基于TS118-3温度传感器的设计.doc

1、基于单片机的红外测温系统的设计目录1 绪论252 方案设计与器件选型283 系统硬件设计304 系统软件设计40结束语46致 谢47参考文献481 绪论1.1 选题的目的和意义由于2003年非典的袭击，我国迅速诞生了一支专门抗击非典的医疗仪器研发队伍，特别是在红外体温仪器的研发方面取得了突出的成就。由于现代科技的发展、新材料、新工艺的运用，各式各样的体温计陆续出现，探测方式不断改进。国内外体温计的发展大致分为三个阶段：第一阶段是常见的玻璃水银体温计；第二阶段是电子体温计；第三阶段是非接触式红外体温计。水银体温计虽然价格便宜，但是有许多弊端。首先，水银体温计遇热或安置不当，体温计容易破裂。人体接

2、触到水银后会中毒，中毒症状是恶心、头痛、腹泻、脱发等，严重者会造成血液凝固。其次，采用水银体温计测温需要相当长的时间(5min10min)，这对人们来说相当不方便。电子体温计是采用热敏电阻测量温度的，电子体温计能快速准确地测量人体温度，与传统的水银玻璃体温计相比，具有读数方便、测量精度高、能记忆并有蜂鸣提示的优点，尤其是电子体温计不含水银，对人体及周围环境无害，特别适合于家庭、医院等场合使用。但电子体温计测温也是需要接触测量的，因此也需要较长的时间，同样使用不方便。非接触式红外体温计是根据黑体辐射原理，通过测量人体辐射的红外线而测量温度的。它的红外传感器只吸收人体辐射的红外线而不向人体发射任何

3、射线，因此它对人体及环境是无害的。由于它的测量方式是非接触式的，因此它具有了测温方便、便于在公众场合使用的优点。此外，它还具有测温时间短、使用简单等优点。红外体温计的这些特点满足了人们的生活需求，给人们带来了极大的方便，因此选取红外测温系统作为毕业设计课题有很大的实用价值。由于人的体温值基本上是恒定的，只在较小的范围内变化(3542)。因此，为了提高测量结果的精度，并且排除环境温度的变化对测量结果的影响，本系统设计了温度补偿电路对环境温度进行补偿。本设计以STC12C5616AD单片机为控制核心，辅以信号采集模块、电源模块、超限报警模块、按键模块和温度显示模块等外围电路来实现温度的测量的。本系

4、统具有使用方便、测温时间短、精度比较高、可重复性好等特点。红外测温技术是一门很实用和前沿的技术，其内容涉及电子技术、检测技术、单片机技术等多方面内容，以此作为毕业设计，有利于理论联系实际，提高个人的综合能力，同时这也是对本科阶段学习内容的升华。通过对红外测温系统的设计不仅能加强自己对单片机控制、传感器技术等知识的了解，同时也能培养自己解决问题的能力。1.2 红外测温技术国内外发展概况1800年，英国天文学家威赫谢耳在研究太阳光谱部分的热效应时，发现热效应最大的位置在红光之外，当时称之为“不可见光”。到1935年，安培称之为红外线，也可称之为红外辐射。之后，人们花了一百多年时间认识红外辐射的电磁

5、本质，并建立了热辐射的基本规律，为红外技术的应用奠定了理论基础。近代红外技术始于二战，推动技术发展的原因主要是由于军事上的迫切需要和航天工程的蓬勃开展。半个世纪以来随着光学技术、半导体技术、电子技术的发展，红外技术也日趋完善，其中红外测温技术也形成了完整的理论并成功的应用于医学、工农业、矿业等领域1 2。我国的红外技术研究起步于60年代，70年代后期开始了红外玻璃测温计的研究，并取得了可喜成果，但至今未形成系列产品，工业应用仅在近些年才开始。国外的红外测温技术发展较早，技术比较成熟，红外测温产品种类繁多，测温精度及分辨率较高。国内红外测温技术相对来说技术落后，产品种类比较单一，测温精度及测温分

