1、非接触式数字温度计体温仪的设计基于单片机的非接触式数字体温仪摘要：人体温度相对恒定是维持人体正常生命活动的重要条件之一，当体温高于41度或低于35度时将严重影响人体各系统的机能活动，甚至危害生命。很多疾病都可使体温正常调节机能发生障碍而使体温发生变化，如非典型肺炎的首要症状就是发烧。临床上对病人检查体温，观察其变化对诊断疾病或判断某些疾病的预防有重要意义。在大型集会或各类活动中，由于参加人数众多，如果再入场时能对体温进行检测，则能有效控制各类传染病的交叉传播。非接触式体温计所需测温时间短，不需要与体肤接触，避免了病菌交叉感染，并且可以进行数据记录与判断，非常适合这种情况下使用。本设计采用STC
2、89C52作为核心，集合非接触式温度传感器OTP-538U，集成运放LM324，ADC转换芯片ADC0809，液晶显示器LCD1602实现一个带报警功能的可分类记录的非接触式体温记录系统。关键词：MCU STC89S52 非接触式温度传感器 OTP-538U 集成运放LM324 数模转换芯片ADC0809 液晶显示器LCD1602Mcu-based Non-contact Digital Body Temperature MeterAbstract:Maintain relatively constant body temperature is a major life activity of
3、 human normal condition , when the body temperature above 41 degrees or below 35 degrees will severely affect the functioning of various body systems , or even life-threatening. Many diseases can occur so that the regulatory function of temperature barriers in the normal body temperature changes, su
4、ch as the first symptoms of SARS is fever. Check the body temperature of patients in clinical observed changes in the diagnosis of certain diseases or to judge the importance of prevention of disease. In large meetings or various activities, the over-whelming, if re-admission testing temperature can
5、 be effective in controlling spread of various infectious diseases cross. Required for non-contact thermometer temperature time is short, do not need to skin and body contact to avoid cross infection, and the data can be recorded with the judge, very suitable for such use. This design uses STC89C52
6、as a core, a collection of non-contact temperature sensor OTP-538U, integrated operational amplifier LM324, ADC conversion chip ADC0809, LCD1602 LCD with alarm function to achieve a record can be classified non-contact temperature recording system Keywords: MCU STC89C52 non-contact temperature senso
7、r OTP-538U integrated operational amplifier LM324 ADC0809 LCD1602 第一章 绪论人体温度相对恒定是维持人体正常生命活动的重要条件之一，当体温高于41度或低于35度时将严重影响人体各系统的机能活动，甚至危害生命。很多疾病都可使体温正常调节机能发生障碍而使体温发生变化，如非典型肺炎的首要症状就是发烧。临床上对病人检查体温，观察其变化对诊断疾病或判断某些疾病的预防有重要意义。在大型集会或各类活动中，由于参加人数众多，如果再入场时能对体温进行检测，则能有效控制各类传染病的交叉传播。非接触式体温计所需测温时间短，不需要与体肤接触，避免了病菌
8、交叉感染，并且可以进行数据记录与判断，非常适合这种情况下使用。当今世界，随着科学与技术的不断提高，各个领域对方便快捷的自动化的要求不断提高。而本文所研究的红外测温系统由于对被测物体的辐射进行的是非接触无损测量，测量过程中不会扰乱被测部分的温度场，响应快、温度分辨率高。温度测量主要有两种方法：一种是传统的接触式测量，另一种是以红外测温为代表的非接触式测量。传统的温度测量不仅反应速度慢，而且必须与被测物体接触。在人们的日常生活中，测量温度普遍使用水银温度计，反应比较慢，而且水银一旦泄露会产生污染并且有毒。红外测温以红外传感器为核心进行非接触式测量，克服了传统测温的不足，得到了广泛的应用。自然界一切
9、温度高于绝对零度的物体，都在不停地向外发出红外线。物体发出的红外线能量大小及其波长分布同它的表面温度有密切关系，物体的辐射能量与温度4次方成正比，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克定律。因此如果通过测量物体辐射出的红外能量的大小就能测定物体的表面温度。微小的温度变化会就会引起明显的辐射能量变化，因此利用红外辐射测量温度的灵敏度很高。红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点，尤其在此研究项目采用具有高精度，防干扰等优点的传感器，结合单片机系统技术，设计完成的系统具有易携带、低功耗等特点，从而克服了传统体温计耗时长和精度较低的缺点，体表测温方面有着重要作用和良好的发展前
