【正文】 12 電源模塊 12 PT1301 簡介 12 電源模塊電路設(shè)計(jì) 14 紅外測溫模塊 15 MLX90615 簡介 15 紅外測溫模塊電路設(shè)計(jì) 18 MCU 主控模塊 19 LCD 顯示模塊 22 系統(tǒng)其它外圍電路模塊 25 聲音提示模塊 25 按鍵 輸入模塊 25 本章小結(jié) 26 第 五 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 主控程序模塊 27 紅外測溫程序模塊 28 MLX90615 的傳輸協(xié)議（ SMBus） 28 紅外測溫程序設(shè)計(jì) 33 LCD 顯示程序模塊 35 LCD 模塊指令和時(shí)序 35 LCD 顯示程序設(shè)計(jì) 36 本章小結(jié) 37 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 39 紅外測溫系統(tǒng)調(diào)試和分析 39 本章小結(jié) 41 第七章 總結(jié)與展望 42 參考文獻(xiàn) 43 致謝 44 附錄一 系統(tǒng)硬件電路圖 45 附錄二 系統(tǒng) 程序 46 第一章 緒論 課題研究的目的和意義 在臨床醫(yī)學(xué)中，體溫是一個(gè)重要的人體生理參數(shù)。當(dāng)太陽光通過棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計(jì)去測量光帶中不同顏色所含的熱量。在食品行業(yè)紅外溫度可以在不被污染的的情況下實(shí)現(xiàn)食品溫度記錄，因此備受歡迎。在電磁波譜中，我們把人眼可直接感知的 ~ ，而把波長從 ~ 600181。 T=2898（ K181。 （ 4）、基爾霍夫（ Kirchhoff）輻射 定律與 發(fā)射率 ： 實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際物體的輻射度除了依賴于溫度和波長外，還與夠成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。用于不同溫度范圍和用于不 同測量對象的儀器，其具體的設(shè)計(jì)也不同。m） 是波長， T（ K） 是絕對溫度。常見的紅外人體測溫儀主要有兩種 ： 一種是 紅外耳溫計(jì) ，另一種是 紅外 額 溫計(jì) ； 這兩種形式的紅外體溫計(jì)各有自己的優(yōu)缺點(diǎn) 。 所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的幾個(gè)基本要求和指標(biāo)如下所示： （ 1）、 利用人體紅外輻射的原理來測量體溫 ，即采用 紅外溫度傳感器 ； （ 2）、體溫測量的準(zhǔn)確度要高； （ 3）、 系統(tǒng)采用電池供電，且功耗要低； （ 4）、系統(tǒng)響應(yīng)速度要快，要在 1~2s 內(nèi)完成測溫； （ 5）、要使用簡單，有良好的人機(jī)界面； （ 6）、總體成本（硬件成本、設(shè)計(jì)時(shí)間成本等）要低。由于該方案的電路簡單且集成度高，所以功耗更 低。 本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)設(shè)置（ 短摁表示背光開啟 /關(guān)閉，長摁表示聲音開啟 /關(guān)閉 ）； 體溫?cái)?shù)據(jù)查詢，并至少存儲十組數(shù)據(jù)；超出量程提示（ H/L）；電源低壓提示；體溫快速測量；系統(tǒng)休眠功能（當(dāng)測溫儀長時(shí)間不使用的時(shí)候，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)以減少功耗）；等等。 （ 2）、 較低的電阻取值則可獲得較好的抗噪聲和抗干擾能力，降低對 PCB 布圖寄生參數(shù)的敏感 度，提高 系統(tǒng) 穩(wěn)定性。根據(jù)式 41，我們可得知系統(tǒng)電源模塊的輸出電壓取決于 R1 和 R2 的比值。同時(shí) MLX90615可用電池供電 ，且 封裝中集成了可以濾除可見光和近紅外輻射通量的光學(xué)濾波器 （ 可通過長波 ） 以提供日光免疫。 器件型號選擇： 在本設(shè)計(jì)中， IR 傳感器選用的型號為： MLX90615ESG— DAA（如下圖所示），即醫(yī)用型號。傳感器出廠的調(diào)校范圍是 40 to +85 176。 圖 IR 測溫電路圖 MCU 主控模塊 在本系統(tǒng)中， 主控 MCU 則采用 ATMEL 公司研發(fā)的增強(qiáng)型內(nèi)置 flash 的 RISC（ Reduced Instruction Set CPU）高速 8 位單片機(jī) —— AVR 單片機(jī)。而 PB0 端口與蜂鳴器模塊的控制端口相連接， PA5 ~ PA0 端口與 LCD 模塊相應(yīng)的管腳連接， PD3 ~ PD0 端口與按鍵輸入模塊相連接（詳細(xì)情況可以參考其它模塊的電路設(shè)計(jì)圖）。 以上這些特點(diǎn)使得 LPH7366 模塊非常適用于電池供電的便攜式設(shè)備中。當(dāng) PB0 端口置高電平時(shí)， PNP型三極管不導(dǎo)通；當(dāng) PB0 端口置低電平時(shí)， PNP 型三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)有源 蜂鳴器會一直響下去。 