6、辨率较低，在技术性能上国内产品与国外产品相比还有一定差距。但随着红外产品在国内应用的越来越普及，以及更多厂家和科研机构进行这方面的研究，这将推动我国红外测温产品性能的快速提高和进步。随着红外材料及传感器类型的不断开发研究，新型测温仪器正逐步替代传统的测试手段。目前美、英等国正致力于加强前视红外系统信息处理能力(如自动人工目标分类)来解决研究领域和工业领域中的问题。世界上除了一些大军工企业公司(如美国的Honeuwell公司、休斯飞机公司)之外，许多大商业公司(如三菱电气、日本横河电机(株)、瑞典AGA公司、法国Pyro公司、Sofradier公司、HGH红外系统工程公司等)也正在积极从事红外测

7、温、热成像技术的研究及产品开发。在国内，近年来随着我国工业迅速发展和产品更新换代的加速，对测温仪器的需求量越来越大，尽管热电偶(热电阻)一类接触性测温传感器件仍然具有很大的优势，但非接触性的红外测温仪器正日益受到各行业的关注。1.3 红外探测器的分类红外探测器是红外测温仪的重要组成部分，它对测量的精度和范围有着重要的意义。它可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器分为热电堆探测器、热敏电阻探测器、气体探测器和热释电探测器等，而光子探测器则分为光电子发射器、光电导探测器、光生伏特器和光电磁探测器等3。热电堆探测器采用热电堆为探测元件，利用塞贝克效应，测量比较准确。热敏电阻探测器是根据物体受热

8、后电阻会发生变化的性质而制成的红外探测器，它可以响应从X射线到微波波段的整个范围，可在室温下正常工作，但由于其时间常数大，只适用于响应速度要求不高的场合。气体探测器是气室内的吸收膜吸收红处辐射升温，加热工作气体，由气体膨胀给出电信号。热释电探测器是利用热释电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽、灵敏度与波长无关，因此其应用领域广、容易使用。常用的热释电探测器有硫酸三甘钛 (TGS) 探测器、铌酸锶钡(SBN )探测器等。红外光子探测器是利用光子效应制成的红外探测器。常用的光子探测器有光电二极管、光敏二极管、InSb光电磁探测器等。红外光子探测

9、器的主要缺点是需要制冷，因为它需要用制冷来抑制由于热运动而产生的自由载流子。新一代近室温光电探测器利用排斥效应、提取效应以及磁集中效应能够实现静态耗尽，实现非制冷条件下的红外探测。1.4 红外测温的特点（1）远距离和非接触测量红外测温不需要与被测物体接触，并可远距离测量，它特别适合于对高速运动物体、旋转体、带电体和高温高压下物体的温度测量。（2）响应速度快红外测温不象普通温度计那样，需要与被测量体接触以达到热平衡，它只要接到目标的红外辐射即可测量，其响应时间在毫秒甚至微秒数量级。（3）准确度高红外测温是非接触测量，不破坏物体本身的温度分布，因而所测温度真实、准确。（4）测温范围广由于红外测温是

10、非接触测温的，所以测量仪器本身并不处在较高或较低的环境之中，而是工作在正常温度或测量仪器允许的温度之下，因此测温范围可从负几十摄氏度到正几千摄氏度。2 方案设计与器件选型2.1 总体方案设计本系统主要有信号采集模块、显示模块、键盘输入模块、超限报警模块等部分组成。本设计的系统框图如图2.1所示。体温信号单片机A/D转换模块环境温度信号热电堆红外传感器时钟模块显示模块超限报警模块键盘输入模块图2.1 系统总体框图系统的工作原理如下：首先由热电堆红外传感器采集人体体温信号和环境温度信号并以电压形式输出。由于传感器输出的电压信号很微小，因此须对这些电压信号进行放大处理。放大后的电压信号经过单片机自带

