智能非接觸式體溫計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)總說明I</b></p><p>　　IntroductionIII</p><p><b>　　1 緒論1</b><

2、;/p><p>　　1.1 課題研究背景1</p><p>　　1.1.1 體溫計(jì)發(fā)展1</p><p>　　1.1.2 紅外測(cè)溫技術(shù)發(fā)展2</p><p>　　1.2 課題研究目的和意義3</p><p>　　1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排3</p><p>　　2 系統(tǒng)工作

3、原理與方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)方案選擇6</p><p>　　2.3 主要器件選擇8</p><p>　　2.3.1 紅外測(cè)溫傳感器8</p><p>　　2.3.2 單片機(jī)控制單元9</p><p>　　2.

4、4 整體方案確定10</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.1 最小系統(tǒng)電路11</p><p>　　3.1.2 晶振和復(fù)位電路11</p><p>　　3.2 傳感器電路設(shè)計(jì)12</p>&l

5、t;p>　　3.2.1 MLX90614紅外測(cè)溫傳感器介紹12</p><p>　　3.2.2 MLX90614傳感器電路13</p><p>　　3.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3.1 LCD液晶顯示介紹14</p><p>　　3.3.2 LCD液晶顯示電路15</p><

6、;p>　　3.4 ISD4004語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4.1 ISD4004語(yǔ)音芯片介紹16</p><p>　　3.4.2 音頻功率放大器介紹17</p><p>　　3.4.2 ISD4004語(yǔ)音電路18</p><p>　　3.5 萬年歷電路設(shè)計(jì)19</p><p>

7、;　　3.5.1 DS1302時(shí)鐘芯片介紹19</p><p>　　3.5.2 基于DS1302萬年歷電路20</p><p>　　3.6 人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.7 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.8 基于MAX232的RS-232串口電路設(shè)計(jì)22</p><p&g

8、t;　　3.8.1 MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片介紹22</p><p>　　3.8.2 MAX232串口電路22</p><p>　　3.9 電源電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 紅外測(cè)溫模塊設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2 顯示模塊設(shè)計(jì)27&

9、lt;/p><p>　　4.3 語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.4 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.5 人數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.6 聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.7 串口電路模塊設(shè)計(jì)34</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真

10、與誤差處理36</p><p>　　5.1 基于Proteus軟件仿真36</p><p>　　5.2 系統(tǒng)誤差處理38</p><p>　　6 總結(jié)與展望39</p><p>　　6.1 總結(jié)39</p><p>　　6.2 展望39</p><p><b>　

11、　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　附錄42</b></p><p>　　智能非接觸式電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總說明</b></p><p>　　隨著

12、人們生活水平的不斷提高，對(duì)自身健康狀況越來越關(guān)注，而體溫是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)之一，對(duì)這一生理指標(biāo)的測(cè)量可以更好的監(jiān)測(cè)自身健康狀況，因此體溫計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位，也為人們的生活帶來極大的方便。但若使用時(shí)消毒不徹底會(huì)導(dǎo)致交叉感染。新型的體溫計(jì)，如電子體溫計(jì)，通過熱敏電阻測(cè)定體溫，存在測(cè)溫誤差大等問題,因此，非接觸式快速測(cè)溫的體溫計(jì)就有了研發(fā)使用的意義。比起傳統(tǒng)的測(cè)溫方法，利用紅外傳感器制定的體溫計(jì)有著響應(yīng)時(shí)間快、使用安全

13、及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在機(jī)場(chǎng)、火車站、學(xué)校等公共場(chǎng)所使用。</p><p>　　由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這就使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、信息處理和自動(dòng)控制。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，其性能好壞直接影響系統(tǒng)性能，因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當(dāng)接口電路調(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制要求，且只有通過對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例

14、原理和智能傳感器實(shí)例分析及了解，才能將傳感器和信息通信、處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都是為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，且都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。</p><p>　　利用紅外測(cè)溫是最近幾年來興起相對(duì)高端的技術(shù)，對(duì)紅外線設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，對(duì)今后的社會(huì)應(yīng)用有非常積極的影響。從另一方面而言，

15、體溫計(jì)是民眾日常生活中的必備衛(wèi)生用品，尤其在“非典”和“甲型流感”流行期間，各式體溫計(jì)成為了判斷感染者與未感染者較為初步的儀器。所以在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，以單片機(jī)為核心，運(yùn)用紅外傳感原理來設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能非接觸式電子體溫計(jì)。單片機(jī)是整個(gè)智能控制器的核心，其外圍設(shè)備是檢測(cè)和控制電路，單片機(jī)通過接口發(fā)出各種控制信息給檢測(cè)電路，以啟動(dòng)測(cè)量、改變工作方式等。當(dāng)檢測(cè)電路完成一次測(cè)量后，單片機(jī)讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的加工、計(jì)算、變換等處理，最后以各

16、種方式輸出，例如經(jīng)液晶顯示模塊顯示，經(jīng)語(yǔ)音模塊播報(bào)等。</p><p>　　在本次智能非接觸式電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)中，以AT89S51單片機(jī)為控制核心，根據(jù)紅外測(cè)溫原理，由紅外熱電堆傳感器MLX90614對(duì)人體體溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)MLX90614內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字濾波、線性化處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷，并將最后的測(cè)量結(jié)果送入液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，且語(yǔ)音芯片在程序的控制下進(jìn)行語(yǔ)音

17、播報(bào)，同時(shí)，還具有萬年歷、當(dāng)前時(shí)間、統(tǒng)計(jì)人數(shù)和聲光報(bào)警等功能。從而使測(cè)溫前后的各種操作更趨于智能化和人性化。全文主要闡述其硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)。硬件方面首先從單片機(jī)最小系統(tǒng)，紅外熱電堆傳感器進(jìn)行主要功能的設(shè)計(jì)，其次從萬年歷時(shí)鐘模塊、統(tǒng)計(jì)人數(shù)和報(bào)警電路、液晶顯示模塊、語(yǔ)音播報(bào)等功能模塊分別進(jìn)行論述并詳細(xì)介紹了各個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)和功能。軟件部分使用KEIL C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，此語(yǔ)言具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活，生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序

