來(lái)排除誤觸發(fā)的問(wèn)題。特別需要注意的一點(diǎn)即在引腳檢測(cè)程序的編寫(xiě)過(guò)程中必須要進(jìn)行消抖操作，其原因在于引腳在一般情況下很極易造成誤觸發(fā)的問(wèn)題，這就使得整體系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。而消抖操作可以在一定時(shí)間內(nèi)兩次對(duì)引腳觸發(fā)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，其過(guò)程為當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到引腳觸發(fā)，但是并不立即執(zhí)行功能代碼，在延時(shí)50ms后再一次對(duì)引腳電平狀態(tài)進(jìn)行判斷，看是否觸發(fā)，如若引腳狀態(tài)仍為按下?tīng)顟B(tài)，則說(shuō)明確實(shí)有觸發(fā)操作，接下來(lái)就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行觸發(fā)后的代碼程序。如若第二次判斷不是觸發(fā)狀態(tài)，那么則可能是由于抖動(dòng)而導(dǎo)致的誤觸發(fā)，則不執(zhí)行接下來(lái)的對(duì)應(yīng)的相關(guān)功能。引腳檢測(cè)驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖4.8所示。圖4.8T按鍵檢測(cè)驅(qū)動(dòng)流程圖4.2.3MLX90614測(cè)溫驅(qū)動(dòng)程序MLX90614的驅(qū)動(dòng)程序主要是對(duì)IIC的讀寫(xiě)操作，由于MLX90614傳感器采用的是IIC總線通信，一個(gè)引腳為時(shí)鐘腳一個(gè)是數(shù)據(jù)腳，所以很多操作都是通過(guò)引腳高低電平的時(shí)長(zhǎng)來(lái)決定是什么操作。想要和GY-906完成通信就需要查看其數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)IIC時(shí)序進(jìn)行編程。驅(qū)動(dòng)MLX90614讀取溫度首先要對(duì)其初始化，使其進(jìn)入工作狀態(tài)準(zhǔn)備建立通信，然后等待MLX90614數(shù)據(jù)引腳發(fā)出應(yīng)答信號(hào)電平，檢測(cè)到其應(yīng)答以后，循環(huán)讀取溫度數(shù)據(jù)的各個(gè)位具體的高低電平，讀取完成組合成一個(gè)16位的數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理獲得最終的溫度值，驅(qū)動(dòng)流程如圖4.9所示。圖4.9測(cè)溫驅(qū)動(dòng)流程圖4.2.4報(bào)警驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中LED報(bào)警報(bào)警驅(qū)動(dòng)程序原理是通過(guò)單片機(jī)GPIO引腳輸出高電平進(jìn)行控制，是編寫(xiě)單片機(jī)程序的基礎(chǔ)內(nèi)容，在單片機(jī)上使用GPIO引腳，需要先配置驅(qū)動(dòng)單片機(jī)引腳的相關(guān)寄存器，使引腳能夠?qū)?yīng)相應(yīng)功能，如需使用引腳對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘總線，則需要先配置引腳模式和時(shí)鐘頻率方可使用。使得在配置模式的過(guò)程中需要設(shè)置為推挽輸出模式，使引腳具備足夠的驅(qū)動(dòng)能力。引腳初始化電平設(shè)置為低電平，會(huì)關(guān)閉輸出的電壓，爾后單片機(jī)會(huì)檢測(cè)出引腳是否需要設(shè)置為高電平，然后打開(kāi)開(kāi)關(guān)。GPIO引腳輸出驅(qū)動(dòng)流程圖如圖4.10所示。圖4.10報(bào)警驅(qū)動(dòng)流程圖4.2.5LCD1602顯示驅(qū)動(dòng)程序圖4.11LCD1602顯示屏驅(qū)動(dòng)流程圖由于顯示屏模塊電路內(nèi)部已經(jīng)集成了點(diǎn)陣字庫(kù)芯片，所以省去了程序上對(duì)字體取模的操作。只需要通過(guò)顯示屏的通信協(xié)議將要顯示的字符編碼發(fā)送給顯示屏，并將需要顯示的位置發(fā)送給顯示屏，LCD1602模塊會(huì)自動(dòng)查找該字符對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣庫(kù)并根據(jù)點(diǎn)陣信息將字符顯示在指定位置。