【正文】 的控制 端 （ BC）與 MCU 的 PB0 端口相連接。 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主控程序模塊 根據(jù) 程序 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的要求， 本人 在 編程時(shí)采用 了 模塊化的編程方式。如果期間還是沒(méi)有任何操作，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)啟外部中斷（按鍵 4）和進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)只有按鍵 4 才能喚醒系統(tǒng)。 MD可以對(duì) 從動(dòng)器件 的 RAM和 EEPROM里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并可對(duì) 14個(gè) EEPROM單元進(jìn)行寫(xiě)入操作（地址為0… Dh）。如果 SD未確認(rèn)其中的任意字節(jié)， MD應(yīng)停止通信并重新發(fā)送信息。例如： RAM里（ 0x07h） 的數(shù)值會(huì)隨著物體溫度由 40 176。 SMBus從動(dòng)器地址： 7 LSBs (6… 0)包括了 MLX90615會(huì)響應(yīng)的 SMBus從動(dòng)器地址。 RAM寄存器的有限數(shù)目是客戶感興趣的，見(jiàn) 下面表格里總結(jié) 。 MLX90615的 SMBus的特定時(shí)序 （如下圖所示）為：。其出廠設(shè)置為 3FFFh，代表發(fā)射率為 。整個(gè) EEPROM可通過(guò) SMBus接口讀和寫(xiě)。所謂的清零操作就是簡(jiǎn)單地在EEPROM地址里寫(xiě)入 0000h，同時(shí)要注意不要隨便更改出廠校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 圖 SMBus 請(qǐng)求、開(kāi)始和結(jié)束狀態(tài) 主從總線 （ SMBus）傳輸協(xié)議 ： 每當(dāng) SD接收到每個(gè) 8位數(shù)據(jù)后， 都 會(huì)回復(fù) ACK/NACK信息。 在本設(shè)計(jì)中， MLX90615只作為從動(dòng)器件使用。按鍵 4 就是體溫的測(cè)量鍵。 圖 按鍵輸入模塊電路圖 本章小結(jié) 這一章主要闡述了紅外人體測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和相關(guān)元器件的簡(jiǎn)介，該系統(tǒng)的硬件主要分為六個(gè)子模塊，分別是： MCU 主控模塊、 IR 測(cè)溫模塊、電源模塊、 LCD 顯示模塊、按鍵輸入模塊和聲音提示模塊。當(dāng) PNP 型的三極管的基極處于低電平時(shí)，背光端口與電源相連接，即 LCD 模塊的背光開(kāi)啟；當(dāng) PNP 型的三極管的基極處于高電平時(shí)，背光端口與電源斷開(kāi)連接，即 LCD模塊的背光關(guān)閉。 圖 LPH7366（ LCD5110）模塊示意圖 表 LCD 模塊管腳說(shuō)明 序號(hào) 管腳名稱(chēng) 說(shuō)明 1 VCC 模塊電源接口（ ~ ） 2 GND 接 地 端 3 SCE 使能端（低電平有效） 4 RST 復(fù)位（低電平有效） 5 D/C 數(shù)據(jù)（高電平有效） /命令（低電平有效）選擇端 6 DIN 串行數(shù)據(jù)線 7 SCL 串行時(shí)鐘線 8 BLC LCD 模塊背光控制端 由于此 LCD 模塊已經(jīng)集成了 控制 /驅(qū)動(dòng) 芯片，已 經(jīng)不需其它外圍的 控制 /驅(qū)動(dòng) 電路，所以該模塊可以與 MCU 主控模塊直接相連。 ● 采用 低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在 200181。 而 單片機(jī) 最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)具體可以參考相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，在這里就不一一贅述了。C時(shí)的功耗 ： （ 正常模式 ）， （ 空閑模式 ）， 1μA（ 掉電模式 ）。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。 紅外測(cè)溫模塊電路設(shè)計(jì) 紅外測(cè)溫模塊的電路設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。將 RAM內(nèi)容轉(zhuǎn)換為 實(shí)際的 TA比較簡(jiǎn)單： TA [K] = Tareg 。環(huán)境溫度 TA（傳感器芯片溫度）是通過(guò) PTAT元件測(cè)量。C的人體溫度范圍內(nèi)）。引腳應(yīng)用弱上拉電阻（典型值 300kΩ） SDA/PWM 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出開(kāi)漏 NMOS。C物體溫度范圍 ● 寬溫度范圍的高精度，精度為 176。C。用戶可以對(duì)低發(fā)射率的物體在內(nèi)部進(jìn)行發(fā)射率校正。 綜上所述，本人決定采取第二種電路設(shè)計(jì)方案，其中 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換芯片采用PT1301。