【正文】 30單片機AbstractWith the continuous improvement of living standards and increased demands on the quality of life, people bee increasingly concerned about their health status, while body temperature, blood pressure, pulse and respiration is the important parameters to identify health status, physiological indicators of these monitoring and measurement can better reflect the body39。本課題要求利用MSP430單片機和紅外溫度傳感器來測量溫度信號，并實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的的直觀顯示。 MSP430 microcontroller目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 課題的目的及意義 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 本文主要內(nèi)容及結(jié)構安排 3第2章 系統(tǒng)硬件設計 5 主從單片機處理模塊 5 主控MSP430單片機功能簡介 5 MSP430單片機的特點 6 內(nèi)部AD模塊簡介 9 信號放大部分 10 信號放大器INA126U芯片簡介 11 信號放大電路 11 電源部分 11 穩(wěn)壓芯片MCP1701介紹以及電路設計 12 升壓芯片L6920介紹以及電路設計 13 負電轉(zhuǎn)換芯片TPS6040介紹以及電路設計 13 充電芯片LM3658介紹以及電路設計 14 顯示部分 16 紅外溫度采集OTP538U 17 紅外溫度傳感器原理 18 OTP538U工作原理和性能 19 按鍵部分 20 本章小結(jié) 21第3章 系統(tǒng)軟件設計 23 使用環(huán)境簡介 23 編程語言的選擇 23 主程序設計 24 AD轉(zhuǎn)換子程序設計 25 顯示子序設計 26 本章小結(jié) 27第4章 系統(tǒng)調(diào)試和性能分析 29 系統(tǒng)調(diào)試 29 系統(tǒng)硬件調(diào)試 29 系統(tǒng)軟件調(diào)試 29 調(diào)試中出現(xiàn)的問題 29 實驗結(jié)果分析 30 實驗誤差分析 30 本章小結(jié) 31結(jié)論 32參考文獻 33致謝 34附錄1 35附錄2 43附錄3 49附錄4 57第1章 緒論 課題背景隨著2003年非典的襲擊，在我國迅速誕生了一支專門抗擊非典的醫(yī)療儀器隊伍，特別是在紅外體溫檢測儀的研發(fā)方面取得了突出的成就。最后，采用水銀體溫計測溫需要相當長的時間(5min～10min)，使用不便。傳統(tǒng)的水銀體溫計存在測量溫度時間長、讀數(shù)不便等特點。紅外診斷技術正是通過吸收這種紅外輻射能量，測出設備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設備發(fā)熱情況[5]。體溫計是人們?nèi)粘Ｉ钪械谋貍溆闷?，尤其在SARS和H1N1流行期間，體溫計幾乎成成為了衡量感染者與未感染者的測量儀器。對非接觸式測溫儀的設計是以功能性為基礎，以創(chuàng)新性為指導，以實踐性為依托，具有大好的發(fā)展前景和廣泛的應用場合。MSP430單片機有多種工作模式，各種工作模式都相當省電，這時也能響應中斷。2000年推出了11x/11x1系列。這些全部是Flash型單片機。這為系統(tǒng)軟件的升級提供了又一方便的手段。 運算速度快 MSP430系列單片機能在25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)40ns的指令周期。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生CPU和各功能所需的時鐘。MSP430系列單片機的這些片內(nèi)外設為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。1路AVCCAVSS/2電壓源和1路內(nèi)部溫度傳感器源。而這兩個參考電壓是可以通過軟件來編程設置的。18V)，可用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。穩(wěn)壓電源的技術指標可以分為兩大類：一類是特性指標，如輸出電壓、輸出電濾及電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標，反應一個穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻、紋波電壓及溫度系數(shù)等。MCP1701的輸出電壓的波動范圍極小，其具有 177。LDO輸出穩(wěn)定度以這個引腳為基準。輸入電容的位置應盡可能靠近VIN引腳。 