LCD1602屏幕顯示驅(qū)動(dòng)流程圖如圖4.11所示。系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試及功能測(cè)試硬件調(diào)試5.1.1電源穩(wěn)定性調(diào)試本設(shè)計(jì)中電流比較大，同時(shí)使用的情況最高電流會(huì)達(dá)到2A，因此為設(shè)備供電時(shí)至少需要配置輸出穩(wěn)定的2A電流。測(cè)試電流是否達(dá)到要求可以使用萬(wàn)用表10A電流檔進(jìn)行檢測(cè)，以確保系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的電流，對(duì)于電壓的測(cè)量也是使用萬(wàn)用表，選擇20V電壓檔即可，系統(tǒng)是5V供電，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部穩(wěn)壓將為3.3V，其目的是部分模塊的供電需求是3.3V，在測(cè)試的過(guò)程中出現(xiàn)±0.1V的電壓波動(dòng)是正常的，如果出現(xiàn)電壓與目標(biāo)電壓相差較大的情況，則需要檢查電路是否出現(xiàn)微短路等問(wèn)題。。各模塊工作正常，各模塊工作會(huì)有工作指示燈正常亮起如圖5-1所示。圖5.1實(shí)物供電運(yùn)行圖5.1.2單片機(jī)核心板調(diào)試接下來(lái)是對(duì)單片機(jī)的測(cè)試，51單片機(jī)最小核心系統(tǒng)運(yùn)行需要12MHz無(wú)源晶體振蕩器電路、穩(wěn)壓電源供電、單片機(jī)本身以及點(diǎn)觸式按鍵上電復(fù)位電路。必須將這些電路正確的連接好，單片機(jī)最小核心系統(tǒng)才能夠正常工作，且這一過(guò)程最需要注意的是為單片機(jī)供電的電源電壓，且電源紋波不能較大，否則會(huì)造成單片機(jī)無(wú)法運(yùn)行等問(wèn)題。設(shè)計(jì)是通過(guò)5V供電，電源電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致供電不足等問(wèn)題，電壓過(guò)高會(huì)使得單片機(jī)內(nèi)部電路發(fā)熱。實(shí)物如圖5.2所示。圖5.2核心板運(yùn)行正常圖5.1.3模塊調(diào)試首先對(duì)LCD1602電路進(jìn)行測(cè)試，由于這部分需要結(jié)合程序才能具體查看效果，所以先根據(jù)引腳定義查看模塊供電是否正常，以及各引腳和單片機(jī)之間有沒(méi)有虛焊，排查這些問(wèn)題以后再結(jié)合之后的軟件調(diào)試即能確定模塊是否正常。然后測(cè)試測(cè)溫傳感器，測(cè)溫傳感器主要檢查焊接是否正常，焊接無(wú)誤的情況下，可以結(jié)合顯示屏查看讀取溫度數(shù)據(jù)，以此來(lái)驗(yàn)證MLX90614是否正常工作。最后對(duì)按鍵電路調(diào)試，這部分調(diào)試較為簡(jiǎn)單，首先是在斷電的情況下用萬(wàn)用表的通斷檔檢測(cè)按鍵的兩個(gè)引腳是不是分別連接到單片機(jī)的引腳和電源地上，且兩引腳不能有黏連短路，否則按鍵為常閉狀態(tài)，失去按鍵效果，以上檢測(cè)完畢后即可上電檢測(cè)設(shè)備上電后將萬(wàn)用表調(diào)到電壓檔檢測(cè)和單片機(jī)連接的引腳電平，在按鍵未按下時(shí)該引腳為5V高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，引腳電平由5V跳轉(zhuǎn)為0V，說(shuō)明硬件電路正常。圖5.3通信模塊運(yùn)行正常圖5.1.4模塊焊接調(diào)試最后是對(duì)各個(gè)模塊的檢測(cè)，需要檢測(cè)硬件部分是否焊接正確，用萬(wàn)用表對(duì)該模塊的供電引腳進(jìn)行檢測(cè)是否是額定電壓。此外該模塊對(duì)電源的紋波要求較高，較大電源紋波會(huì)導(dǎo)致模塊的不穩(wěn)定甚至?xí)绊懲ㄐ判盘?hào)的中斷，因此需要在該模塊電源引腳接口處附近連接一個(gè)濾波電容，以達(dá)到濾波效果，穩(wěn)定模塊通信。模塊輸出的數(shù)據(jù)是通過(guò)單片機(jī)UART進(jìn)行采集，用萬(wàn)用表測(cè)量模塊供電引腳進(jìn)行測(cè)量，如果與預(yù)期電壓一致則說(shuō)明正常工作。各模塊焊接正常圖片如圖5.3所示。圖5.4硬件模塊焊接圖軟件調(diào)試5.2.1程序下載設(shè)計(jì)軟件調(diào)試的第一步就是要先安裝好對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)調(diào)試平臺(tái)軟件Keil4。