11、A/D模块的A/D转换后，由单片机对这些数字量进行处理和分析。最后由LCD显示器显示出体温值和环境温度值，并由单片机判断是否进行蜂鸣器报警。2.2 器件选型2.2.1 传感器的选择方案一 采用红外线温度传感器IRTP。IRTP系列红外传感器是一种集成的多用途工业测温传感器，因此不能用作人体测温，故不用此方案。方案二 采用热释电红外线传感器D203S。该型传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。但这种传感器一般用于开关电路，红外防盗报警等方面，若要用于测量体温，则需要加入步进电机等进行斩光处理，硬件上的复杂性决定了它的稳定性不高，故不选此方案。方案三 采用

12、热电堆红外传感器TS118-1。TS118-1是德国 HL2 Planartechnik公司生产的非接触式红外温度传感器。它以非接触的方式检测物体发射出来的红外线能量，并将其转换成相应的电压信号输出。由于TS118-1具有较小的热惯性和较高的灵敏度，因此非常适用于医学测温，故选方案三。2.2.2 显示器的选择方案一 选用数码管显示。数码管具有耗能低、电压低、寿命长、对外界环境要求低等优点，但其也有电路复杂、占用资源较多、显示信息少、不宜显示大量信息等缺点，故不选此方案。方案二 选用液晶显示器显示。液晶显示器与数码管相比，有以下明显的优点：微功耗、尺寸小、显示信息量大、字迹美观、视觉舒适而且容易

13、控制。而本系统需要显示直观的信息，并且显示的信息量比较大，所以应选用显示功能更好的液晶显示器，故选择方案二。2.2.3 单片机的选择方案一 采用MCS-51系列单片机。传统的单片机具有价格低廉、易于掌握等特点，但也有功能单一、RAM、ROM空间小等缺点。而且在本设计中还需要设计A/D转换电路，电路比较复杂，故不选此方案。方案二 采用STC12C5616AD单片机。该单片机不仅具有代码完全兼容传统8051单片机、运算速度快等特点，而且还有较大的RAM、ROM空间和8路10位的A/D转换功能。因此，它能够低设计的复杂性和节省元器件，故选用该方案。 3 系统硬件设计硬件电路设计是整个系统设计的重要组

14、成部分，整个系统功能的实现其实就是所有子模块的功能的实现。硬件系统的设计一般需要遵循一些设计原则，这些原则主要有以下几点：（1）尽可能选择典型电路，并符合单片机的常规用法。这能够为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。 （2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。 （3）硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但由软件实现的硬件功能，一般响应时间比较长。（4）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。（5）要仔细考虑硬件设计的可靠性及抗干扰性，它包括

15、去耦滤波、通道隔离等。（6）尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间的相互干扰也就越强，功耗也就越大，也就不可避免地降低了系统的稳定性。 在设计中，要尽量做到上述要求，以便使设计出的系统能够满足实际需求。本系统的硬件电路主要由电源、信号采集、显示器接口、键盘以及超限报警等模块组成。下面详细介绍各模块的设计。3.1 信号采集部分设计 3.1.1 元器件简介TS118-1传感器：TS118-1型红外温度传感器是一种专门用于非接触体温测量的传感器。它的测量的原理是:所有的物体都会向外发射红外线，而发射功率正比于物体的表面温度，那么精确测量物体的红外线发射功率就能确定物体的表面温度。TS

16、118-1应用微结构薄膜技术在硅底板上集成了许多个基于热电效应的热电偶，热电偶的热端和冷端之间用隔热的SiNx隔膜隔开，热端的吸收区把引入的红外线转换成热量，而热电偶把热量成比例地转换成电压输出4。TS118-1在距离人体 5cm范围内红外线吸收效率接近100%，也就是说有效测量距离为 5cm 。在TS118-1内还集成了一个热敏电阻，用于测量环境温度。其主要参数如表3.1所示。表3.1 TS118-1传感器的主要参数参数单位值条件内阻k43825稳定时间ms255500k,1Hz视角120工作温度-20100热敏电阻阻值1000425Beta值ppm/K39701500 100AD620：运