10、景。本设计采用STC89C52作为核心，集合非接触式温度传感器OTP-358U，集成运放LM324，ADC转换芯片ADC0809，液晶显示器LCD1602实现一个带报警功能的可分类记录的非接触式体温记录系统。第二章 系统总体研究方案在人们的日常生活中，测量温度普遍使用水银温度计，反应比较慢，通常需要十分钟才能准确测出体温。水银温度计使用时需要与体肤接触，因此在使用前需要严格消毒，不适合对多人进行连续温度采集。而且水银一旦泄露会产生水银泄露，污染环境，并且有毒。近年来，国内外在温度传感器研发领域取得了长足进步，非接触式红外测温传感技术日趋成熟。在单片机技术和传感器技术飞速发展的条件下本设计将应用
11、现代电子技术实现多功能的体温检测与记录系统。 单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。单片机的特点有这些：集成度高、体积小、可靠性高；极强的控制功能；低功耗、低电压，便于生产便携式产品；外部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构；单片机的系统扩展、系统配置典型、规范，容易实现各种规模的应用系统。单片机的应用非常广泛，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。利用单片机的智能性和传感器的精
12、确性，可方便地实现温度检测系统。系统技术指标和预期功能：A. 正确显示环境温度；B. 键盘输入编号，实现编号与体温配对。C. 精确显示体温，并根据体温情况自动判断，体温过高或过低自动报警；D. 对编号、温度数据进行记录，并可以调出查看。确认温度传感器和排线安装完毕，系统上电后，将会在液晶显示屏显示出欢迎界面，文字为“WELCOME TO THE TEMP SYSTEM!”。该欢迎界面具有动态效果，文字先为滚动输入，然后整体闪烁两次，最后为静态显示。按下开始按键该系统便进入工作状态。系统将自动进行环境温度检测，并显示在液晶屏幕上。按下确认按键之后便进入循环测温阶段。该阶段系统先提示输入被测人员的
13、编号，按下确认键确认后，将显示编号及确认界面。将温度传感器放置在被测人员的额头前，再次按下确认键，系统则测出被测人员体温，并显示在屏幕上。测温过程结束后，系统提示数据输入完毕，按下确认键则进入数据查询阶段。该阶段将循环显示所有被测人员的编号和体温记录。在测量过程中，如果体温超过38度或者低于35度，系统会自动警报，蜂鸣器报警。第三章 系统硬件设计三.1 主要IC芯片介绍三.1.1 STC89C52单片机STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内
14、晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图1 STC89C52的结构引脚图 P0 口：P0口是一个8位的双向I/O口。当它用作输出口时，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。当对P1 端口写“1”时，内部得上拉电阻把端口拉高，此
15、时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部的上拉电阻就会把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。当我们对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将
16、输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也可以接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。如果看门狗计时完成，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，这个脉冲可用来作为外部定时器或时钟使用PSEN:外部程序存
17、储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，但是在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。三.1.2 非接触式温度传感器OTP-538UOTP- 538U是一个典型的TO 46系列热电堆传感器。该传感器包含
18、了116组串联的热接点，形成了一个直径545m的感应区。涂黑的表面活性吸收热红外辐射，导致两输出端产生电压差。该传感器芯片采用了了一个独特的前表面微加工技术，使得尺寸更小，能更快速地响应环境温度变化的结果。红外窗口是一个带通滤波器，允许测量波长在5m至14m之间。与电阻相互比较热敏元件总是存在白色杂讯。对应不同频率他都有一个稳定的讯号，直到频率极限，并正比于入射辐射。热电堆传感器的特色在于与温度参考电阻器在同一块基座上。温度参考电阻是由外壳至接地。特点 非接触式温度探测 电压输出，便于检测 零功耗元件 ParameterMin T
19、yp Max Unit Conditions Output Voltage 0.77 1.44 mV Tamb.=25 Tobj. =50 Sensitivity 70 85 100 V/W * TC of sensitivity 0.10 0.11 0.12 %/K Typical Sensitivity area in diameter - 545 - m Resistance of thermopile 50 65 80 K 25 TC of resistance - 0.09 - %/K Typical Time constant - 16 - ms * Noise voltage 2
