【正文】 B y :C7 30 P FC630 P F12 M H Z X T A L 2X T A L 1 圖 單片機時鐘電路 顯示器 接口設(shè)計 本設(shè)計選用 的液晶顯示器是 型號為 YM12864R 帶字庫的 液晶顯示器， 其 具有漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形 ， 內(nèi)置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM。本設(shè)計選用 12MHZ 的 晶振 。當(dāng)單片機已在運行之中時，按下復(fù)位鍵也能使 RST 持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。常用的上電復(fù)位且開關(guān)復(fù)位電路如圖 所示 。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位基于單片機的紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計 35 操作。當(dāng)單片機的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 一定時間 的高電平時，單片機就完成了復(fù)位操作，如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序，因此要求單片機復(fù)位后能脫離 復(fù)位狀態(tài) [9] [10]。所以，一個單片機復(fù)位電路的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。 特殊功能寄存器 ADC_DATA / ADC_LOW2 用于保存 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ADC_FLAG 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位 ， 當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG = 1，要由軟件清 0。 它的具體設(shè)置如表 所示。在 P1M0、 P1M1 中 對 相 應(yīng)的位進行設(shè)置，其具體設(shè)置如表 所示。 STC12C5616AD 單片機的 A/D 轉(zhuǎn)換功能的控制主要有 ADC_CONTR 控制寄存器 來實現(xiàn) ，其各個位的功能如表 所示。 其 轉(zhuǎn)換速度由控制寄存器中的 SPEED1 和SPEED0 確定。 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器 ADC_DATA 和ADC_LOW2，同時，置位控制寄存器 ADC_CONTR 中的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位ADC_FLAG， 以供程序查詢或發(fā)出中斷申請。 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 3 J un 20 11 S he e t of F i l e : F : \ 原理圖 \ M y D e s i gn .dd b D r a w n B y :C1S3R2R1V C C 510K1K10ufC7 30 P FC630 P F12 M H ZR6600V C C + 5C8 ufC9 ufC 12 ufV C C + 5C 13 ufV C C + 5R730KR820KV C C + 5C 11 ufC 10 ufR 123 142T he r m i s t or T he r m i s t orT he r m op i l e T he r m op i l eL M 35 812345678A D 62 0V C C + 5 C 14 uf1KRt23841A23841AL M 35 8T S 11 8 1V1V0V2 圖 信號采集電路圖 STC12C5616AD 單片機 STC12C5616AD 單片機 是宏晶科技生產(chǎn)的高速、低功耗的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051， 其 內(nèi)部集成 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 器 [8]。 信號采集電路的電路圖如圖 所示。 環(huán)境溫度信號處理電路：環(huán)境溫度信號處理電路 主要是 實現(xiàn)環(huán)境溫度檢測電阻Rrt 到輸出電壓 Vrt 的轉(zhuǎn)換。其放大倍數(shù)由一個精密可調(diào)電阻（ R13）進行調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可在 1～ 1000 之間調(diào)節(jié) 。 體溫信號 放大 電路 是 由 儀用 放大器 AD620 和 參考 電壓電路組成；環(huán)境溫度信號處理電路是 由 運算放大器 LM358 構(gòu)成的電壓跟隨器組成。15V，而且 它的 輸出電壓擺幅 比較 大 ， 很 適合于電池供電 。其 單電源 為 3～ 30V， 雙電源 為 177。 18V。此外， AD620 采用 8 引腳 SOIC 和 DIP封裝，尺寸小于分立式設(shè)計，并且功耗較低 (最大電源電流僅 mA)，因此非常適合電池供電的便攜式 (或遠(yuǎn)程 )應(yīng)用 ，其 工作電壓 為 ～ 36V 或 177。