17、算放大器AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至1000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低(最大电源电流仅1.3 mA)，因此非常适合电池供电的便携式(或远程)应用，其工作电压为4.6V36V或2.3V18V。LM358：运算放大器LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。其单电源为330V，双电源为1.515V，而且它的输出电压摆幅比较大，很适合于电池供电。3.1.2 信号采集电路信号采集电路有两部分组成：体温信号

18、放大电路和环境温度信号处理电路。体温信号放大电路是由仪用放大器AD620和参考电压电路组成；环境温度信号处理电路是由运算放大器LM358构成的电压跟随器组成。体温信号放大电路：由于传感器输出的体温信号为mV级，而单片机A/D模块的信号输入须为V级，因此需用运放AD620对该信号进行放大5。其放大倍数由一个精密可调电阻（R13）进行调节，放大倍数可在11000之间调节。本设计将放大倍数设为600倍。环境温度信号处理电路：环境温度信号处理电路主要是实现环境温度检测电阻Rrt到输出电压Vrt的转换。转换原理是由LM358运算放大器构成的电压跟随器跟踪Rt的分压电压变化，Rt的分压电压随Rt阻值的变化

19、而变化6 7。信号采集电路的电路图如图3.1所示。其中V0为放大后的热电堆电压信号，也就是将要处理的体温信号，V1为参考电压，V2为环境温度信号，它们分别接单片机的P1.0、P1.1和P1.2口。图3.1 信号采集电路图3.2 STC12C5616AD单片机STC12C5616AD单片机是宏晶科技生产的高速、低功耗的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051，其内部集成8路高速10位A/D转换器8。其主要技术参数如下：（1）工作电压：5.5V3.5V（2）应用程序空间16K字节（3）片上集成768字节RAM（4）通用I/O有23个（5）自带8路10位精度A/D转换器（6）有EEPRO

20、M功能（7）工作温度范围：0753.2.1 单片机的A/D功能STC12C5616AD单片机的A/D转换口在P1口(P1.7 P1.0)，为8路10位高速A/D转换器，速度可达到100KHz (10万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O 口，用户可以通过软件设置将8 路中的任何1路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O 口使用。A/D转换结束后，最终的转换结果保存到转换结果寄存器ADC_DATA和ADC_LOW2，同时，置位控制寄存器ADC_CONTR中的A/D转换结束标志位ADC_FLAG，以供程

21、序查询或发出中断申请。模拟通道的选择控制由控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2 CHS0确定。其转换速度由控制寄存器中的SPEED1和SPEED0确定。在使用之前，应先给ADC上电，也就是置位控制寄存器中的ADC_POWER位。STC12C5616AD单片机的A/D转换功能的控制主要有ADC_CONTR控制寄存器来实现，其各个位的功能如表3.2所示。表3.2 特殊功能寄存器ADC_CONTRAddressB7B6B5B4B3B2B0C5HADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS0单片机的A/D转换口为P1.7P1.0，需要作为A/D转换用的

22、I/O口需要首先将其设置为高阻输入或开漏模式。在P1M0、P1M1中对相应的位进行设置，其具体设置如表3.3所示。表3.3 P1M0、P1M1的设置P1M0P1M1I/O口模式（P1.x 如做A/D使用，需先将其设置成开漏或高阻输入）00准双向口（传统8051 I/O口模式），灌电流可达20mA，拉电流为230A01推挽输出（强上拉输出，可达20mA，尽量少用）10仅为输入（高阻），如果该I/O口徐作为A/D使用，可选次模式11开漏，如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式通过对ADC_CONTR 的CHS2、CHS1、CHS0 3个位的设置可以控制A/D通道的选择。它的具体设置如表3.4所

23、示。表3.4 模拟输入通道的选择C H S 2C H S 1C H S 0模拟输入通道选择000选择P1.0作为A / D 输入来用001选择P1.1作为A / D 输入来用010选择P1.2作为A / D 输入来用011选择P1.3作为A / D 输入来用100选择P1.4作为A / D 输入来用101选择P1.5作为A / D 输入来用110选择P1.6作为A / D 输入来用111选择P1.7作为A / D 输入来用ADC_START为模数转换器转换启动控制位，设置为“1”时，开始转换, 转换结束后为0 。ADC_FLAG为模数转换器转换结束标志位，当A/D 转换完成后，ADC_FLAG