市面上電池的種類(lèi)繁多，比如干電池、鋰電池和紐扣電池等。 最小的 低靜態(tài)電流 是 14μA，再加上高效率，可使電池使用更長(zhǎng)時(shí)間。詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)第四章（系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)）和第五章（系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)），在這里就不一一介紹了。對(duì)于 OEM 制造商來(lái)說(shuō)，這些特性提供如下的優(yōu)點(diǎn)：不需要昂貴的外部組件， 能夠輕松將傳感器整合到應(yīng)用電路 （ PCB） 上。 總體 方案 設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)論證對(duì)比后，本人選擇了方案二的設(shè)計(jì)。而且對(duì)于開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較高，例如要具備黑體校定的設(shè)備等。所謂的模擬傳感器就是傳感器的輸出量是模擬量，而不是可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字量，所以它需要通過(guò)信號(hào)放大和 AD 轉(zhuǎn)換等處理后才能傳輸給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)的處理。綜上所述， 本設(shè)計(jì)采用測(cè)量鼓膜溫度 的方案，即設(shè)計(jì)一個(gè) 紅外耳溫計(jì) 。 而 紅外 額 溫計(jì) 主要是通過(guò)測(cè)量人體的體表（額頭等）紅外輻射，經(jīng)過(guò)處理后從而得到 人體 的 溫度信息 。紅外線測(cè)溫可以說(shuō)是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)紅外線后的一個(gè)重要應(yīng)用，其中紅外線人體測(cè)溫儀更是醫(yī)學(xué)測(cè)量上的重要發(fā)明。 （ 1）、遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)量：紅外測(cè)溫不需要與被測(cè)物體接觸，并可遠(yuǎn)距離測(cè)量，它特別適合于高速運(yùn)動(dòng)物體、旋轉(zhuǎn)體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測(cè)量。 同時(shí) 為減少太陽(yáng)光等可見(jiàn)光對(duì)傳感器的影響，在傳感器的前面要加上濾光片，只讓紅外光通過(guò)。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn) 變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。這種測(cè)量不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測(cè)溫。影響發(fā)射率的主要因 素有 ：材料種類(lèi)、表面粗糙度、理化結(jié) 構(gòu)和材料厚度等。 Stefan— Boltzmann 定律是所有紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)。 普朗克輻射定律是所有定量計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)。經(jīng)科學(xué)檢測(cè)，不管人體的膚色如何，干燥皮膚的紅外輻射率均為 ，近似為黑體。 近年來(lái)，紅外輻射技術(shù)已成為一門(mén)發(fā)展迅速的新興學(xué)科。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基 礎(chǔ)。比如用在食品烘烤機(jī)、理發(fā)吹風(fēng)機(jī)上，紅外傳感器檢測(cè)溫度是否過(guò)熱，以便系統(tǒng)決定是否進(jìn)行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動(dòng)取出，或是使吹風(fēng)機(jī)冷卻等。 半個(gè)世紀(jì)以來(lái)隨著光學(xué)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，紅外檢測(cè)技術(shù)也日趨完善，其中紅外測(cè)溫技術(shù)也形成了完整的理論并成功地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域。紅外線是一種電磁波，具有與無(wú)線電波及可見(jiàn)光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類(lèi)對(duì)自然認(rèn)識(shí)的一次飛躍，對(duì)研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟了一條全新的廣闊道路 。 W所以，體溫的小小變化就會(huì)導(dǎo)致玻璃管內(nèi)水銀的大幅度上升。 這都使得它無(wú)論在大規(guī)模的疫檢，還是 在日常保健 中發(fā)揮重要的作用。 