【正文】 .................................................................................................................... 24 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................................................................................................... 25 誤差分析與抗干擾設(shè)計(jì) ................................................................................................... 26 系統(tǒng)誤差分析 ................................................................................................................. 26 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 27 系統(tǒng)性能測試 ................................................................................................................... 27 減小誤差措施 ................................................................................................................... 28 8 結(jié)論 ............................................................................................................ 28 謝辭 .................................................................................................................. 29 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................... 30 附錄 .................................................................................................................. 31 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 1 頁 共 47 頁 引言 便攜式紅外測溫系統(tǒng)是一種全新的測溫系統(tǒng)，其將紅外技術(shù)、傳感器技術(shù)與微電子技術(shù)等相結(jié)合。通過單片機(jī)處理得到目標(biāo)物體的溫度值，并讓溫度值以方 便直觀的方式(例如數(shù)字 )顯示在液晶屏上。 1 便攜式紅外測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景 體溫計(jì)的發(fā)展歷程 溫度計(jì)也被稱為“醫(yī)療溫度計(jì)”，目前日常使用的是工作材料為水銀的溫度計(jì)。由于人體的溫度在 35℃ 到 42℃ 之間，人體的生命機(jī)能可以正常工作，所以水銀體溫計(jì)的測溫范圍是以此為根據(jù)的，即水銀溫度計(jì)的測溫范 圍是 35 到 42 攝氏度，并且又把每一度各自分為 10 個(gè)小等份，因此體溫計(jì)的精確度為 1/10 度。這是其它一些溫度計(jì)所沒有的特色，這也是水銀體溫計(jì)和其它液體溫度計(jì)之間最明顯的區(qū)別。然而，操作方便、性能有效的溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，出現(xiàn)在 300 年后。德國物理學(xué)家華倫海特在借鑒溫度計(jì)的研制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在 1714 年的時(shí)候，他成功研制出了水銀體溫計(jì)，這款水銀體溫計(jì)的測溫范圍是在水的冰點(diǎn)和人的體溫之間。所以即使小的溫度變化，也會(huì)引起玻璃管中水銀柱快速的上升。德國教授 Wunderlich 在 1868 年，他 發(fā)表了“疾病與體溫”一書，其中對 25000 例患者的溫度變化進(jìn)行了詳細(xì)的記錄，由于 Wunderlich 所 用 的 體溫計(jì)的體積較大， 所以每一次記錄溫度要花費(fèi) 20 分鐘。用其測量體溫，在人體體溫正常時(shí)，將會(huì)呈現(xiàn)綠色；若是溫度偏低，則會(huì)呈現(xiàn)黃色；若是溫度偏高，則會(huì)呈現(xiàn)紅色。由于這類溫度計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義，很快成為廣泛的臨床應(yīng)用。到目前為止，電子體溫計(jì)是最為廣泛流行使用的，這種廣受歡迎的體溫計(jì)可以概括的分為兩大種類，即實(shí)測式和預(yù)測式，并且它們都是可以通過讀取數(shù)字得出溫度值，這種溫度計(jì)使用比較方便。利用液晶制成的溫度計(jì)，即液晶體溫計(jì)，用來測量體溫等待時(shí)間很短，如測腋窩，其用的時(shí)間僅僅是45 秒，準(zhǔn)確、安全，但是價(jià)錢昂貴。目前，日常水銀溫度計(jì)使用比較普及，水銀溫度計(jì)測量體溫的依據(jù)是：水銀受溫度影響而熱脹冷縮。