24、 = 1，要由软件清0。ADC_POWER为电源控制位，当它为“0”时，关闭A/D转换器电源，当为“1”时，打开A/D转换器电源。特殊功能寄存器ADC_DATA / ADC_LOW2用于保存A/D 转换结果。3.2.2 复位电路设计复位电路在整个系统中既简单又重要，如果复位电路不可靠，在工作中就有可能出现“死机”，“程序走飞”等现象。所以，一个单片机复位电路的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。当单片机的复位引脚RST出现一定时间的高电平时，单片机就完成了复位操作，如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执

25、行程序，因此要求单片机复位后能脱离复位状态9 10。图3.3 单片机复位电路复位操作通常有上电复位和开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，如果发生死机，用按钮开关操作使单片机复位。常用的上电复位且开关复位电路如图3.3所示。上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。当单片机已在运行之中时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电且开关复位的操作。3.2.3 时钟电路设计将引脚XTAL1和XTAX2外接晶体振荡器，就构成了一个时钟电路。本设计选用12MHZ 的晶振。时钟电路如图3.4所示。图3.4 单片机时钟

26、电路3.3 显示器接口设计本设计选用的液晶显示器是型号为YM12864R带字库的液晶显示器，其具有汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM。本设计采用的是串口接法，因此不仅接口电路非常简单，而且还有占用I/O少、控制方便灵活等特点。它的主要技术参数如下所示：（1）低电源电压（+3.0+5.5V），无需外加负压（2）显示分辨率：12864点（3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)（4）显示角度：6：00钟直视（6）与MCU接口：8位或4位并行/3位串行（7）工作温度：06

27、0（常温）/-2075（宽温）YM12864R液晶显示器的串行数据传送共分三个字节完成，它的三个字节的具体功能如下所示： 第一字节：串口控制格式 11111ABC A 为数据传送方向控制：H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD B为数据类型选择：H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令 C 固定为 0第二字节：8位数据的高4位格式 DDDD0000 第三字节：8位数据的低4位格式 0000DDDD 表3.5 YM12864R引脚功能表引脚号引脚名称功能说明1VSS模块的电源地2VDD模块的电源正端3VOLCD驱动电压输入端4RS(CS)并行的指令/数据选择信号，串行的片选信号

28、5R/W（SID）并行的读写选择信号，串行的数据口6E/CLK并行的使能信号，串行的同步时钟15PSB并/串行接口选择，H-并行/L-串行17/RET复位，低电平有效19LED_A背光源正极（LED+5V）20LED_K背光源负极 ( LED 0V )YM12864R为20管脚显示器，其电路图如图3.5所示。其与单片机只需3根连线相接：芯片端管脚分别为CS、SID和CLK，其中CS为串行片选信号，SID为数据口，CLK为串行的时钟信号，它们分别接单片机的P3.2、P3.3和P3.4口。图3.5 液晶显示器与单片机接口电路图3.4 电源模块设计单片机系统的电源设计是单片机应用系统设计中的一项重要

29、工作，电源的精度和可靠性等各项指标，直接影响着系统的整体性能。单片机系统的数字和模拟两部分电路对电源的要求有所不同。数字部分：以脉冲方式工作，电源功率的脉冲性较为突出，如LED显示器的动态扫描会引起电源脉动，此外，数字电源还要有足够的余量。模拟部分：对电源的要求不同于数字部分，模拟放大电路对电源电压的精度、稳定性和纹波系数要求很高，如果供电电压的纹波较大，回路中存在脉冲干扰，将直接影响放大后信号的质量。如果模拟和数字部分使用同一个电源，会使数字部分产生的高频有害噪声耦合到模拟部分。因此，在模拟电路和数字电路混合的单片机系统中，需要注意考虑两种电路独立供电。单片机系统中的模拟放大等电路需要高精度