18、執(zhí)行效率高的特點(diǎn)。其程序設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊作為一個(gè)子程序，所以整個(gè)程序的編制和調(diào)試都比較方便，結(jié)構(gòu)清晰，提高了可靠性和修改性，并給出了針對(duì)各個(gè)應(yīng)用模塊的設(shè)計(jì)思路及流程圖。系統(tǒng)程序主要包括主程序、讀出溫度子程序、</p><p>　　對(duì)智能非接觸式體溫計(jì)設(shè)計(jì)是功能性為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新性為指導(dǎo)，以實(shí)踐性為依托，具有較好的發(fā)展前景和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。通過本次設(shè)計(jì)，希望可以為今后拓展體溫監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域提供新的思路和方法

19、，使之能在各應(yīng)用領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，傳感器，LCD顯示，語(yǔ)音播報(bào)，仿真</p><p>　　Introduction</p><p>　　The technique of temperature measurement is widely used in iatrology, aviation,and stell manufa

20、cture because of its convenience, fast speed and high accuracy. This paper introduce a method to design an un-touched electronic thermometer which based on MS51 single chip and infared sensor MLX90614. Also, Infrared the

21、rmomter, it uses the blackbody radiation laws as the theories foundation, it is the outcome that the optical theories and micro-electronics learn a comprehensive development. Compared t</p><p>　　The paper in

22、troduces the basic principle of infrared thermometer and the method of realization, puts forward infrared trermometer system with the AT89S51 MCU as the CPU. The paper introduces the composing and the method of that syst

23、em in detail, and gives the hardware principle diagram and the design flow chart of the software. The system formed by the optical system, photoelectron detector,display and output partially. The optical system collects

24、the infrared radiation energy of the object in i</p><p>　　In the intelligent non-contact electronic clinical thermometer design, with the AT89S51 as the core, according to the principle of infrared measuring

25、 temperature, the infrared thermopile sensor MLX90614 to body temperature real-time gathering into electrical signals, after MLX90614 internal analog-to-digital conversion, converted into digital signal after into single

26、-chip digital filtering, linearization processing, data storage, logical judgment, and the final measurement results into the LCD m</p><p>　　Key word: microcontroller,sensor,display,voice,simulate</p>

27、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)接觸式測(cè)量體溫的方式已不能滿足現(xiàn)代一些領(lǐng)域測(cè)量體溫的需求，對(duì)非接觸、遠(yuǎn)距離測(cè)量體溫技術(shù)需求越來越大。本次智能非接觸式體溫計(jì)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)也正是基于此。</p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　1.1.1 體溫計(jì)發(fā)展<

28、/p><p>　　人體體溫是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)，所以體溫計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，新材料、新工藝的運(yùn)用，各式各樣的體溫計(jì)陸續(xù)出現(xiàn)，探測(cè)方式在不斷改進(jìn)?，F(xiàn)有體溫計(jì)大致分為三種類型：一種是常見的玻璃水銀體溫計(jì)；一種是電子體溫計(jì)；還有一種是紅外智能非接觸式電子體溫計(jì)。</p><p>　　人們熟悉的傳統(tǒng)體溫計(jì)是水銀體溫計(jì),它是根據(jù)汞受熱膨脹原理制成。由于受到體溫影

29、響，水銀體積膨脹使玻璃管內(nèi)水銀柱的長(zhǎng)度發(fā)生明顯的變化，可使隨體溫升高的水銀柱保持原有位置，便于使用者隨時(shí)觀測(cè)。由于玻璃的結(jié)構(gòu)比較致密，水銀的性能非常穩(wěn)定，所以玻璃體溫計(jì)具有示值準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，擁有價(jià)格低廉、不用外接電源的優(yōu)點(diǎn)，深受人們特別是醫(yī)務(wù)工作者的信賴。但此種體溫計(jì)也有諸多弊端，例如，遇熱或安置不當(dāng)容易破裂，人體接觸水銀后會(huì)中毒，輕者惡心、頭痛重者會(huì)造成血液凝固等。</p><p>　　醫(yī)用電子體溫計(jì)是

30、利用某些物質(zhì)的物理參數(shù)（如電阻、電壓、電流等）與環(huán)境溫度之間存在的確定關(guān)系，將體溫以數(shù)字的形式顯示出來，讀數(shù)清晰，攜帶方便。許多醫(yī)院也采用了電子體溫計(jì)，因擁有快速、無需接觸被測(cè)者等的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。其不足之處在于示值準(zhǔn)確度受電子元件及電池供電狀況等因素影響，即性能暫不能與傳統(tǒng)的體溫計(jì)相比不如玻璃體溫計(jì)。</p><p>　　紅外測(cè)量體溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能

31、源等方面發(fā)揮重要作用。根據(jù)紅外測(cè)溫原理，任何物體由于其自身分子運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場(chǎng)，俗稱“熱像”。紅外體溫計(jì)正是通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度。所用的紅外傳感器只是吸收人體輻射的紅外線，采用的是被動(dòng)式且非接觸式的測(cè)量方式，因此紅外體溫計(jì)不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生輻射傷害。比起前兩種測(cè)溫方法，紅外體溫計(jì)有著響應(yīng)時(shí)間快、使用安全、使用壽命長(zhǎng)及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。近20年來，紅外體溫計(jì)在技術(shù)

32、上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大。</p><p>　　1.1.2 紅外測(cè)溫技術(shù)發(fā)展</p><p>　　自從1800年英國(guó)天文學(xué)家F·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了將近兩個(gè)世紀(jì)。從那時(shí)開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學(xué)研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術(shù)。當(dāng)時(shí)，德國(guó)研

33、制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件制成一些軍用紅外系統(tǒng)，如高射炮用導(dǎo)向儀、海岸用船舶探測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，機(jī)載轟炸機(jī)探測(cè)儀和火控系統(tǒng)等等。其中有些達(dá)到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，有些已小批量生產(chǎn)，但都未來得及實(shí)際使用。此后，美國(guó)、英國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)競(jìng)相發(fā)展。特別是美國(guó)，大力研究紅外技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用。目前，美國(guó)將紅外技術(shù)應(yīng)用于單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監(jiān)視、預(yù)警、跟蹤以及武器制導(dǎo)等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>

34、　　紅外技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)是紅外探測(cè)器的發(fā)展。1800年，F(xiàn)·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時(shí)使用的是水銀溫度計(jì)，這是最原始的熱敏型紅外探測(cè)哭器。1830年以后，相繼研制出溫差電偶的熱敏型探測(cè)器。19世紀(jì)，科學(xué)家們使用熱敏型紅外探測(cè)器，認(rèn)識(shí)了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質(zhì)，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動(dòng)性。20世紀(jì)初開始，測(cè)量了大量的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅

35、外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價(jià)值。30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜代，以后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。40年代初，光電型紅外探測(cè)器問世，以硫化鉛紅外探測(cè)器為代表的這類探測(cè)器，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)牢靠。50年代，半導(dǎo)體物理學(xué)的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測(cè)器等到新的推動(dòng)。到60年代初期，對(duì)于1-3、3-5和8-13微米三個(gè)重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測(cè)器。在同一時(shí)期內(nèi)，固體物理、光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù)在軍、

36、民兩用方面都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在紅外技術(shù)的發(fā)展中，需要特別指出的是：60年代激光的出現(xiàn)極大地影響了紅外技術(shù)的發(fā)展，很多重要的激光器件都在紅外波段內(nèi)，其相干性便于移用電子技術(shù)中的外差接收技術(shù)，使雷達(dá)和通信都可以在紅外波段實(shí)現(xiàn)，并可獲得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，紅外技術(shù)僅僅能探測(cè)非相干紅外輻射，外差接收技術(shù)用于紅外探測(cè)，使探測(cè)性能比功率探測(cè)高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，由于，這類應(yīng)用的需要

37、，促使出現(xiàn)新的探測(cè)器件和新的輻射傳輸方式，推動(dòng)紅外技術(shù)向更先進(jìn)的方向發(fā)展。</p><p>　　1.2 課題研究目的和意義</p><p>　　體溫是機(jī)體功能活動(dòng)正常進(jìn)行的重要條件，人能夠在環(huán)境溫度不同的情況下，通過對(duì)體內(nèi)產(chǎn)熱和散熱過程的調(diào)節(jié)來保持體內(nèi)環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定，并提高對(duì)環(huán)境溫度變化的適應(yīng)能力。在健康狀態(tài)時(shí)，人體的體溫一般是比較恒定的，即保持在37℃上下，而不因外界環(huán)境溫度的改變而

38、變化。但是當(dāng)人體內(nèi)的某些機(jī)能發(fā)生改變或某些部位發(fā)生病變時(shí)，恒定的體溫將產(chǎn)生變化。在臨床醫(yī)學(xué)中，體溫是一個(gè)重要的生理參數(shù)，病人的體溫為醫(yī)生提供了生理狀態(tài)的重要信息，因此，對(duì)人體溫度進(jìn)行測(cè)量不僅可以確診疾病的發(fā)生，還可以對(duì)某些重大疾病或隱藏于身體內(nèi)部的健康隱患起著積極的預(yù)防與警示作用。例如，在“非典”時(shí)期，我們可以通過對(duì)人體溫度的監(jiān)測(cè)來隔離那些可能患病的人群，從而達(dá)到預(yù)防“非典”傳播的作用。</p><p>　　在公

39、共場(chǎng)所進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)時(shí)主要考慮以下三個(gè)基本要求：非接觸、測(cè)量的快速性和準(zhǔn)確性。采用紅外非接觸測(cè)量體溫的方法進(jìn)行體溫測(cè)量可以滿足這樣的要求，因此，對(duì)非接觸人體體表溫度的測(cè)量方法進(jìn)行研究有著非常現(xiàn)實(shí)的意義，是在非常時(shí)期應(yīng)付突發(fā)疫情的必要工作。在體溫計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域中，紅外智能非接觸體溫計(jì)比起傳統(tǒng)體溫計(jì)也具有很多應(yīng)用意義。例如使用更便捷，在家庭使用中，在不打擾孩子睡眠或玩耍的情況下觀察孩子每天的體溫變化，了解孩子健康狀況，孕婦、老人在測(cè)量體溫時(shí)也極

40、大的提高了方便性；測(cè)量數(shù)據(jù)更精確，智能非接觸式體溫計(jì)的另一個(gè)先進(jìn)之處是精確，通常精度都是1度以內(nèi)。而且響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量；使用更安全，安全是使用紅外體溫計(jì)最重要的益處，不同于接觸式體溫計(jì)，紅外體溫計(jì)在不與人體接觸的情況下能夠安全地測(cè)量和讀取人體溫度，有效減少病菌的交叉感染；更加節(jié)能環(huán)保，它快速精準(zhǔn)的測(cè)溫不僅提高了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的效率，而且更加環(huán)保節(jié)能。</p><p>　　智能非接觸式體溫計(jì)給醫(yī)學(xué)

41、領(lǐng)域帶來了極大的方便，正因?yàn)槿绱耍鼘⒋龠M(jìn)高效節(jié)能成套新技術(shù)、新設(shè)備、新材料產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)體溫計(jì)測(cè)溫的更新改造，同時(shí)也產(chǎn)生了強(qiáng)大的能源環(huán)境效益，伴隨著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，研究紅外智能非接觸式電子體溫計(jì)具有非常重要的意義。</p><p>　　1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排</p><p>　　本論文主要利用紅外測(cè)溫原理，圍繞智能非接觸式電子測(cè)量體溫這一主題進(jìn)行一系列設(shè)

42、計(jì)，并在深入理解了紅外測(cè)溫理論基礎(chǔ)之上，對(duì)方案進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，經(jīng)查閱資料，設(shè)計(jì)出兩種方案，進(jìn)行比較最終確定比較合理的方案。此外，對(duì)現(xiàn)有紅外測(cè)溫傳感器這一主要功能模塊和單片機(jī)主控芯片分別進(jìn)行比較和選擇，以提高整體方案的可行性。整體方案確定之后，在硬件電路的設(shè)計(jì)中，通過所要實(shí)現(xiàn)的功能完成電路的搭建；在軟件程序設(shè)計(jì)中，通過分模塊程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)此次設(shè)計(jì)的功能，最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真并對(duì)系統(tǒng)的誤差處理進(jìn)行了分析。</p><

43、p>　　其中，第2章是對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與論證，先對(duì)設(shè)計(jì)方案總體論證再對(duì)主要控制器件進(jìn)行論證，第3章重點(diǎn)介紹各模塊的硬件電路，并對(duì)每個(gè)芯片的引腳功能進(jìn)行了詳細(xì)描述，第4章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要是各模塊實(shí)現(xiàn)其功能的流程圖的設(shè)計(jì)和程序的編寫，第5章為系統(tǒng)仿真和誤差處理，在對(duì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)之后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真以實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。</p><p>　　2 系統(tǒng)工作原理與方案設(shè)計(jì)</p><