4 25℃ Beta 值 ppm/K 3970177。5 500k,1Hz 視角 176。 基于單片機的紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計 31 表 TS1181 傳感器的 主要 參數(shù) 參數(shù) 單位 值 條件 內(nèi)阻 kΩ 43177。 在 TS1181 內(nèi)還集成了一 個熱敏電阻 ， 用于測量環(huán)境溫度。TS1181 應(yīng)用微結(jié)構(gòu)薄膜技術(shù)在硅底板上集成了許多個基于熱電效應(yīng)的熱電偶 ， 熱電偶的熱端和冷端之間用隔熱的 SiNx 隔膜隔開 ， 熱端的吸收區(qū)把引入的紅外線轉(zhuǎn)換成熱量 ， 而熱電偶把熱量成比例地轉(zhuǎn)換成電壓輸出 [4]。 信號采集部分設(shè)計 元器件簡介 TS1181 傳感器： TS1181 型紅外溫度傳感器 是一種專門用于非接觸 體溫 測量的傳感器 。 本 系統(tǒng) 的 硬件電路主要由 電源 、 信號采集、 顯示 器接口 、鍵盤以及 超限 報警等 模塊 組成。系統(tǒng)器件越多，器件之間 的 相互干擾也就越強，功耗也就越大，也 就 不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （ 5）要仔細(xì)考慮 硬件設(shè)計 的 可靠性及抗干擾 性 ，它包括去耦濾波、通道隔離等。但 由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比 較 長。 （ 3） 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。 這能夠 為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。 基于單片機的紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計 30 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件電路 設(shè)計 是 整個 系統(tǒng)設(shè)計的 重要 組成 部分，整個系統(tǒng) 功能的實現(xiàn)其實就是 所有子 模 塊 的功能 的 實現(xiàn) 。該單片機 不僅具有代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機 、運算 速度快 等特點，而且還有較大的 RAM、 ROM 空間 和 8 路 10 位的 A/D轉(zhuǎn)換功能 。 而且在本設(shè)計中 還 需要 設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換 電路 ，電路 比較 復(fù)雜，故不選此方案。 單片機的選擇 方案一 采用 MCS51 系列單片 機。 液晶顯示器 與數(shù)碼管相比， 有 以下 明顯的優(yōu)點：微功耗 、 尺寸小 、 顯示信息量大 、 字跡美觀 、 視覺舒適而且容易控制。數(shù)碼管具有耗能低、電壓低、壽命長、對外界環(huán)境要求低等優(yōu)點，但其 也有 電路復(fù)雜 、 占用資源較多 、 顯示信息少 、 不宜顯示大量信息 等缺點 ， 故 不選此方案。 由于 TS1181 具有較小的熱慣性和較高的靈敏度 ， 因此 非常適用于醫(yī) 學(xué)測溫 ， 故 選方案 三 。 TS1181 是 德國 HL2 Planartechnik 公司生產(chǎn)的 非 接觸式 紅外 溫度傳感器。但這種傳感器一般用于開關(guān)電路，紅外防盜報警等方面，若要用于測量體溫，則需要加入步進電機等進行斬光處理 ，硬件上的復(fù)雜性決定了它的穩(wěn)定性不高，故不選此方案。 方案二 采用熱釋電紅外線傳感器 D203S。 器件選型 傳感器 的選擇 方案一 采用紅外線溫度傳感器 IRTP。 放大 后 的 電壓 信號 經(jīng)過單片機自帶 A/D 模塊的 A/D 轉(zhuǎn) 換 后 ， 由 單片機對 這些數(shù)字量進行 處理 和 分析 。 圖 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)的工作原理如下：首先 由熱電堆紅外 傳感器 采集人體體溫 信號 和環(huán)境溫度信號 并 以 電壓 形式輸出 。 基于單片機的紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計 28 2 方案設(shè)計與器件選型 總體方案設(shè)計 本系統(tǒng)主要有信號采集模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、超限報警模塊等部分組成。 （ 3）準(zhǔn)確度高 紅外測溫是非接觸測量，不破 壞物體本身的溫度分布，因而所測溫度 真實 、準(zhǔn)確。 紅外測溫的特點 （ 1）遠(yuǎn)距離和非接觸測量 紅外測溫不需要與被測物體接觸，并可遠(yuǎn)距離測量，它特別適合于對高速運動物體、旋轉(zhuǎn)體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測量。 紅外光子探測器的主要缺點是需要制冷，因為 它需要用制冷來 抑制由于熱運動而產(chǎn)生的 自由載流子。 紅外光子探測器是利用光子效應(yīng)制成的紅外探測器。