30、、高稳定性的供电电源和参考电压源。基准电源是就是一种可以产生高精度、高稳定性电压的器件或电路，它产生的电压给特定部件作为参考电压使用。基准电源使用广泛，其精度和可靠性直接决定着系统的精度和可靠性11 12 13。LM7805系列稳压器只有输入、输出和公共接地3个引出端，通过外接少量元器件即可实现稳压，使用时非常方便，此外它的外围电路简单，工作安全可靠，适合制作通用型的稳压电源。其主要参数如下：（1）最大输入电压 42V（2）输出电压 固定值 5V（3）最大输出电流 1.5A（4）输入电压最小压差 2V以极性电容和瓷片电容作为滤波网络，采用固定式三端集成稳压块LM7805设计制作的直流稳压电源如

31、图3.6所示。图3.6 数字电源模块 本系统的数字电源主要为单片机、液晶显示电路、按键电路和报警电路提供稳定的电源TL431是一个有着良好热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置，其设置范围为Vref（2.5V）到36V之间的任何值。由于它使用起来非常方便，而且性能优良，所以，在本设计中用TL431芯片构成的电源作为信号处理部分的电源。它的电路图如图3.7所示。图3.7 模拟电源模块该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。其主要特点如下：（1）可编程输出电压为36V（2）电压参考误

32、差：0.4（3）低动态输出阻抗（4）负载电流能力1.0mA到100mA 本系统的模拟电源主要为信号处理部分的运算放大器AD620和LM358提供高精度的电源。3.5 按键电路设计键盘是电子设备常见的输入装置，它是人们与电子设备交流的重要途径，一旦按键出错或不稳定，将影响到电子设备的整体使用。所以键盘电路部分的设计虽然简单，但键盘的稳定性、可靠性应引起足够的重视。当按键少时可接成独立连接式键盘；当按键较多时，可以将键盘接成矩阵形式，这种形式节省口线。本系统由于所需键盘数目不多，只有测温开始键和消音键，不占用太多的I/O口，所以采用结构简单、使用方便的独立连接式键盘14 15。其电路图如图3.8所

33、示。其中按键S1的主要功能是测温，当按下此键后，系统开始进行测温；按键S2的主要功能是关闭报警器，当报警器鸣叫时，按下此键，则报警器停止鸣叫。图3.8 按键电路由电路图我们可以看出这部分的原理：由于单片机的P1.4口和P1.5口是通过10K的上拉电阻与5V电源相联的，所以在没有按键按下的情况下单片机的两个I/O口的电平恒为高，只有当对应的按键按下的时候其电平才为低。我们就是依据单片机检测到的低电平信号来判断是哪一个按键按下的16。3.6 报警电路设计系统的报警功能由一个蜂鸣器和一个三极管来实现17 18。当测得的体温值超过设定值（37.5）时，单片机会给P2.7口一个低电平，使三极管导通，从而

34、引起蜂鸣器的鸣叫。当系统检测到消音键按下后，则将P2.7口置位，此时蜂鸣器由于三极管的截止而停止报警。硬件电路如图3.9所示。图3.9 报警电路4 系统软件设计软件设计就是编写能使单片机运行并控制外围电路的程序，然后把程序烧入单片机，对单片机进行控制，以完成硬件的功能。本设计的软件部分是用C语言进行编写的。C语言用途广泛、语言简洁，为完成某一功能所写的源程序代码往往比用其他语言写得简短，使得程序输入工作量减少。C语言能直接访问物理地址和端口，并能进行位操作，因此能实现汇编语言的大部分功能。而且，由C语言生成的可执行代码内容量少，执行效率高。因此，红外测温系统的软件设计，C语言成了首选。本设计的