負電轉(zhuǎn)換芯片TPS6040介紹以及電路設計芯片TPS6040可以將正電壓轉(zhuǎn)換為其對應的負電壓，此設計主要是為放大器供負電，理論上INA126地線引腳接地即可，但是由于此接法不成功，不能實現(xiàn)電壓的放大，故將接地端接入負電，正常工作。若利用USB電源為電池充電，用戶可通過引腳選擇100mA或500mA的充電電流。LM3658電池充電IC采用10引腳LLP封裝，充電電路如圖25所示：圖25 充電電路為了方便使用者的使用設計了標準USB充電端口如圖26所示：圖26 USB充電接口電路 顯示部分常用顯示器件有LED數(shù)碼管顯示器，CRT顯示器以及LCD液晶顯示器等。背光有單獨的引腳連接，如圖28所示：圖28 液晶屏背光電路 紅外溫度采集OTP538U本文研究很關鍵的一部分是溫度采集部分，因此，溫度的采集模塊的設計很重要，涉及到整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性。但是模擬傳感器的模擬信號需要先經(jīng)過取樣、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，再將轉(zhuǎn)換得到的表示溫濕度值的數(shù)字信號交由微處理器或DSP處理。另一方面，數(shù)字式溫度傳感器在編程方面必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。物體輻射能量的大小直接與該物體的溫度有關，具體地說，是與該物體熱力學溫度的4次方成正比．用公式可表達為： (21)式中 E—輻射出射度，單位是W/m3；熱電偶的原理是二種不同的金屬A和B構成一個閉合回路，當二個接觸端溫度不同時(TTo)，回路中產(chǎn)生熱電勢E，其中T稱為熱端、工作端或測量端，To稱為冷端、自由端或參比端。OTP538U是一個熱電堆傳感器，具116種熱電偶元素，傳感器芯片經(jīng)由微細加工，可快速反應環(huán)境里的溫度改變，導致輸出端電壓響應。 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)硬件所用到得主要元器件重要引腳的電器特性，以及部分重要電路。因此，學會了IAR EW430，就可以很順利地過渡到另一種新處理器的開發(fā)工作。MSP430除了能支持匯編語言，MSP430的開發(fā)環(huán)境還支持C語言，提供了C函數(shù)庫，并支持C和匯編函數(shù)的相互調(diào)用。由于C語言實現(xiàn)了對硬件的編程操作，因此C語言集高級語言和低級語言的功能為一體，具有高效性，可移植性強等特點。后來在組長的幫助下，在程序初始化過程中加入的防止程序飛跑的程序，才使得程序在多次運行中準確無誤。 系統(tǒng)硬件調(diào)試繪制完成原理圖之后，根據(jù)原理圖焊接電路板。經(jīng)多次測量各芯片管腳的輸入值發(fā)現(xiàn)，A/D采集并未實現(xiàn)，即有輸入電壓但并沒輸出，經(jīng)測量研究發(fā)現(xiàn)供電電源沒有采用穩(wěn)壓電源接入，穩(wěn)壓電源連入其中，測試即正確。此設計采取了小數(shù)點后第二位四舍五入的方法來減小一定的誤差，但并沒有完全消除，此系統(tǒng)誤差主要來源于以下幾個方面：1. 由于實驗理論在計算上存在著近似性，方法上難以完善，因此理論溫度值并不是真實溫度值，而只是非常接近于真實溫度的值，故存在一定的誤差；2. 實驗儀器靈敏度和分辨能力有局限性，而且芯片本身存在非線性化誤差；3. 基準電源不穩(wěn)，造成輸入輸出的誤差；4. 周圍環(huán)境不穩(wěn)定，每次測量時限不統(tǒng)一都會造成測量誤差。設計的核心部分選用MSP430單片機芯片和OTP538U紅外溫度傳感器。我要在這里對他們表示深深的謝意！感謝我的指導老師—— 老師，感謝李老師對本論文從選題、構思、資料收集到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心的指引和教導，使我對本次設計有了深刻的認識，并最終得以完成畢業(yè)論文，同時，在此次畢業(yè)設計過程中我也學到了許多關于單片機和傳感器方面的知識，實驗技能有了很大的提高。比起傳統(tǒng)的測溫方法，紅外體溫計有著響應時間快、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。 國內(nèi)外動態(tài)國外紅外線技術在19世紀并發(fā)展至今，已經(jīng)有很多專利項目和大量科研成果。本紅外測溫系統(tǒng)設計的出發(fā)點也正是基于此。黑體輻射定律：黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1。當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標的溫度，用公式可表達為： (11)式中 E—輻射出射度，單位是W/m3；由于它只接收人體對外發(fā)射的紅外輻射，沒有任何其它物理和化學因素作用于人體，所以對人體無任何害。第15～18周：整理實驗結(jié)果，進行課題總結(jié)，撰寫論文，準備答辯。美國和日本幾乎壟斷了紅外線技術產(chǎn)品的專利。人體溫度的變化一般在35℃到42℃之間，所以體溫計的刻度通常是35℃到42℃，而且每度的范圍又分成為10份，因此體溫計可精確到1/10度。所以，體溫的小小變化就會導致玻璃管內(nèi)水銀的大幅度上升。