44、;p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　系統(tǒng)主要利用紅外測(cè)溫原理，一切溫度高于絕對(duì)零度（-273.35℃）的物體，由于分子熱運(yùn)動(dòng)都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)分布與它表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定其表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。因此，本文中的紅外測(cè)溫就是利用人體自身的紅外輻射來測(cè)定其表面

45、溫度的一種測(cè)量溫度的方法。</p><p>　　紅外測(cè)溫的原理是基于黑體輻射定律的，黑體是一種理想化的輻射體，它在任何溫度下都能全部地吸收投射到其表面的任何波長(zhǎng)的輻射能量，其表面吸引率為1。為了弄清和獲得紅外輻射分布的規(guī)律，普朗克提出了體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射定律，其表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?）</b></p>

46、<p>　　式（1）中，c為真空中的光速（2.9979×）；</p><p>　　k為波爾茲曼常數(shù)（）；</p><p>　　h為Plank常數(shù)（）；</p><p><b>　　λ為波長(zhǎng)；</b></p><p>　　T為絕對(duì)黑體的溫度（K）；</p><p>　　由式（1

47、）可得出在溫度T時(shí)黑體在全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射出度為： </p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　式（2）中，σ=</b></p><p>　　由式（2）可知：黑體總的輻射出度與黑體的絕對(duì)溫度T的四次方成正比。因此，當(dāng)用紅外測(cè)溫測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段內(nèi)的紅外輻射量，紅外能量被

48、紅外溫度傳感器接收，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路，并按時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的算法校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值，然后由測(cè)溫系統(tǒng)計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。</p><p>　　基于紅外測(cè)溫原理，以單片機(jī)為核心，通過按鍵控制單片機(jī)以判斷是否對(duì)采集測(cè)溫。當(dāng)測(cè)溫鍵按下時(shí)，系統(tǒng)利用紅外溫度傳感器檢測(cè)到人體溫度，并將其轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，通過紅外測(cè)溫模塊內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將之送入單片機(jī)控制電路

49、，這樣單片機(jī)便可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較系統(tǒng)的處理，處理結(jié)果通過LCD顯示電路和語(yǔ)音電路進(jìn)行信息輸出，顯示模塊和語(yǔ)音模塊便能準(zhǔn)確顯示和讀出人體溫度。當(dāng)被測(cè)人體溫超過38℃時(shí)，LED燈亮的同時(shí)蜂鳴器蜂鳴報(bào)警。當(dāng)測(cè)溫鍵沒有按下時(shí)，系統(tǒng)在時(shí)鐘電路作用下顯示當(dāng)前時(shí)間及所設(shè)置溫度的上下值，統(tǒng)計(jì)人數(shù)初始化為0。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框架如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框架圖</p><p>

50、　　2.2 系統(tǒng)方案選擇</p><p>　　基于本次系統(tǒng)的工作原理，利用紅外測(cè)溫傳感器、單片機(jī)以及其它器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)非接觸式電子體溫計(jì)的測(cè)溫，使之達(dá)到響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)不超過1s、精度達(dá)到0.2℃?，F(xiàn)對(duì)此次設(shè)計(jì)的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇。</p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　在該方案中，系統(tǒng)分為模擬紅外溫度傳感器（內(nèi)含環(huán)境

51、溫度測(cè)量）模塊、放大電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路模塊、MCU主控模塊、聲光報(bào)警模塊、LED顯示模塊和電源模塊（如圖2.2所示）。通過模擬傳感器輸出模擬信號(hào)，并通過信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路處理傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行LED顯示，當(dāng)超出設(shè)定的溫度范圍時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警。如圖2.2方案一總體設(shè)計(jì)框圖所示：</p><p>　　圖2.2 方案一總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　首先模擬紅外溫度

52、傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出對(duì)應(yīng)的電壓值，傳感器同時(shí)通過片上溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度/傳感器溫度。這兩個(gè)紅外溫度傳感器的輸出量通過放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路處理后傳輸?shù)組CU模塊進(jìn)行相關(guān)的處理（軟件濾波、黑體校定等），然后通過LED模塊顯示相應(yīng)的人體溫度。如果超出所測(cè)的范圍聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警以示提醒。</p><p><b>　　方案二</b></p><p

53、>　　該方案與第一個(gè)方案的最大區(qū)別是：在本方案中采用數(shù)字紅外溫度傳感器代替模擬紅外溫度傳感器。由于數(shù)字紅外溫度傳感器內(nèi)部集成了運(yùn)放電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和數(shù)字信號(hào)處理器，所以只需通過傳感器的數(shù)據(jù)接口就可以把傳感器所測(cè)量的人體溫度數(shù)據(jù)直接傳輸給MCU主控模塊進(jìn)行處理。在處理完被測(cè)物體表面的溫度后，有兩種方式向使用者提供溫度信息：第一種方式是顯示在圖形點(diǎn)陣式LCD上；第二種方式是以語(yǔ)音的形式播放以告知使用者溫度信息。如圖2.3

54、方案二總體設(shè)計(jì)框圖所示：</p><p>　　圖2.3 方案二總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　對(duì)于方案一，模擬傳感器的成本相對(duì)要低，而且整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度相對(duì)要高一些，但是也使得系統(tǒng)電路變的更為復(fù)雜。例如集成運(yùn)放電路要用到雙電源供電，這就使得電源模塊的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜、功耗變大和效率變得更低，這對(duì)于使用電池供電的便攜式系統(tǒng)是不利的；同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)方面，要涉及到濾波處理、溫度線性校準(zhǔn)處理和

55、黑體校定等，這使得設(shè)計(jì)工作量大大增加，而且對(duì)于開發(fā)者的開發(fā)環(huán)境要求較高，例如要具備黑體校定的設(shè)備等。</p><p>　　而在方案二里采用數(shù)字傳感器的成本雖然相對(duì)模擬傳感器的較高，但整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，數(shù)字紅外溫度傳感器可以與MCU直接相連接（需要接上拉電阻），由于不需要額外的集成運(yùn)放電路，所以也不需要用到雙電源供電，因而使得電源模塊的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，電池的利用效率更高。由于該方案的電路簡(jiǎn)單且集成度高，所以功耗更低

