红外电子体温计设计方案

1 红外电子体温计设计方案 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，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 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： 05”人体温度红外热图像仪其分辨率高达 0 06 ；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 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温计和 非接触式医用红外线体温计 (精度为 O 2 )，其主要器件是红外温度传感器。 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（ 常用英文字母的缩写 示单片机，它最早是 2 被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 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 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。 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 8031，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 列特别是后来的 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 300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 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 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台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 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 3 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 。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其它可编程逻辑器件上。 4 2 整体方案设计 整体设计方案的实现 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， 亮报警；体温超过 39 度时， 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。 5 统总方案 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，显示模块便能准确显示人体温度。当 被测人体温超过 38 度时， 亮报警；体温超过 39 度时， 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。 统总硬件原理图 6 系统开发方法及开发工具 硬件开发工具介绍 由始建于 1985 年的 司开发的、功能强大的电子电路设计软件。本设计主要用 子设计软件进行电子线路的设计，电路原理图见附录 二 。 子线路设计软件是在 础上改进的电路 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、原理图编译和网络表转换与检查等方面保持了与 本一致或兼容的前提下，对原 本做了一些改动。 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 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 提供的各种工具对前面所绘制的原理图做进一步的调整和修 7 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。 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， 件是目前最流行的单片机开发的软件。 51 成开 发环境是美国 司开发的基于80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。 51 成开发环境的主要功能有以下几点： 1、 51 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、 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、 汇编器：从 80编源代码产生可重定位的目标模块； 4、 接器 /定位器：组合由 生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块； 5、 管理器：从目标模块生成连接器可以使用的库文件； 6、 标文件至 式的转换器，从绝对目标模块生成 件； 7、 时操作系统：简化了复杂的实时应用软件项目的设计。 8 元器件 方案选择 片机芯片选择 方案一：选用 片。 一个低电压，高性能 位单片机，片内含 8k 可反复擦写的 读程序存储器和 256 随机存取数据存储器（ 器件采用 司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 片机在电子行业中有着广泛的应用。 方案二：选用 片。 与 比， 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， 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 为单片机控制芯片。 外温度传感器选择 方案一： 采用红外温度传感器 信号调节芯片中使用了先进的低噪音放大器，一枚 16及功能强大的 件。温度计能适应从 到 85C 的广泛工作温度范围，目标的体表可操作 温度为 至 115C。但是从设计角度而言，由于该传感器输出的是精准的且与温度大小线性相关的数字信号，简化了设计难度。而且价格不菲，易于损坏。故不选用此方案。 方案二： 采用 红外线温度传感器 列红外测温系统是一种集成专用信号处理电路以及环境温度补偿电路的多用途红外温度测量系统，它属于工业测温传感器。不能用作人体测温，故不选用此方案。 方案三：采用热释电红外线传感器 释电红外线传感器是 80 年代发展器起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的 9 红外线能量的变 化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。热释电红外线传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。 综上所述，本设计采用热释电红外传感器。 片选择 目前业界专用 片，外围电路结构越来越简单、精度越来越高，可靠性与稳定性都要远远高于 理器集成的 A/D 转换器。并参考表一各自优缺点。在设计中选用专用 A/D 芯片完成模拟量采集。 表一 A/D 采集方案对比 A/D 采集 位数 优点 缺点 理器集成 A/D 12 位 无需外加 路简单。 可靠性不高，采样频率低。 专用 A/D 芯片 16 不占用 源，精度高。 外围电路结构较复杂。 专用 A/D 芯片选择方案： 方案一：选用 8 路 8 位逐次逼近式 A/D 转换器，具有三态数据总线，可以直接和 口。 0809 由 8 路模拟开关、通路地址锁存器、 8 位 A/D 转换器和三态锁存器缓冲器等组成，但它适用于精度要求不高（分辨率 1/256）的多路 A/D 转换，故不选用此方案。 方案二：选用 具有三态输出总线的高速（ 10 精度（ A/D 转换器，可以直接和 口。 部含有 12 位逐次逼近式 A/D 转换器、时钟电路、基准电源电路、三态数据锁存器缓冲器等。 与 8 位的单片机接口较复杂，且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量，其响应时间的要求不高，故不选用此方案。 