1865年，英國的阿爾伯特發(fā)明了一種很有特色的體溫計，特點是儲存水銀的細管里有一狹道，當體溫計接觸人體后，水銀很快升到人體實際體溫處，取出后水銀柱不下降，而是在狹道處斷開，使狹道以上部分始終保持體溫度數(shù)。目前，隨著經(jīng)濟發(fā)展人們?nèi)找嫘枰趪忉t(yī)院已經(jīng)很流行。(3)傳感器本身也會對測溫結(jié)果造成影響。本設計正是采用紅外溫度傳感器這種溫度測量技術，它具有溫度分辨率高、響應速度快、不擾動被測目標溫度分布場、測量精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點；另外紅外溫度傳感器的種類較多，發(fā)展非?？欤夹g比較成熟，這也是本設計采用紅外溫度傳感器設計非接觸溫度測量系統(tǒng)的主要原因之一。電子體溫計分為實測式電子溫度計和預測式電子體溫計兩種，可通過數(shù)字觀看，比較方便。1742年又發(fā)明了0～100176。第一個體溫計是伽利略在16世紀時發(fā)明的。二、研究主要成果體溫計又稱“醫(yī)用溫度計” 。排行第三位的是Land Infrared， 其市場占有率為15%，其主要產(chǎn)品是手持式及在線測量產(chǎn)品。四、研究工作進度 第1～3周： 收集資料，通過學習相應書籍和查閱資料，了解課題研究的基本內(nèi)容、目的和意義，對課題目前的發(fā)展和較為常見紅外體溫傳感器算法以及MSP430單片機原理有所了解和掌握，確定設計思路。K4)；因此，為使黑體輻射定律適用于所有實際物體，必須引入一個與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關的比例系數(shù)，即發(fā)射率。學習紅外線體溫傳感原理。紅外線是近年來興起的高端技術，對紅外線設備的設計和研究，對今后生產(chǎn)生活有積極的影響。任何物體由于其自身分子的運動，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，俗稱“熱像”。這里，對關心、幫助過我的老師和同學們表示衷心地感謝！最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝！附錄1燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱： 基于MSP430單片機的非接觸式紅外體溫測試儀的設計 學院（系）： 年級專業(yè)： 07電子信息工程3班 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義選題的依據(jù)和意義體溫計是人們?nèi)粘Ｉ钪械谋貍淦?。本設計采用耳道為測量部位，由于探頭對準內(nèi)耳道，測量的影響因素較少，而且耳道溫度最接近人體溫度。對實驗結(jié)果以及誤差做出了分析。軟件調(diào)試成功的現(xiàn)象就是采集外接電壓，能在顯示屏上顯示出相應的電壓值。軟件的調(diào)試主要有語法錯誤和邏輯錯誤兩類。調(diào)用關機子函數(shù)，出現(xiàn)關機畫面，系統(tǒng)進入低功耗模式 顯示子序設計系統(tǒng)上電后，屏幕初始化，然后清屏，顯示開機畫面，流程圖如圖33所示：圖33 顯示部分流程圖開機畫面顯示畢業(yè)設計題目和作者，經(jīng)過一段時間的延時，進入實時顯示畫面，顯示實時溫度，短按按鍵暫停畫面，再次短按畫面，繼續(xù)顯示實時溫度。系統(tǒng)初始化主要包括單片機中寄存器、存儲單元的配置、單片機的I/O口設置、子系統(tǒng)初始化。C語言是一種結(jié)構化語言。如果工程很龐大，需要添加的文件很多。國內(nèi)普及的MSP430開發(fā)軟件種內(nèi)不多，主要有IAR公司的Embedded Workbench for MSP430(簡稱為EW430)和AQ430。按鍵接門可分為獨立式按鍵接口、行列式按鍵接口和專用芯片式等。該傳感器是由浮動微膜元件具有積極直徑的系列熱電偶微米和涂黑表面吸收的熱紅外輻射組成，誘使其在輸出端電壓的響應。K4)；通過前面的介紹，采用紅外線溫度傳感器比較適合此系統(tǒng)的溫度采集，本文選擇了OTP538U作為溫度傳感器，因為在30℃~40℃之間非常接近線性關系。數(shù)字式溫度傳感器能把被測模擬量直接換成數(shù)字量輸出，可以直接與數(shù)字設備(計算機，計數(shù)器，數(shù)字顯示系統(tǒng)等)相聯(lián)，用微控制器、DSP或計算機進行信號的處理、濾波、壓縮。但它有其自己的優(yōu)點：電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，在溫度不高的情況下電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系。通過編程，可以清晰地顯示各種字符和漢字。LM3658芯片設有5種操作模式，分別是預先設限模式、恒流模式、恒壓模式、充滿即停止模式和維持模式。%，這有助延長電池壽命，因此適用于多種不同的便攜式電子產(chǎn)品，包括PDA、MP3播放機、數(shù)碼相機、上網(wǎng)設備、儀表和智能電話。在高頻情況下，陶瓷電容的低等效串聯(lián)阻抗特性會使其抗噪聲性能和PSRR性能更佳。從這個引腳流出的電流和直流負載電流相等。MCP1701LDO也提供短路保護，以保證最大的可靠性。 穩(wěn)壓芯片MCP170