20、8 32 36 nV/Hz1/2 NEP 0.28 0.36 0.48 nW/Hz1/2 Normalized detectivity (D*) 1.0*1081.3*1081.7*108cm*Hz1/2/W* 表1 传感器规格参数表2 标准输出电压 (环境温度 25 C)Temp. () V_out (mV) Temp. () V_out (mV)-20 -1.29 50 1.02 -10 -1.06 60 1.49 0 -0.80 70 1.99 10 -0.51 80 2.52 20 -0.18 90 3.09 25 0.00 100 3.69 30 0.19 110 4.33 40 0
21、.59 120 5.00 表3 热敏电阻参数Resistance (K) Resistance (K) Temp.(oC) Min Center Max. Temp.(oC)MinCenter Max. -20 882.3 919.7 957.9 4542.6844.18 45.69 -15 668.9 696.3 724.2 5035.2336.50 37.78 -10 511.7 532.0 552.5 5529.2330.31 31.41 -5 394.8 409.8 425.1 6024.3625.29 26.23 0 307.0 318.3 329.8 6520.4121.20 22
22、.01 5 240.5 249.1 257.7 7017.1717.85 18.55 10 189.8 196.3 202.9 7514.5115.10 15.70 15 150.7 155.7 160.7 8012.3112.82 13.34 20 120.5 124.4 128.3 8510.4810.93 11.38 25 97.0 100.0 103.0 908.9609.347 9.742 30 78.32 80.83 83.34 957.6858.023 8.369 35 63.61 65.72 67.83 1006.6156.911 7.214 40 51.96 53.73 55
23、.51 1055.7125.972 6.238 尺寸和引脚图图2 尺寸和引脚图三.1.3 LM324四运放LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图3所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图4。 图 3 运算放大器 图
24、4 LM324引脚图由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。三.1.4 ADC0809芯片介绍(0809)图5 ADC0809引脚图和内部结构1功能和特性1）8路8位AD 转换器，即分辨率8 位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间是100s4）单个5V的 电源供电5）模拟输入电压范围05V。6）正常工作温度范围为-4085 摄氏度7）低功耗，只有约15mW。2内部结构ADC0809 是CMOS 单片型逐次逼近式AD 转换器，内部结构如图5 所示，它由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA 转换器、逐
25、次逼近，寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL 兼容。图6 ADC0809工作原理图IN0IN7为8 路模拟电压输入端，用与输入被转换的模拟电压。D0D7： A/D 转换后的数据输出端，与单片机的P0 口相接。A、B、C：模拟通道地址选择端，A 为低位，C 为高位，其通道选择的地址编码见图7：图7 编码图CLK：时钟信号输入端，决定A/D 转换时间。 ALE：地址锁存允许信号，高电平有效，在此信号有效时，A、B、C 三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。SC：启动转换信号
26、，正脉冲有效。EOC：转换结束信号，高电平有效。表示一次AD转换已完成，可作为中断触发信号。OE：输出允许信号，高电平有效。本实验中与单片机的RD相连，当单片机发出此命令时，单片机可以读取数据.0809的内部结构和时序图：图8 工作时序图ADC0809的工作过程如下：1、送通道地址，以选择要转换的模拟输入；2、锁存通道地址到内部地址锁存器；3、启动 A/D 变换；判断转换是否结束；4、读转换结果；5、A/D转换完成数据的输送；6、A/D 转换后得到的是数字量的模拟量，这些数据应传诵给单片机进行处理。三.1.5 1602字符型LCD简介1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号
27、等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光的和不带背光的两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，但是两者在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图9所示：图9 1602尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表6所示:表6：引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号
28、引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源接地。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，可以通过一个10K的电位器来调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择为数据寄存器、低电平时选择为指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共
29、同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。1602LCD的指令说明以及时序1602液晶模块内部控制器共有11条控制指令，如表7所示：表7：控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是由指令编程来实
