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1、红外电子体温计设计方案1.1、 红外测温技术简介红外测温原理:一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。在2003年全国防“非典”斗争中，我国对红外技术应用于非接触式测温进行了深入研究，在短时间内开发成功了“非接触式红外测温仪”，打开了国内“非接触式测温”新篇章。在国外，非接触式红外测温仪已经非常先进了，自1999年就有许多国家致力于这方面的开发研究，到现在为止很多国家的铲平已经达到国际先进水平
2、，并已广泛应用于各个领域。比如：美国早在2001年就颁布了有关红外测温仪的计量标准，美国雷泰公司生产的ST系列红外测温仪已达到世界领先水平。由于红外测温仪测量温度范围宽，除了用于人体温度检测外，还可用于电器的红外测温、供暖的红外测温、运输/汽车维修时的红外测温等各个领域。因此，它具有广泛的开发前景！目前国内开发的红外体温计主要有华中科技大学研制的“慧眼：HW一05”人体温度红外热图像仪其分辨率高达006；中科院上海物理研究所研制的红外测温仪和兰州大学合华技术应用开发中心开发的LHWI型红外线测温仪。国外产品有德国博郎集团开发的只需1秒即可测出体温的红外体温计；日本欧姆龙研制的几款非接触式红外体
3、温计和BJ40型非接触式医用红外线体温计(精度为O2)，其主要器件是红外温度传感器。1.2、 单片机简介单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031
4、，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至
5、1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百
6、台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机芯片可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不
7、怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成芯片，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或
8、其它可编程逻辑器件上。2 整体方案设计2.1、整体设计方案的实现2.1.1、设计原理本设计是利用红外线测体温的原理：物体因其自身的温度不同，便会发射出不同波长的红外线辐射能力，这个值是相对稳定的。将被测物体发射的红外线具有的辐射能转变为电信号，红外线辐射能量的大小与物体本身的温度是相关的，根据转变成的电信号的大小，就可以确定物体的温度。本设计利用这个原理，通过红外传感器进行体温测量，红外传感器将收集到的被测人员的红外线转换成电信号，电信号被放大后再经A/D转换器转换为数字信号，并将数字信号送入单片机，单片机将接受到的信号送显示电路显示。此外，本设计还增加了超温报警功能，当被测人体温超过38度时
9、，LED灯亮报警；体温超过39度时，LED灯亮的同时蜂鸣器蜂鸣报警。 2.1.2、系统框图本次红外测温仪的设计主要由红外传感器、放大电路、A/D转换电路、时钟电路、单片机控制电路、显示电路、报警电路等部分构成。2.2、系统总方案2.2.1、系统工作原理本课题设计了一个基于单片机的无线电子体温计，通过按键控制数码管显示。当测温键按下时，系统利用红外温度传感器检测到被测物体温度，并将其转换为微弱电信号，通过A/D转换电路将电信号转换为数字信号，并将之送入单片机控制电路，这样单片机便可以对信号进行比较系统的处理，这些处理时通过对单片机的编程来实现的，然后，单片机将处理结果输入到显示电路中，显示模块便
10、能准确显示人体温度。当被测人体温超过38度时，LED灯亮报警；体温超过39度时，LED灯亮的同时蜂鸣器蜂鸣报警。在测温键没有按下时，系统在时钟电路作用下显示当前时间。2.2.2、系统总硬件原理图2.3 系统开发方法及开发工具2.3.1 硬件开发工具介绍Protel 是由始建于1985年的Protel Technonology公司开发的、功能强大的电子电路设计软件。本设计主要用Protel电子设计软件进行电子线路的设计，电路原理图见附录二。Protel电子线路设计软件是在TANGO基础上改进的电路CAD软件，它在原理图文件格式、印制板文件格式、原理图器件库文件格式、印制板封装库文件格式、原理图编
11、译和网络表转换与检查等方面保持了与TANGO版本一致或兼容的前提下，对原TANGO版本做了一些改动。Protel电子线路设计软件由原理图编辑、印制板设计、原理图输出、印制板输出、原理图器件库编辑和其他应用程序组成。电路原理图的设计是印制电路板设计中的第一步，也是非常重要的一步。电路原理图设计得好坏将直接影响到后面的工作。首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查找和纠正错误；最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤：1、设置电路图
12、纸参数及相关信息根据电路图的复杂程度设置图纸的格式、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息，为以后的设计工作建立一个合适的工作平面。2、装入所需要的元件库将所需的元件库装入设计系统中，以便从中查找和选定所需的元器件。3、设置元件将选定的元件放置到已建立好的工作平面上，并对元件在工作平面上的位置进行调整，对元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置，以便为下一步的布线工作打好基础。4、电路图布线利用Protel所提供的各种工具、命令进行画图工作，将事先放置好的元器件用具有电气意义的导线、网络标号等连接起来，布线结束后，一张完整的电路原理图基本完成。5、调整、检查和修改利用Protel所提供的各
13、种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修改。6、补充完善对原理图做一些相应的说明、标注和修饰，增加可读性和可观性。7、保存和打印输出这部分工作主要是对设计完成的原理图进行保存，包括存盘、打印输出等，以供以后的工作中使用。2.3.2 软件开发工具介绍单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行的单片机开发的软件。Keil C51 uVision2 集成开发环境是美国Keil Software 公司开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种复合当前工业标准的
14、开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。Keil C51 uVision2集成开发环境的主要功能有以下几点：1、 Keil C51 uVision2：是一个集成开发环境，它将项目管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强大的环境中；2、 C51国际际准化C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块；3、 A51宏汇编器：从80C51汇编源代码产生可重定位的目标模块；4、 BL51链接器/定位器：组合由C51和A51产生
15、的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块；5、 LIB库管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件；6、 OH51目标文件至HEX格式的转换器，从绝对目标模块生成Intel Hex 文件；7、 RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。2.4、元器件方案选择2.4.1 单片机芯片选择方案一：选用AT89C52芯片。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。方案二：选用AT89S52芯片。与AT89C52相比，AT89S52新增加了高可靠性、安全性的功能，所以能避免因外部环境恶劣而引起的信号失真、电磁干扰等现象的发生。因此，用它作为系统的控制器可以满足检测与控制的要求。而且，从经济性的方面来看，AT89S52不但硬件结构简单，而且价格低、功能强、性价比高，符合本设计的要求。 综上所述，本设计采用AT89S52作为单片机控制芯片。2.4.2、红外温度传感器选择方案一：采用红外温度传感器MLX90615ESG-DAA，MLX90615在信号调节芯片中使用