裝好軟件以后就可以通過(guò)專(zhuān)用的調(diào)試下載器USB-TTL連接單片機(jī)核心板的STC-ISP調(diào)試下載接口，通過(guò)此接口完成調(diào)試工作。下載調(diào)試工具欄如圖5.5所示。圖5.5下載程序軟件工具5.2.2程序調(diào)試第一步，先對(duì)LCD1602顯示屏的程序進(jìn)行編寫(xiě)調(diào)試，LCD1602顯示屏用到了8位并行口通信，通信協(xié)議時(shí)序可由軟件模擬，也可由硬件產(chǎn)生，在51單片機(jī)中受資源限制一般采用程序模擬并行時(shí)序，先根據(jù)并行的時(shí)序編寫(xiě)底層驅(qū)動(dòng)程序，底層驅(qū)動(dòng)程序直接負(fù)責(zé)和LCD1602液晶屏的硬件通信相關(guān)，所以在延時(shí)配置部分要根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況取最優(yōu)，底層驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)完成即可編寫(xiě)上層功能程序，該部分程序不需要考慮時(shí)序的實(shí)現(xiàn)更多的關(guān)注顯示界面的布局。第二步，對(duì)測(cè)溫傳感器MLX90614進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試該模塊主要結(jié)合LCD1602顯示屏將檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，然后和溫度計(jì)進(jìn)行對(duì)比查看結(jié)果是否正確，改變待測(cè)溫度，查看測(cè)量的溫度值是否發(fā)生變化，如果是則說(shuō)明溫度傳感器程序驅(qū)動(dòng)正常。最后對(duì)按鍵檢測(cè)相關(guān)程序進(jìn)行編寫(xiě)測(cè)試，這部分用的是單片機(jī)普通IO口，調(diào)試較簡(jiǎn)單，只要配置好引腳的工作模式，然后在對(duì)應(yīng)時(shí)候驅(qū)動(dòng)高低電平即可?？偨Y(jié)本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先搜集相關(guān)資料，確定了系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀背景和研究意義，確定了本設(shè)計(jì)的可行性和必要性，然后選擇合理的設(shè)計(jì)方案，擬定所需要的軟件平臺(tái)和硬件元器件，之后設(shè)計(jì)硬件電路圖，根據(jù)電路圖設(shè)計(jì)焊接實(shí)物，焊接完成實(shí)物以后開(kāi)始針對(duì)每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)已經(jīng)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)，成功驅(qū)動(dòng)起來(lái)各個(gè)模塊以后，就可以編寫(xiě)main函數(shù)，調(diào)用各個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能，對(duì)功能邏輯進(jìn)行合理的安排，之后使用下載調(diào)試器下載程序，同時(shí)對(duì)下載的程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試各個(gè)程序是否穩(wěn)定執(zhí)行，運(yùn)行內(nèi)存堆棧是否處理得當(dāng)，檢查長(zhǎng)期運(yùn)行是否會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存溢出，針對(duì)各個(gè)邏輯錯(cuò)誤進(jìn)行處理，按照這個(gè)調(diào)試步驟反復(fù)驗(yàn)證，直到程序穩(wěn)定。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)意義上動(dòng)物養(yǎng)殖類(lèi)設(shè)備的局限性，設(shè)計(jì)系統(tǒng)安全可靠，有著較高的使用價(jià)值。本論文所設(shè)計(jì)的數(shù)字體溫計(jì)，利用單片機(jī)技術(shù)、測(cè)溫傳感器以及顯示報(bào)警技術(shù)搭建，包括個(gè)子模塊，包括體溫采集子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)和顯示驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)等。其次，進(jìn)行了本系統(tǒng)的