56、。而且相比第一個(gè)方案，無需黑體校正。所以開發(fā)時(shí)間要比方案一少。這也意味著方案的總體成本（硬件成本、開發(fā)時(shí)間成本等）其實(shí)要比方案一要低。</p><p>　　2.3 主要器件選擇</p><p>　　2.3.1 紅外測(cè)溫傳感器</p><p>　　通過查閱相關(guān)資料最終選出兩個(gè)符合此項(xiàng)目的熱電堆紅外傳感器，其一是凌陽(yáng)TN9系列的紅外測(cè)溫傳感器，其二是MLX90614

57、ACA型號(hào)的紅外測(cè)溫傳感器。</p><p>　　TN9紅外測(cè)溫模塊解決了傳統(tǒng)測(cè)溫中需接觸的問題，并且具備回應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，但是，其所需的外圍電路復(fù)雜，容易出現(xiàn)問題，產(chǎn)品可靠性不高。其主要功能為測(cè)溫理想距離可達(dá)100英尺(30米)，回應(yīng)時(shí)間比較短，大約0.5秒。其基本特性與參數(shù)指標(biāo)為測(cè)量范圍在-33℃至200℃；測(cè)量誤差在±0.6℃，或溫度值的1%；工作范圍在-10℃至50℃。&

58、lt;/p><p>　　MLX90614系列模塊是一組通用的紅外測(cè)溫模塊，在出廠前該模塊已進(jìn)行校驗(yàn)及線性化，具有非接觸、體積小、精度高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。集成了由邁來芯公司開發(fā)和生產(chǎn)的兩款芯片：一是紅外熱電堆傳感器 MLX81101 ，二是信號(hào)處理專用集成芯片 MLX90302，專門用于處理紅外傳感器輸出信號(hào)。該模塊可以測(cè)量的溫度范圍為-70℃～380℃，對(duì)于測(cè)體溫完全可以滿足要求。熱量由芯片熱電偶測(cè)得。該模塊在其信號(hào)調(diào)

59、節(jié)芯片中采用了先進(jìn)的低噪音放大器，一個(gè)17位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理單元，放大微小熱電偶電壓并將其數(shù)字化，使用芯片EEPROM存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的生產(chǎn)廠設(shè)定的校準(zhǔn)參數(shù)，計(jì)算出物體的溫度。它能保持0.01℃溫度精確度，在0℃～50℃的物體溫度范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)的MLX90614具有±0.5℃的絕對(duì)精確度；在該范圍以外，精確度為±1℃，調(diào)試后可以達(dá)到±0.2℃。此外，MLX90614ACA型號(hào)的紅外測(cè)溫傳感器的外圍電路簡(jiǎn)

60、單，調(diào)試不難，性能穩(wěn)定，電路可靠性比較高。</p><p>　　綜上所述，選擇MLX90614ACA型號(hào)的紅外測(cè)溫傳感器可以做到成本更低，精確度更高，測(cè)試范圍更廣，還可以獲得較高的可靠性，符合我們?cè)O(shè)計(jì)的智能非接觸式紅外體溫計(jì)。</p><p>　　2.3.2 單片機(jī)控制單元</p><p>　　對(duì)主控芯片選擇時(shí)，考慮到兩款最常用的單片機(jī)，一是ATMEL公司的AT8

61、9C51單片機(jī)，一是其公司的AT89S51單片機(jī)。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍儲(chǔ)存器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且

62、價(jià)廉的方案。</p><p>　　AT89S51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程／擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) 8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造，并且與80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。具有多種功能的8位 CPU與FPEROM結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又

63、價(jià)格適宜的方案，其性能價(jià)格比較高。</p><p>　　兩者之間主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1)引腳功能:管腳幾乎相同,只是在AT89S51中P1.5,P1.6,P1.7具有第二功能,即這3個(gè)引腳的第二功能組成了串行ISP編程的接口。</p><p>　　(2)編程功能：AT89C51僅支持并行編程，而AT89S51不但支持并行編程還支持ISP再線

64、編程。在編程電壓方面,AT89C51的編程電壓除正常工作的5V外,另Vpp需要12V,而AT89S51僅僅需要4-5V即可。</p><p>　　(3)燒寫次數(shù)更高：AT89S51標(biāo)稱燒寫次數(shù)是1000次,實(shí)為1000-10000次,這樣更有利初學(xué)者反復(fù)燒寫,降低學(xué)習(xí)成本。</p><p>　　(4)工作頻率更高：AT89C51極限工作頻率是24MHZ,而AT89S51最高工作頻率是33M

65、HZ,(AT89S51支持最高工作頻率分別為24MHZ和33MHZ)從而具有更快的計(jì)算速度。 </p><p>　　(5)電源范圍更寬：AT89S51工作電壓范圍達(dá)4～5.5V，而AT89C51在低于4.8V和高于5.3V時(shí)無法正常工作。 </p><p>　　(6)抗干擾性更強(qiáng):AT89S51內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器(Watchdog Timer)，而AT89C51需外接看門狗計(jì)時(shí)器電路，或

66、者用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器構(gòu)成軟件看門狗來實(shí)現(xiàn)軟件抗干擾。</p><p>　　(7)加密功能更強(qiáng)：AT89S51系列提供了三層的加密算法(LB1，LB2，LB3三個(gè)可編程的加密位)，這使得AT89S51的解密變?yōu)閹缀醪豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)。</p><p>　　所以，考慮到引腳功能、使用壽命、抗干擾性等最終采用了AT89S51單片機(jī)。</p><p>　　2.4

67、 最終方案確定</p><p>　　綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用方案二更合理。直流穩(wěn)壓電源輸出的5V電壓分別給傳感器和單片機(jī)供電，并為之提供一個(gè)穩(wěn)定的工作電壓。用MLX90614紅外測(cè)溫傳感器來收集紅外輻射信號(hào)，用AT89S51單片機(jī)作為中心控制器件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，用DS1302模塊進(jìn)行萬年歷的設(shè)計(jì)，采用LCD12864液晶顯示模塊顯示當(dāng)前時(shí)間、人體溫度和人數(shù)統(tǒng)計(jì)并用ISD4004語(yǔ)音模塊對(duì)檢測(cè)的人體溫度進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)