35、系统软件主要包括主程序、液晶刷新子程序、按键扫描子程序、测温子程序和液晶初始化子程序等。4.1 主程序设计整个测温系统在主程序的组织、管理下，完成数据的采集、处理、显示、报警等功能。主程序主要对I/O口、定时器、液晶显示器等进行初始化操作，以及通过对子程序的调用来实现温度的循环测量。主程序流程图如图4.1所示。4.2 子程序设计在一个程序中经常会遇到反复多次执行某程序段的情况，如果重复书写这个程序段，会使程序变得冗长而杂乱。对此，可把重复的程序编写为一个子程序，通过主程序调用而使用它。这样，不仅减少了编成的工作量，而且也缩短了程序的长度。在原来的主程序中需要执行该任务时，调用子程序，执行完该任

36、务后，又返回主程序，继续以后的操作，这样就简化了程序的逻辑结构，便于调试，节省了程序的空间。本节对各子程序模块的设计进行了阐述，主要包括A/D转换子程序、液晶显示子程序、按键扫描子程序和报警处理子程序的设计。YN按键扫描测温键按下？A/D转换数据处理温度显示开始系统初始化报警处理返回图4.1 主程序流程图4.2.1 键盘扫描子程序设计本设计采用的是独立式按键，扫描过程比较简单，即先对各个口进行扫描，然后设置键盘标志位的值，最后返回标志位的值。考虑到在键盘按下的过程中，会发生一定的抖动。由于抖动的缘故，很多时候会导致误操作，为此，在扫描是否有按键按下的过程中，我们加入了一个延时子程序来消除键盘的

37、抖动，使其能够更加准确的检测出当前按下的键。键盘扫描子程序流程如图4.2所示。N初始化flag为0测温键按下?延时置flag为1(表示测温键按下)等待测温键被松下消音键按下?延时等待消音键被松下置flag为2(表消音键按下)返回flag值YNYN测温键按下?消音键按下?YYN入口图4.2 键盘扫描子程序流程图4.2.2 A/D转换子程序设计 A/D转换子程序主要对采集到的模拟量进行数字量的转换。由于需要转换的模拟量有3路，所以对其进行逐个转换。同时为了确保结果的准确性，因此对每一路的转换都进行6次，最后取平均值作为这一路的转换结果。其流程图如图4.3所示。设置P1.0P1.2口作为A/D转换口

38、选通道0清A/D转换结果寄存器并开始A/D转换等待转换结束取转换结果，并清除标志位完成6次?取平均值0选通道1完成6次?取平均值1返回选通道2YYNN等待转换结束清A/D转换结果寄存器并开始A/D转换取转换结果，并清除标志位完成6次?取平均值2YN等待转换结束清A/D转换结果寄存器并开始A/D转换取转换结果，并清除标志位入口图4.4 A/D转换子程序流程图4.2.3 液晶显示子程序设计该子程序主要对测得的温度值进行液晶显示。当温度测量完成后，得到的温度值是一组数字量，若想让液晶显示器正确的显示温度值的各位，则首先需要对数据的各个位进行拆分，然后将拆分后的温度值的各个位写入液晶显示器的相应地址，

39、即完成了温度值的显示。其流程图如图4.5所示。lcd初始化显示“室温：00.0”拆分温度值各位显示室温值各位显示体温值各位返回显示“体温：00.0”入口图4.5 液晶显示子程序流程图4.2.4 报警处理子程序 报警处理子程序主要实现体温的超限报警。该子程序先将测得的体温值与设定的体温值进行比较，然后根据比较结果决定是否启动蜂鸣器报警。它的消音操作是通过对消音按键的检测来实现的。当检测到消音按键按下后，则执行相应的操作，从而使蜂鸣器停止鸣叫。其流程图如图4.6所示。YN测量值是否大于设定值？入口报警返回消音键是否按下？按键扫描YN消音 图4.6 报警处理子程序流程图结束语毕业设计在导师的指导和自