熱釋電探測器是利用熱釋電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬 、靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣 、 容易使用。熱敏電阻探測器是根據(jù)物體受熱后電阻會發(fā)生變化的性質(zhì)而制成的紅外探測器 ， 它可以響應(yīng)從 X 射線到微波波段的整個范圍，可在室溫下正常工作，但由于其時間常數(shù) 大，只適用于響應(yīng)速度要求不高的場合。 熱探測器分為熱電堆探測器、熱敏電阻探測器、氣體探測器和熱釋電探測器等，而光子探測器則分為光電子發(fā)射器、光電導(dǎo)探測器、光生伏特器和光電磁探測器等 [3]。 紅外探測器 的 分類 紅外探測器是紅外測溫儀的重要組成部分 ，它對測量的精度和范圍有著重要的意基于單片機的紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計 27 義 。世界上除了一些大軍工企業(yè)公司 (如美國的 Honeuwell 公司、休斯飛機公司 )之外，許多大商業(yè)公司 (如三菱電氣、日本橫河電機 (株 )、瑞典 AGA 公司、法國 Pyro 公司、 Sofradier 公司、 HGH 紅外系統(tǒng)工程公司等 )也正在積極從事紅外測溫、熱成像技術(shù)的研究及產(chǎn)品開發(fā)。 隨著紅外材料及傳感器類型的不斷開發(fā)研究，新型測溫儀器正逐步替代傳統(tǒng)的測試手段。國內(nèi)紅外測溫技術(shù)相對來說技術(shù)落后，產(chǎn)品種類比較單一，測溫精度及測溫分辨率 較低 ，在技術(shù)性能上國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比還有一定差距 。 我國的紅外技術(shù)研究起步于 60 年代 ， 70 年代后期開始了紅外玻璃測溫計的研究，并取得了可喜成果 ，但至今未形成系列產(chǎn)品，工業(yè)應(yīng)用僅在近 些 年才開始。近代紅外技術(shù)始于二戰(zhàn)，推動技術(shù)發(fā)展的原因主要是由于軍事上的迫切需要和航天工程的蓬勃開展 。 到 1935 年，安培稱之為紅外線，也可稱之為紅外輻射。 紅外測溫技術(shù)國內(nèi)外 發(fā)展 概況 1800 年，英國天文學(xué)家威178。 紅外測溫技術(shù)是 一 門很實用和前沿的技術(shù) ， 其內(nèi)容涉及電子技術(shù)、檢測技術(shù)、單基于單片機的紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計 26 片機技術(shù)等多方面內(nèi)容 ， 以此作為畢業(yè)設(shè)計，有利于理論聯(lián)系實際， 提高 個人 的綜合能力，同時 這也是對本科階段學(xué)習(xí)內(nèi)容的升華 。 本 設(shè)計 以 STC12C5616AD 單片機為控制核心，輔以信號采集模塊、電源模塊、超限報警模塊、按鍵模塊和溫度顯示模塊等外圍電路來實現(xiàn)溫度的測量 的。 由于 人 的體溫值基本上是恒定的， 只在較小的范圍內(nèi)變化 (35℃～ 42℃ )。此外， 它還 具有測溫 時間短 、使用簡單等優(yōu)點。它的紅外傳感器只吸收人體輻射的紅外線而不向人體發(fā)射任何射線， 因此它對人體及環(huán)境是無害的。但電子體溫計測溫 也是需要接觸測量的，因此 也需要較長的時間，同樣使用不 方 便。 其次 ，采用水銀體溫計測溫需要相當(dāng)長的時間 (5min～10min)， 這對人們來說相當(dāng)不方便 。 首先，水銀體溫計遇熱或安置不當(dāng)，體溫計容易破裂。 國內(nèi)外體溫計的發(fā)展大致分為三個階段 ： 第一階段是常見的玻璃水銀體溫計；第二階段是電子體溫計； 第三階段 是非接觸式紅外體溫計。 目 錄 中文摘要 ...................................................................................................... Ⅰ 英文摘要 ...................................................................................................... Ⅱ 1 緒論 ............................................................................................................ 1 選題 的目的和意義 ............................................................................. 1 紅外測溫技術(shù)國內(nèi)外 發(fā)展 概況 .......................................................... 2 紅外 探測器的分類 ............................................................................. 2 紅外測溫的特點 ................................................................................. 3 2 方案設(shè)計與器件選型