68、。單片機(jī)實(shí)時(shí)分析傳感器采集的溫度，判斷其是否超出預(yù)設(shè)溫度范圍，并采用蜂鳴器和LED作為報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，以準(zhǔn)確的控制報(bào)警設(shè)備。此外，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備（智能非接觸式電子體溫計(jì)）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的串行傳送，即對(duì)人體體溫的當(dāng)前測(cè)量值進(jìn)行串行傳送。具體介紹見第3章硬件電路的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于AT89S51單片機(jī)

69、的紅外體溫計(jì)的硬件設(shè)計(jì)采用目前使用比較廣泛的模塊化、自頂向下設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)系統(tǒng)分成八大模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)處理模塊；紅外測(cè)溫模塊；顯示模塊；語(yǔ)音模塊；萬年歷模塊；報(bào)警模塊；串口模塊；電源模塊。通過自頂向下的順序、劃分模塊的方法，可以把一個(gè)復(fù)雜的問題分割成幾個(gè)相對(duì)容易解決的問題，分別予以解決。此外，此種設(shè)計(jì)方法思路清晰，亦便于設(shè)計(jì)過程中的各模塊的調(diào)試和整機(jī)的聯(lián)調(diào)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的難度。本章主要介紹了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，并針對(duì)各模塊硬件電路進(jìn)行了

70、具體的分析。</p><p>　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 最小系統(tǒng)電路</p><p>　　該系統(tǒng)是以AT89S51單片機(jī)為核心器件，其模塊的工作原理是：加載相應(yīng)程序的AT89S51單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來的數(shù)據(jù)加以處理分析進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)、LCD液晶顯示等。單片機(jī)需要一定的外接電路才能正常工作即單片機(jī)最小系統(tǒng)，電路如圖3.1

71、所示，其主要包括AT89S51單片機(jī)、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。</p><p>　　圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　3.1.2 晶振和復(fù)位電路</p><p>　　晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的，這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。晶振電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘

72、信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，如圖3.3中Y2、C11、C12。可以根據(jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體。而單片機(jī)工作速度是每秒 11.0592M，即此次晶振選擇11.0592M，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。晶振電路如圖3.2 所示。</p><p><b>　　圖3.2 晶振電路</b>&

73、lt;/p><p>　　復(fù)位的條件：RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電電流的減小，RST引腳的電位逐漸下降。當(dāng)需要復(fù)位是，按下按鍵，利用電容放電使RST引腳為高電平，單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且

74、在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖3.3 所示。</p><p>　　圖3.3 復(fù)位電路</p><p>　　3.2 傳感器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 MLX90614紅外測(cè)溫傳感器介紹</p><p>　　由紅外溫度傳感器、低噪聲放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、DSP單元、脈寬調(diào)制電路及邏輯控制電路構(gòu)成，熱

75、電堆輸出的溫度信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部高性能、低噪聲的運(yùn)算放大器放大后，送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），ADC輸出的17位數(shù)字經(jīng)過可編程FIR和IIR低通濾波器（即框圖3.4中的DSP）處理后輸出，該輸出作為測(cè)量結(jié)果保存在MLX90614內(nèi)部RAM存儲(chǔ)單元中，可以通過SMBus讀?。煌瑫r(shí)測(cè)量結(jié)果送到后級(jí)數(shù)子式脈沖寬度調(diào)制電路，將測(cè)量結(jié)果以PWM的方式輸出。</p><p>　　圖3.4 MLX90614內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖</p&

76、gt;<p>　　MLX90614采用4腳罐形封裝（TO239），頂端引腳分布視圖如圖3.5所示，具體的引腳功能如下：</p><p>　　圖3.5 MLX90614的頂端引腳分布視圖</p><p>　　VDD：外部電源輸入；</p><p>　　VSS：地，和外殼相連；</p><p>　　SCL/Vz：當(dāng)MLX90614

77、為SMBUS模式時(shí)SCL為串行輸入，為PWM模式時(shí)Vz為由外部電路置高電平；</p><p>　　SDA/PWM：當(dāng)MLX90614為SMBUS模式時(shí)串行數(shù)據(jù)輸入輸出接口，為PWM模式時(shí)做為PWM波輸出接口。</p><p>　　3.2.2 MLX90614傳感器電路</p><p>　　MLX90614硬件電路連接如圖3.6所示，傳感器的SCL/VZ 、PWM

78、/SDA管腳直接連接單片機(jī)的普通I/O口，即單片機(jī)上的P1.0和P1.1并通過這兩個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與傳感器相互之間的數(shù)據(jù)的傳輸。VDD為電源引腳接+5V，VSS為地端。由于MLX90614的輸入輸出接口是漏級(jí)開路（OD）結(jié)構(gòu)，需要加上拉電阻即圖3.6中的R4和R5（10K）。</p><p>　　圖3.6 MLX90914紅外傳感器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3 液晶顯示電路設(shè)

79、計(jì)</p><p>　　3.3.1 LCD液晶顯示介紹</p><p>　　在顯示電路單元的模塊中，帶中文字庫(kù)的LCD12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII碼字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操

80、作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字并完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。圖3.7為L(zhǎng)CD12864芯片引腳圖，其具體引腳功能如下：</p><p>　　圖3.7 LCD12864芯片引腳</p

81、><p>　　Vss：電源地（GND）；</p><p>　　Vdd：電源電壓（+5V）；</p><p>　　VO：LCD驅(qū)動(dòng)電壓（可調(diào)對(duì)比度），VCC和VOUT接可調(diào)電阻，中間抽頭接至VO；</p><p>　　RS：并行模式：RS=0，指令寄存器；RS=1，數(shù)據(jù)寄存器。串行模式：片選；</p><p>　　R/W：并

82、行模式：R/W=0為寫。R/W=1為讀。串行模式：數(shù)據(jù)；</p><p>　　E：并行模式：允許信號(hào)。串行模式：脈沖；</p><p>　　DB0-DB7：并行模式：數(shù)據(jù)0。串行模式：不連接；</p><p>　　PSB：并行模式：PSB=1。串行模式：PSB=0；</p><p><b>　　NC：不需要連接；</b>

83、</p><p>　　RESET：復(fù)位端，低電平有效；</p><p>　　BLA、 BLK：背光的正極、負(fù)極，接+5V、0V。</p><p>　　3.3.2 LCD液晶顯示電路</p><p>　　如圖3.8所示是LCD12864液晶顯示電路的硬件連接圖，接10K的上拉電阻。單片機(jī)的P0口可以作為通用的輸入輸出端口使用，此時(shí)，若要驅(qū)動(dòng)