這類溫度計(jì)有許多的弊端：在使用時(shí)，需要和被測者接觸，并且常常需要較長時(shí)間，讓溫度計(jì)與人體皮膚充分接觸，當(dāng)溫度測量結(jié)束后必須讓水銀重新回到液泡中，整個(gè)溫度計(jì)都是由玻璃包裹著，水銀在重新回到液泡中的過程極易破碎，而且水銀是有毒物品，對人體的負(fù)面影響是非常強(qiáng)的，所以普通的溫度計(jì)有非常嚴(yán)重的安全漏洞。非接觸式的溫度計(jì)具備許多不能代替的優(yōu)勢，例如：安全、有效性高、使用方便等，已 經(jīng)受到大多數(shù)的醫(yī)療行業(yè)的歡迎。對于人口過于集中的場合來說，溫度快速測量是非常重要的，因此快速溫度測量和公眾的非接觸式醫(yī)用紅外測溫系統(tǒng)的研究不僅具有利益豐厚的商業(yè)價(jià)值，而且它也具有重大的社會(huì)意義。查找了許多關(guān)于紅外測溫 的材料后，決定把熱釋電紅外測溫技能作為整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)，開發(fā)以 AT89S52 單片機(jī)為基礎(chǔ)的便攜式非接觸的紅外溫系統(tǒng)，并且通過無線藍(lán)牙的傳送，同時(shí)實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端的溫度數(shù)據(jù)的顯示和指令的發(fā)送。整桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 3 頁 共 47 頁 個(gè)測溫系統(tǒng)必須具有結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、操作簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，主要研究工作如下： (1)基于對紅外知識(shí)的分析、對紅外傳感器的選擇比較和測溫方案的紅外測溫原理認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，然后再設(shè)計(jì)紅外測溫系統(tǒng)的總體方案； (2)對硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成測量目標(biāo) 溫度、藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)和指令、液晶顯示屏顯示實(shí)時(shí)溫度、聲光報(bào)警等部分的電路設(shè)計(jì)； (3)對軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成模塊的初始化、目標(biāo)溫度處理單元、藍(lán)牙傳送、按鍵與液晶屏顯示部分的流程圖設(shè)計(jì)和相關(guān)部分軟件的編寫； (4)對系統(tǒng)進(jìn)行整機(jī)調(diào)試； (5)對系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析。 設(shè)計(jì)要求 要求所設(shè)計(jì) 的便攜式紅外測溫系統(tǒng)具有以下功能： (1)完成對便攜式紅外測溫系統(tǒng)方案的確定及器件選擇； (2)通過控制按鈕開始測溫，并能顯示被測對象的實(shí)時(shí)溫度； (3)紅外測溫系統(tǒng)的測量溫度范圍： 0℃ ~85℃ ，測量精度≤177。 3 紅外測溫系統(tǒng)的總體方案選擇 本課題的設(shè)計(jì)是綜合應(yīng)用了硬軟件知識(shí)的結(jié)合，每一個(gè)模塊如何設(shè)計(jì)，選擇什么芯片處理，代碼如何編寫，這些都會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，尤其是硬件模塊的選擇決定了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所能達(dá)到的高度，所以對每 個(gè)模塊的設(shè)計(jì)都必須要慎重，多考慮幾種方案，通過相互對比后才能選擇，這樣才能確定設(shè)計(jì)的高度，才能揚(yáng)長避短。由以往的實(shí)訓(xùn)經(jīng)歷可知，數(shù)碼管具有低功耗、價(jià)格便宜、低電壓、使用壽命長、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。如果顯示的信息量大，就需要許多數(shù)碼管，會(huì)造成占用許多資源。 液晶 LCD1602 的優(yōu) 點(diǎn)：字符型液晶屏，表示字母和數(shù)字比較方便，功耗低，控制方便，體積小、薄、輕，顯示內(nèi)容豐富，字跡美觀，成桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 4 頁 共 47 頁 本低、視覺舒適。經(jīng)過對兩個(gè)方案的對比，所以選擇方案二，選用 LCD1602 作為本次設(shè)計(jì)的顯示屏。這種熱釋電紅外線傳感器屬于開關(guān)型的傳感器，只能輸出高低兩種狀態(tài)。這種傳感器的特點(diǎn)就是不用去接觸人體，就可以測得人體的溫度。如果采用傳感器 D203S，會(huì)導(dǎo)致硬件會(huì)很復(fù)雜，電路容易出現(xiàn)故障，穩(wěn)定性不好。這一系列的紅外測溫系統(tǒng)的測溫范圍是20℃ ~300℃ ， IRTP 的特點(diǎn)就是：它本身集成了信號(hào)處理電路和環(huán)境溫度補(bǔ)償電路；屬于多用途緊湊型的紅外線測溫探頭；不容易受環(huán)境干擾 。 方案三：采用 TN_9 紅外溫度傳感器， TN_9 是凌陽公司生產(chǎn)的一款溫度傳感器，傳感器本身內(nèi)部已經(jīng)集成了線性處理電路、光學(xué)系統(tǒng)電路和溫度補(bǔ)償電路，它是一種集成的紅外探測器，可以在采集完數(shù)據(jù)后，直接向單片機(jī)輸出數(shù)字信號(hào)，只需要 1 秒時(shí)間去響應(yīng)、精度達(dá)到了 +/℃ 、穩(wěn)定性好。 