隨 著科 學(xué) 技 術(shù) 的發(fā)展和現(xiàn)代 醫(yī)療 技術(shù)的需 求 ， 體溫測(cè)量 技術(shù)也 在 不斷地改進(jìn)和提高 ，隨后 人們研究出了 紅外線人體測(cè)溫儀。 傳統(tǒng)的水銀體溫計(jì) 是 根據(jù)液體熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)測(cè)量人體 的 溫度 ， 雖然它價(jià)格便宜 、性能穩(wěn)定， 但是也 存在 許多弊端。C 左右 ， 而且具備方便快捷的測(cè)量功能 和 清晰易懂的數(shù)字化顯示 方式。當(dāng)水銀被加熱時(shí)，它會(huì)發(fā)生膨脹，沿著非常狹窄的玻璃管上升。 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展概況 1800 年， 英國(guó) 物理 學(xué)家 F于是他宣布 太陽(yáng)發(fā)出的輻射中除可見(jiàn)光線外，還有一種人眼看不見(jiàn)的 “ 熱線 ” ，這種 看不見(jiàn)的 “ 熱線 ” 位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。目前，美國(guó)將紅外技術(shù)應(yīng)用于單兵裝備、裝甲車(chē)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。 另外，隨著便攜式紅外傳感器的體積越來(lái)越小，價(jià)格逐漸降低，在食品、采暖空調(diào)和汽車(chē)等領(lǐng)域也有了新的應(yīng)用。 物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。m以上）。雖然人體生物波普分布范圍比較寬，但在非能量集中區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度較低，尤其遠(yuǎn)端波段的數(shù)值極小。 圖 黑體輻射曲線 （ 1）、輻射的光譜分布規(guī)律 — 普朗克輻射定律： 一個(gè)絕 對(duì)溫度為 T（ K）的黑體，單位表面積在波長(zhǎng) λ 附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)向整個(gè)半球 空間發(fā)射的輻射功率（簡(jiǎn)稱(chēng)為光譜輻射度） Mλ， T與波長(zhǎng) λ、溫度 T 滿足下列關(guān)系： Mλ， T = C1（ eC2/λT – 1） 1 （ 21） 式中 C C2分別為第一、第二輻射常數(shù)。因此只要能探測(cè)到黑體的 單位表面積發(fā)射的總輻射功率，就可以確定黑體的溫度了。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。 利用這個(gè)原理制成的溫度測(cè)量?jī)x器叫紅外測(cè)溫儀。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場(chǎng)的大小由測(cè)溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。 其中 溫差電堆由若干熱電偶串聯(lián)組成 ， 熱電偶傳感器測(cè)定溫度與輸出電壓的關(guān)系的測(cè)溫點(diǎn)在接收到紅外輻射能量后溫度升高，因?yàn)椤叭惪诵?yīng)”而產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，其輸出電壓和測(cè)定點(diǎn)的溫度 近似成正比例關(guān)系 ，這是紅外 溫度傳感器 測(cè) 量體 溫所依據(jù)的基礎(chǔ)。m的光學(xué)濾光片，其帶通特性有利于溫度的測(cè)量。 本章小結(jié) 本章主要闡述了紅外線測(cè)溫的一些基礎(chǔ)理論和紅外測(cè)溫傳感器的結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)。 它常用于對(duì)衛(wèi)生要求比較高的醫(yī)院和家庭里。同時(shí) 對(duì)于個(gè)人使用者來(lái)說(shuō)，體溫測(cè)量并不是每天都進(jìn)行的，所以并不會(huì)增加太多的額外成本；而對(duì)于醫(yī)院使用者來(lái)說(shuō)，這些 使用成本也是在可承受范圍內(nèi)的。 方案對(duì)比與選擇 方案一： 在該方案里，系統(tǒng)可以分為模擬紅外溫度傳感器（內(nèi)含環(huán)境溫度測(cè)量）模塊、放大電路模塊、 AD 轉(zhuǎn)換 電路模塊、 MCU 主控模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、 LCD 模塊和電源模塊（如圖 所示） 。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)處理和黑體校定等，這使得設(shè)計(jì)工作量大大增加。 綜上所述，方案二是本系統(tǒng)最合適的設(shè)計(jì)。整個(gè)溫度計(jì)系統(tǒng)封裝在一個(gè) 金屬罐 中。從軟件上可以分為三個(gè)程序子模塊：主控程序模塊（內(nèi)含按鍵掃描等子程序）、 LCD 驅(qū)動(dòng)程序模塊和MLX90615 程序模塊。 其 輸出電壓由兩個(gè)外部電阻設(shè)定。 電源模塊電路設(shè)計(jì) 因?yàn)?要考慮到系統(tǒng)的便攜性，所以該系統(tǒng)采用電池供電。 鑒于 整個(gè)系統(tǒng)并不屬于高速高頻電路，所以輸出電壓的波紋對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響不大。