84、NMOS或其他位電流負(fù)載時(shí)，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效，所以中間接10K的排阻，來決定高低電位。LCD12864共有20個(gè)引腳，其中DB0～DB7是8位雙向數(shù)據(jù)總線，它的方向由讀寫控制腳RW決定。它可以直接和單片機(jī)接口直接連接，液晶顯示的RB0～RB7八個(gè)雙向端口接AT89S51單片機(jī)的P0口的P0.0～P0.7。</p><p>　　圖3.8 LCD12864液晶顯示電路</p>&l

85、t;p>　　由于VO端接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，對(duì)比度過低會(huì)使屏幕模糊不清，所以使用時(shí)可以通過一個(gè)20K的電位器來調(diào)節(jié)提供給驅(qū)動(dòng)器的供壓，從而整LCD顯示的對(duì)比度。LCD12864的RS寄存器選擇端口接單片機(jī)的P2.7口，通過軟件程序中對(duì)此端口的設(shè)置來決定選擇的寄存器。液晶顯示的RW端口直接接單片機(jī)的P2.6口，高電平時(shí)進(jìn)行對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀數(shù)。使能E端接單片機(jī)的P2.5口，使能端

86、由高電平到低電平時(shí)開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。A 和K端口為背光引腳，BLA接正電極、BLK 接地時(shí)點(diǎn)亮背光。</p><p>　　3.4 ISD4004語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 ISD4004語(yǔ)音芯片介紹</p><p>　　ISD4004語(yǔ)音芯片工作電壓為3V，單片錄放時(shí)間8分鐘至16分鐘且音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品

87、中。芯片采用CMOS技術(shù)內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由微控制器控制,操作命令可通過串行通信接口(SPI或Microwire)送入。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存儲(chǔ)在片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。采樣頻率可為4.0，5.3，6.4，

88、8.0KHz，頻率越低錄放時(shí)間越長(zhǎng)而音質(zhì)則有所下降，片內(nèi)信息存于閃爍存儲(chǔ)器中,可在斷電情況下保存100年(典型值),反復(fù)錄音10萬次。</p><p>　　如圖3.9為 ISD4004芯片引腳圖，其各引腳功能描述如下：</p><p>　　圖3.9 ISD4004芯片引腳圖</p><p>　　電源(VCCA，VCCD)：為使噪聲最小,芯片的模擬和數(shù)字電路使用不同的

89、電源總線，且最好分別走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。</p><p>　　地線(VSSA，VSSD)： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。</p><p>　　同相模擬輸入(ANAIN+)：錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。反相模擬輸入(ANAIN-)：差分驅(qū)動(dòng)時(shí),是錄音信號(hào)的反相輸入端。</p><p>　　音頻

90、輸出(AUDOUT)：提供音頻輸出,可驅(qū)動(dòng)5KΩ的負(fù)載。</p><p>　　片選(SS)： 此端為低,即向該ISD4004芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。</p><p>　　串行輸入(MOSI)：此端為串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端,供ISD輸入。</p><p>　　串行輸出(MISO)：ISD的串行輸出端。ISD未選中時(shí)

91、,本端呈高阻態(tài)。</p><p>　　串行時(shí)鐘(SCLK)： ISD的時(shí)鐘輸入端,由主控制器產(chǎn)生,用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)在SCLK上升沿鎖存到ISD,在下降沿移出ISD。 </p><p>　　中斷(/INT)：本端為漏極開路輸出。ISD在任何操作(包括快進(jìn))中檢測(cè)到EOM或OVF時(shí),本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始時(shí)清除。</p><

92、p>　　行地址時(shí)鐘(RAC)： 漏極開路輸出。每個(gè)RAC周期表示ISD存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行一行?！?lt;/p><p>　　外部時(shí)鐘(XCLK)：本端內(nèi)部有下拉元件。因內(nèi)部首先進(jìn)行了分頻，在不外接地時(shí)鐘時(shí),此端必須接地。</p><p>　　自動(dòng)靜噪(AMCAP)：通常本端對(duì)地接1mF的電容,構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分；本端接VCCA則禁止自動(dòng)靜噪。</p><

93、p>　　3.4.2 音頻功率放大器介紹</p><p>　　LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)。其是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但是在1腳和8腳之間增加一只外接的電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直到200，輸入端以地為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電

94、壓的一半。如在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW，使得LM386特別適用干電池供電場(chǎng)合。其外部引腳如圖3.10所示。引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端，5引腳為輸出端應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載，引腳6和4分別為電源和地，，引腳1和8為電壓增益設(shè)定端，使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10uF。 </p><p>　　圖3.10 LM386低功率放大器</p><p>　　在

95、使用LM386時(shí)應(yīng)注意，電源電壓4-12V或5-18V，靜態(tài)消耗電流為4mA，電壓增益20-200dB。盡管LM386的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，但稍不注意特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩(wěn)定后，一些操作（如挺拔音頻插頭、旋音量調(diào)節(jié)鈕）都會(huì)帶來瞬態(tài)沖擊，在輸出喇叭上會(huì)產(chǎn)生非常討厭的噪聲。</p><p>　　3.4.2 ISD4004語(yǔ)音電路</p><p>　　語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)中采用ISD4004

96、錄放音芯片作為主控芯片，采用話筒輸入音頻信號(hào)進(jìn)行錄音，通過開關(guān)和單片機(jī)控制錄音、放音和錄音、放音時(shí)的相應(yīng)模式，由于語(yǔ)音芯片推動(dòng)的音頻功放較小，為了加大音量采用LM386功率放大器增加一級(jí)音頻功放，聲音通過揚(yáng)聲器輸出。如圖3.11和3.12所示的音頻輸入、輸出的電路圖。ISD4004的片選信號(hào)SS引腳與AT89S51單片機(jī)的I/O口P2.2連接，由程序指令產(chǎn)生有效的低電平信號(hào)。串行數(shù)據(jù)輸入MOSI引腳和串行數(shù)據(jù)輸出MISO引腳分別與P2.