紅外測溫程序模塊 MLX90615 的傳輸協(xié)議 （ SMBus） MLX90615 支持 SMBus 通信 協(xié)議，引腳分別為 SDA 和 SCL。 NACK也會在 PEC接收后出現(xiàn)，這意味著在接收的信息有錯(cuò)誤并且 MD應(yīng)重新發(fā)送信息。注意所有 MLX90615對會 SA（ 00h） 響應(yīng)因此該數(shù)值在網(wǎng)絡(luò)中是無效的。C] = RAM(07h)* – （ 52） 表 MLX90615內(nèi)部 的 RAM RAM（ 1616） 名字 地址 可寫 Melexis保留 0h YES … … … Melexis保留 5h YES TA 6h YES TO 7h YES Melexis保留 8h YES … … … Melexis保留 Fh YES SMBus 的時(shí)序 ： MLX90615滿足除了電學(xué)規(guī)范部分給定的數(shù)值外的所有 SMBus時(shí)序規(guī)范 ， 其 SMBus時(shí)鐘的最大頻率為 100KHz，最小為 10KHz。 ） EEPROM里只有限定數(shù)目的地址是允許客戶改寫的。 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。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。但為了節(jié)省電能，背光只在需要的時(shí)候才開啟，此時(shí)就需要一個(gè) PNP 型的三極管（ 8550）作為 LCD 模塊背光的“開關(guān)”。 ● 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。 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)讀寫操作 ，具有 1024字節(jié)的 EEPROM和 2K字節(jié) 的 片內(nèi) SRAM， 可以對鎖定位進(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JTAG接口實(shí)現(xiàn)對 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 ， 片內(nèi)經(jīng)過標(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 ： 0 ~ 16MHz； ● ATmega32A在 1 MHz、 3V、 25176。測量周期的最后一步為：測量所得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表示測量的數(shù)據(jù)。 計(jì)算是通過內(nèi)部 DSP產(chǎn)生數(shù)字輸出并測量溫度成線性比例。 SCL 兩線通信協(xié)議的串行時(shí)鐘信號。C，物體溫度為 40到 115 176。 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整個(gè)系統(tǒng)影響不大。 其 輸出電壓由兩個(gè)外部電阻設(shè)定。整個(gè)溫度計(jì)系統(tǒng)封裝在一個(gè) 金屬罐 中。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。同時(shí) 對于個(gè)人使用者來說，體溫測量并不是每天都進(jìn)行的，所以并不會增加太多的額外成本；而對于醫(yī)院使用者來說，這些 使用成本也是在可承受范圍內(nèi)的。 本章小結(jié) 本章主要闡述了紅外線測溫的一些基礎(chǔ)理論和紅外測溫傳感器的結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)。 其中 溫差電堆由若干熱電偶串聯(lián)組成 ， 熱電偶傳感器測定溫度與輸出電壓的關(guān)系的測溫點(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，其輸出電壓和測定點(diǎn)的溫度 近似成正比例關(guān)系 ，這是紅外 溫度傳感器 測 量體 溫所依據(jù)的基礎(chǔ)。 利用這個(gè)原理制成的溫度測量儀器叫紅外測溫儀。因此只要能探測到黑體的 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。雖然人體生物波普分布范圍比較寬，但在非能量集中區(qū)域的信號強(qiáng)度較低，尤其遠(yuǎn)端波段的數(shù)值極小。 物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。目前，美國將紅外技術(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。 紅外測溫技術(shù)的發(fā)展概況 1800 年， 英國 物理 學(xué)家 FC 左右 ， 而且具備方便快捷的測量功能 和 清晰易懂的數(shù)字化顯示 方式。 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 ， 體溫測量 技術(shù)也 在 不斷地改進(jìn)