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方案 在對各種不同的方案進(jìn)行了比較，了解了各種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，最后選擇AT89S52 單片機(jī)為主處理器， TN_9 作為紅外測溫模塊， LM7805 作為穩(wěn)壓芯片，BLKMDHC05 作為無線藍(lán)牙模塊， LCD1602 用作本系統(tǒng)的顯示部分。硬件的流程是單片機(jī)主控制器通過不斷的掃描按鍵，當(dāng)掃描到按鍵值要求開始測溫時(shí)，然后調(diào)用相應(yīng)的指令給 TN_9，在完 成相應(yīng)的指令后， TN_9 就把測量結(jié)果送往單片機(jī)，單片機(jī)主控制器處理信號(hào)后，將會(huì)把測量數(shù)值顯示到 LCD1602 模塊上，并且同時(shí)也將測得的實(shí)時(shí)溫度值傳送到手機(jī)客戶端，以方便進(jìn)行觀測，手機(jī)客戶端可以通過藍(lán)牙向單片機(jī)發(fā)送指令，控制測溫系統(tǒng)的啟動(dòng)。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 5 頁 共 47 頁 圖 便攜式紅外測溫系統(tǒng)功能模塊框圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 根據(jù)系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求，本測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用單片機(jī)編寫相應(yīng)的軟件部分，例如實(shí)現(xiàn)掃描按鍵，溫度的檢測、顯示、聲光報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，所以軟件部分的設(shè)計(jì)仍舊選用模塊化的設(shè)計(jì)思想。 圖 紅外測溫系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)框圖 在圖 紅外測溫系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)框圖中，主程序模塊主要完成系統(tǒng)初始化；TN_9 模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和測量；按鍵模塊主要負(fù)責(zé)輸入按鍵信號(hào)，處理按鍵請求等；液晶屏顯示模塊主要負(fù)責(zé)獲取被測 目標(biāo)相應(yīng)溫度數(shù)據(jù)；無線藍(lán)牙傳輸模塊主要負(fù)責(zé)將 TN_9 采集到的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過藍(lán)牙將其傳送到手機(jī)客戶端，進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。 主從控制器 AT89S52 主從控制器單片機(jī)作為紅外測溫系統(tǒng)的主要處理器件和傳輸紐帶，整個(gè)測溫系統(tǒng)的性能指標(biāo)由單片機(jī)決定。 由于用戶可以通過 AVR_fighter 軟件就可以下載 /燒錄用戶程序到單片機(jī)中，根本不需要 將單片機(jī)從產(chǎn)品上拆下，因此對于一邊設(shè)計(jì)一邊探索的設(shè)計(jì)，可以隨時(shí)加以完善，這樣同時(shí)保證了設(shè)計(jì)速度，而且也降低了軟件缺陷風(fēng)險(xiǎn)。 圖 AT89S52 單片機(jī)引腳圖 AT89S52 單片機(jī)的特點(diǎn)： (1)與 MCS51單片機(jī) 產(chǎn)品兼容； (2)8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ； (3)1000次擦寫周期； (4)全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz； (5)三級(jí)加密 程序存儲(chǔ)器 ； (6)32個(gè)可編程 I/O 口線； (7)三個(gè) 16位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； (8)8個(gè) 中斷源 ； (9)全雙工 UART 串行通道； (10)低功耗空閑和掉電模式； (11)掉電后中斷可喚醒； (12)看門狗定時(shí)器 ； (13)雙數(shù)據(jù)指針。當(dāng) VCC 電源正常時(shí)，此引腳作為復(fù)位引腳，當(dāng) VCC 電源斷電時(shí)，此時(shí)引腳作為備用電源接入，在低功耗的情況下，使片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)得到保護(hù)。作為控制信號(hào) （ ALE） 時(shí)為輸出信號(hào)，頻率為始終振蕩頻率的 1/6；作 __________PROG 用時(shí)為輸入引腳，在 EPROM 編程輸入編程脈沖； (4) ________PSEN :允許程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，是用于輸出的。若產(chǎn)生了尋訪片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指令，那么在則在 12 個(gè)振蕩周期內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生 ________PSEN ； (5)VDD/ ____EA :片外程序 ROM 有效 /編程電源。作 VDD 用時(shí)為電源輸入，輸入 21V編程電源 VPP。在設(shè)計(jì)過程中的紅外測溫模塊裝置的選取問題上，首先必須考慮的是元器件的下列性能因素：元器件的尺寸、測溫響應(yīng)速度和時(shí)間、視場有效檢測面積、信號(hào)處理功能、元件數(shù)量、確定波長范圍、制冷方式、確定光學(xué)分辨率、光譜響應(yīng)的范圍和被檢測目標(biāo)物體的溫 度。 T