97、1和P2.0連接，串行收發(fā)的數(shù)據(jù)信息在程序指令的控制下，由片內(nèi)移位寄存器鎖存，其同步時(shí)鐘信號(hào)SCLK由單片機(jī)P2.3控制。中斷請(qǐng)求信號(hào)INT和單片機(jī)的P3.3(INT1)連接。為使輸出語(yǔ)音噪聲達(dá)到最小，系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地分開走線，盡可能在靠近供電端處相連，并且分別引到ISD4004芯片的VSSA和VSSD管腳上，去耦電容也應(yīng)盡量靠近芯片。</p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)不同的情況，事先錄制好不同的語(yǔ)

98、音，其具體錄音電路圖如圖3.11所示為ISD4004音頻輸入電路圖。錄音錄制電路主要由語(yǔ)音芯片ISD4004、麥克MK1、及相關(guān)外圍電路等構(gòu)成。聲音信號(hào)由MK1轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電容C16、C21耦合后由同相模擬輸入端IN+和反相模擬輸入端IN-引腳進(jìn)入ISD4004，由ISD4004采樣和保存。模擬電源Vcca和數(shù)字電源Vccd接+3.3V電源，分別接C13(0.1uF)和C14(22uF)濾波電容，使電源供電更加穩(wěn)定。</p&g

99、t;<p>　　圖3.11 ISD4004音頻輸入電路圖</p><p>　　如圖3.12為ISD4004的音頻輸出電路圖所示。音頻輸入電路主要由ISD4004、LM386等構(gòu)成。聲音信號(hào)由如圖3.12所示的ISD4004的AUDOUT引腳輸出，經(jīng)C19電容耦合和音量控制電位器R19送入LM386芯片，放大后由VOUT輸出并驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。連接音頻放大模塊時(shí)應(yīng)在1腳和8腳之間接電容C24（1腳接電

100、容+極）來改變?cè)鲆?。在選擇調(diào)節(jié)音量的電位器時(shí)阻值不能太大，R20為10K最合適，太大會(huì)影響音質(zhì)。第7腳（BYPASS）必須外接一個(gè)電解電容C26到地，起濾除噪聲的作用。此外，錄放音控制開關(guān)，經(jīng)單片機(jī)判斷所需要的狀態(tài)，即錄音、放音、運(yùn)行和停止四個(gè)狀態(tài)。具體電路圖詳見附錄A。</p><p>　　圖3.12 ISD4004的音頻輸出電路</p><p>　　3.5 萬年歷電路設(shè)計(jì)</p

101、><p>　　3.5.1 DS1302時(shí)鐘芯片介紹</p><p>　　DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶靜電RAM、能進(jìn)行慢速充電的時(shí)鐘芯片，可以提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年等信息，具有月末日期自動(dòng)調(diào)節(jié)和閏年校正功能。該芯片可通過簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，提供主電源和備用電源引腳，可以對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電。DS1302的工作特性有：實(shí)時(shí)時(shí)鐘，能

102、夠?qū)δ?、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，并具有閏年補(bǔ)償功能；可通過AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式；內(nèi)部有31*8bit調(diào)整RAM；采用三線串行總線；工作電壓范圍為2.5～5.5V；用于時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)讀/寫的單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送；工作電壓為5V時(shí)，I/O引腳與TTL兼容；保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mw。圖3.13為DS1302 引腳圖，其各引腳功能為：</p><p><b>　　VCC1：

103、主電源；</b></p><p>　　VCC2：備份電源（當(dāng)VCC2>VCC1+0.2V時(shí),由VCC2向DS1302供電,當(dāng)VCC2<VCC1時(shí),由VCC1向DS1302供電）；</p><p>　　X1、X2：32.768KHz晶振引腳；</p><p>　　SCLK：串行時(shí)鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出，有40K的下拉電阻連接到地；<

104、;/p><p>　　I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出，有10K的下拉電阻連接到地；</p><p>　　CE（RST）：輸入信號(hào)，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。該引腳有兩個(gè)功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ?lt;/p><p>　　圖3.13 DS1302時(shí)鐘芯片</p><p>　　3.5.2

105、 基于DS1302萬年歷電路</p><p>　　萬年歷的設(shè)計(jì)主要采用DS1302時(shí)鐘芯片，它由VCC2提供主電源+5V，8號(hào)引腳VCC1接備用電池，如圖3.14所示的BT1為3.6V充電電池，用于時(shí)鐘/日歷數(shù)據(jù)和靜態(tài)RAM掉電保護(hù)，保證DS1302內(nèi)數(shù)據(jù)不丟失。X1和X2引腳之間連接一個(gè)32.768KHz的晶振，為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖，由于DS1302內(nèi)部已經(jīng)集成6pF的電容，這樣就不需要外部連接電容了。/RST是

106、復(fù)位/片選線，接單片機(jī)P1.4引腳，通過把/RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，I/0引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。當(dāng)SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平，I/0為串行數(shù)據(jù)輸入端（雙向），SCLK始終是輸入端。SCLK與單片機(jī)的P1.2引腳相接，I/O與單片機(jī)的P1.3引腳相接。具體電路圖如3.14所示。</p><p>　　圖3.14 DS1302時(shí)鐘電路</

107、p><p>　　3.6 人數(shù)統(tǒng)計(jì)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖3.15所示為人數(shù)統(tǒng)計(jì)硬件電路圖，主要由6N137光電耦合器、LM324電壓比較器和一些外圍器件組成。光電耦合器的輸入端為同相邏輯傳輸，其中，R7為限流電阻，由于發(fā)光二極管正向電流0-250uA，光敏管不導(dǎo)通；發(fā)光二極管正向壓降1.2～1.7V，正向電流6.5～15mA，光敏管導(dǎo)通。由于Vcc為5V，若使二極管壓降在1.2V，

108、正向電流在10mA，R7可選電阻值為380歐姆。如果不加限流電阻或阻值很小，6N137仍能工作，但發(fā)光二極管導(dǎo)通電流很大對(duì)電源有較大沖擊，尤其是數(shù)字波形較陡時(shí)，上升、下降沿的頻譜很寬，會(huì)造成相當(dāng)大的尖峰脈沖噪聲，其峰-峰值可達(dá)100mV以上，足以使模擬電路產(chǎn)生自激，A/D不能正常工作。在這種情況下，R7越大越好，這里取R7值為5K歐姆。6N137的發(fā)射極接R6(1M)電阻，由于R6起直流負(fù)反饋的作用，心穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。集電極接+5