40、己的努力下，历经了各种困难，总算完成了。设计中所涉及到的许多东西，如热电堆红外传感器、信号的放大、带A/D单片机的使用等都是自己以前很少接触到的内容，有些东西甚至很少有中文资料可供参考。如何在最短的时间内消化这些内容并着手系统的设计是我遇到的第一个难题。在硬件电路设计方面，如何使设计出的电路具有可操作性和实用性是另一个需要解决的难题。对我而言，解决这些问题的过程是一个耗时费神甚至是痛苦的过程。当能够解决一个问题哪怕是一个小小的问题时，我都是相当的兴奋与快乐。因此在这个过程中，我学会了很多在课堂上学不到的东西，极大地丰富了我的知识，锻炼了我的能力。这次毕业设计总体上是以STC12C5616AD单

41、片机为控制核心，以红外测温原理为理论基础，通过对单片机的外围电路的设计来实现人体体温的非接触测量的。设计包括硬件电路的设计和软件编程的设计，其中程序是由易于掌握的C语言来编写的。设计中需要考虑的因素很多，但主要考虑到两个因素：第一，要尽力把系统作的完善，并充分体现它的实用性和可靠性；第二，对外围电路设计时尽量使它简单。正是有了这些明确的目的和任务，我才能有条不紊的完成此次毕业设计。通过本次毕业设计，我深深地感受到了理论与实践之间的巨大差距，在以前学习单片机时，很多知识点在理论上还是能够理解的，但到了具体的实践环节中，就出现很多自己无法理解的现象。因此，在今后的学习和工作中，我一定要加强实践和理

42、论相结合能力的培养，也只有这样我才能更好的理解理论知识以及提高自己的实践能力，最终达到学以致用的目的。致 谢经过三个多月的忙碌工作，本次毕业设计即将完成。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促和指导，以及同学们的支持，想要完成毕业设计是很困难的。这次毕业论文能够得以完成，是所有指导过我的老师，和帮助过我的同学以及一直关心支持着我的人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。在此，我要向他们致以深深的谢意！ 感谢我的指导老师xxxx老师，感谢丁老师对本论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给我的细心指引和教导，使我对本设计有了深刻的认识，并最终得

43、以完成毕业论文。其次要感谢虽然不是我的导师但依然对我关心照顾的各位老师，正是你们对我的热情帮助和宝贵建议，才让我能够更好的完成毕业设计。此外我还要感谢我身边所有的朋友和同学们，谢谢你们在生活和学习上对我的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆！最后，我要向在百忙之中抽出时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示深深的感谢！参考文献1 胡向东，刘京诚. 传感技术M. 重庆大学出版，2006.22 陈继述. 红外探测器M . 北京：国防工业出版社，1986.5 3 何道清. 传感器与传感器技术M . 北京：科学出版社,2004.34 傅中君，侯雪亚. 基于TS

44、118-1的无接触式人体体温计的实现J. 江苏技术师范学院学报，2007.45 赖永钦. 利用单片机制作红外线测温控制器J. 广东省陶瓷职业技术学校学报，2010.66 张洪润，刘秀英，张亚凡等.单片机应用设计200例M. 北京：北京航空航天大学出版社，2006.77 南建辉，熊鸣，王军茹. MCS-51单片机原理及应用实例M. 北京：清华大学出版社，2003.78 STC12C5620AD系列单片机用户手册.9 郭天祥. 新概念51单片机C语言编程：入门、提高、开发、拓展全攻略M. 北京：电子工业出版社，2009.110 余永权. 单片机在控制系统中的应用M. 北京：电子工业出版社,2003.711 张义和，王敏男，许宏昌等. 例说51单片机：C语言版M. 北京：人民邮电出版社，2010.612 康华光. 电子技术基础.模拟部分M. 北京：高等教育出版社，2007.713 求是科技. 单片机典型模块设计实例导航M. 北京：人民邮电出版社,200414 张毅刚，彭喜元，彭宇. 单片机原理及应用M. 北京：高等教育出版社，2010.515 范力旻.单片机原理及应用技术M. 北京：电子工业出版社，2009.116 兰吉昌. 51单片机应用设计百例M. 北京：化学工业出版社，2008.1217 赵建领. 51单片机开发与应用技术详解M. 北京：电子工业出版社,200918 宋戈.