它的輸出數(shù)據(jù)和物體溫度呈線性比例，有較高的精度和分辨率。C，物體溫度為 40到 115 176。C傳感器溫度范圍 40 to +115 176。 SCL 兩線通信協(xié)議的串行時(shí)鐘信號(hào)。C （在 32 至 42176。 計(jì)算是通過(guò)內(nèi)部 DSP產(chǎn)生數(shù)字輸出并測(cè)量溫度成線性比例。C 。測(cè)量周期的最后一步為：測(cè)量所得TA和 TO被重新調(diào)節(jié)為 PWM所需的輸出分辨率，并且該數(shù)據(jù)存在 PWM狀態(tài)機(jī)的寄存器中，狀態(tài)機(jī)可以產(chǎn)生固定頻率和一定占空比來(lái)表示測(cè)量的數(shù)據(jù)。 CPU 在執(zhí)行一條指令的同時(shí)讀取下一條指令 ( 在本文稱(chēng)為預(yù)取 )。 ATmega32A 的一些產(chǎn)品特點(diǎn)如下所示： ● 高性能、低功耗 ； ● 先進(jìn)的 RISC結(jié)構(gòu) ： 131條指令（大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期） ， 32個(gè) 8位通用工作寄存器 ， 全靜態(tài)工作 ， 工作于 16 MHz時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS，具有 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 ； ● 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ：具有 32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash， 具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot代碼區(qū) （ 通過(guò)片上 Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 ），具備 真正的同時(shí)讀寫(xiě)操作 ，具有 1024字節(jié)的 EEPROM和 2K字節(jié) 的 片內(nèi) SRAM， 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn) 用戶 程序的加密 ； ● 具有 JTAG接口 ： 符合 JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 ， 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 ， 通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 ； ● I/O和封裝 ：具有 32個(gè)可編程 的 I/O口 ，其中型號(hào)有 40引腳 PDIP封裝 , 44引腳 TQFP封裝 ，和 44引腳 MLF 封裝 ； ● 外設(shè)特點(diǎn) ： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ， 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC， 四通道 PWM， 8路 10位 ADC， 可編程的串行 USART， 可工作于主機(jī) /從機(jī)模式的 SPI串行接口 ， 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器 ， 片內(nèi)模擬比較器 ，等等； ● 特殊的處理器特點(diǎn) ： 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè) ， 片內(nèi)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的 RC振蕩器 ，片內(nèi) /片外中斷 源 ， 6種睡眠模式 ； ● 工作電壓 ： ~ （ ATmega32A）； ● 速度等級(jí) ： 0 ~ 16MHz； ● ATmega32A在 1 MHz、 3V、 25176。當(dāng)電壓值低于某個(gè)設(shè)定值（ ）時(shí)， LCD 模塊便顯示低壓提示。 ● LCD 控制器 /驅(qū)動(dòng)芯片已經(jīng)綁定到 LCD 晶片上，模塊體積很小。 同時(shí) PCD8544 與微控制器的接口使 用串行總線 的方式進(jìn)行通信，減少了接口信號(hào)線的數(shù)量 。但為了節(jié)省電能，背光只在需要的時(shí)候才開(kāi)啟，此時(shí)就需要一個(gè) PNP 型的三極管（ 8550）作為 LCD 模塊背光的“開(kāi)關(guān)”。其中 key1 是系統(tǒng)設(shè)置按鍵（短摁表示背光開(kāi)啟/關(guān)閉，長(zhǎng)摁表示聲音開(kāi)啟 /關(guān)閉）； key2 和 key3 是體溫?cái)?shù)據(jù)查詢按鍵； key4 是體溫測(cè)量按鍵和系統(tǒng)喚醒按鍵。按鍵 2 和按鍵 3的作用則是查看體溫?cái)?shù)據(jù)的歷史記錄。在系統(tǒng)給定的時(shí)刻里只有一個(gè)主控器件是可以利用的。 EEPROM地址 中（ 4h… Dh） 包含出廠校準(zhǔn)數(shù)值，最好不要變動(dòng)；同時(shí)注意不要在同一總線相同 SD地址放兩個(gè) MLX90615器件。 圖