方案三：选用 8 脚双列直插式双通道 A/D 转换器，能分别对两路模拟信号实现模 数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。 8 位的分辨率（最高分辨可达 256 级），可以适应一般的模拟量转换要求。它体积小，兼容性 ，性价比高，符合本设计的要求。 综上所述，本设计采用 为 A/D 转换器。 10 示器件选择 方案一：选用 晶显示器。 构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。虽然显示效果颇佳，但是价钱较其贵。由于该设计显示数字较少。故不选用此方案。 方案二：选用 码管。 码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 码管是一类显示屏。通过对其不同的管脚输入相 对的电流，会使其发亮。从而显示出数字 数码管能够显示时间、日期、温度、等所有可用数字表示的参数。而且工作电低，显示简单明了。 综上所述，本设计采用 码管显示器。 11 3 系统的硬件设计 统的模块设计 号采集模块 在介绍整个模块前，先简要介绍几个相关概念。 （一）黑体辐射定律 红外体温计的测温原理是基于黑体辐射定律。在任何温度下都能全部吸收投射到其表面的任何波长的辐射能量的物体称为黑体。黑体的单色辐射出度是描述在某一波长辐射源单位面积上发 出的辐射通量。 黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为 1。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。 物体发射率对辐射测温的影响：自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与 构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于 1 的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。 当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度， 用公式可表达 为： E=（ E 是辐射出射度单位是 W 是斯蒂芬一波尔兹曼常数， 5 6712 （ 4）； 是物体的辐射率； T 是物体的温度（ K）； 物体周围的环境温度（ K）。 人体主要辐射波长在 910 m 的红外线，通过对人体自身辐射红外能量的测量，便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，因而可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度，便能准确地测定人体表面温度。红外温度测量技术的最大优点是测试速度快， 1 秒钟以内可测试完毕。由于它只接收人体对外 发射的红外辐射，没有任何其它物理和化学因素作用于人体，所以对人体无任何害。 （二） 菲涅尔透镜简介： 菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀 明的，他在 1822 年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统 灯塔透镜。菲涅尔透镜 (一种微细结构的光学元件，从正面看其象一个飞镖盘，由一环一环的同心园组成。 菲涅尔透镜 (多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大 的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在 1性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。 菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在 ，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体 能以温度变化的形式在 产生变化热释红外信号。 （三） 介 红外传感器是红外体温计的关键部件，在本设计中红外温度传感器我们选用 通用双元热释电红外线感测器，它是利用温度变化的特征来探测红外线的辐射，采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，提高了感测器的工作稳定性。 用非常广泛，例如：保险装置、防盗报警器、感 13 应门、自动灯具、智能玩具等。 格尺寸如下： 引脚图如图 a 所示，等效电路如图 b 所示。 图 a 脚图 图 b 效电路 热释电红外传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有 T 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 Q，即在两电极之间产生一微弱电压 V。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件 效应管 组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光 14 片为 6层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约 5下）可很好滤除。热释电元件 波长 在 812间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 释电红外传感器能无接触地检测人体运动时辐射出的红外线并转换成电信号输出。人体的体温约为 3 7 ，辐射最多红外线的波长是 10m 左右，而 5 14m 范围波长比较灵敏，他采用了 2 个热释电元件 ， 表面吸收红外线，并在受光面的内外各自安装取出电荷的一对电极，能敏感的捕捉到被测物体或光源，具有很高的灵敏度。 外感测器 的放置方向和器件平面图的尺寸，结合菲涅尔透镜的焦点可以获得一种最佳的光学设计。菲涅尔透镜用于感测器的探测方位： （四） 介 列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著的优点。该四放大器可以工作在低到 或者高到 32 伏的电源下，静态电流大致为 静态电流的五分之一（对每一个放大器而言）。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许 15 多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。输出电压范围也包含负电源电压。 功能特性如下： 短路保护输出； 真差动输入级； 单电源工作： 至 32 伏； 低输入偏置电流：最大 100 纳安； 每一封装四个放大器； 内部补偿； 共模范围扩展到负电源； 行业标准引脚输出； 在输入端的静电放电箔位增加可靠性而不影响器件的工作。 管脚图如 下 图所示 ： 引脚功能如下表所示： 引脚 功能 电压（ V） 引脚 功能 电压（ V） 1 输出 1 输出 3 反向输入 1 反向输入 3 正向输入 1 0 正向输入 3 电源 1 地 0 5 正向 输入 2 2 正向输入 4 反向输入 2 3 反向输入 4 输出 2 4 输出 4 于 运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此它被非常广泛的应用在各种电路中。 16 （五） 信号采集模块电路图 本单元电路主要由菲涅尔透镜、热释电红外传感器、信号放大器几个部分组成，电路如 下图 所示。该部分的作用采集人体红外线信号并进行放大。在放大之前加了一个射级跟随器，作用是提高输入阻抗。其中后端 输出接 A/的输入端。 信号采集模块电路图如下： 在该部分设计中，要在传感器正前方适当位置放置菲涅尔透镜。运动的人体一旦出现在透镜的前方，人体辐射出的红外线通过透镜后在传感器上形成不断交替变化的阴影区（盲区）和明亮区（可见区），使传感器表面的温度不断发生变化，从而输出电信号。菲涅尔透镜不仅可以形成可见区和盲区，还有聚焦作用，其焦点一般为 5 厘米左右，实际应用时，一般把透镜固定在传感器正前方 1米的地方。其工作原理示意图如下图所示。 17 块 （一） 介 本设计中的 A/D 转换器采用 片。 8 脚双列直插式双通道 A/D 转换器，能分别对两路模拟信号实现模 数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。 用串行通信方式，通过 据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。 8 位的分辨率（最高分辨可达 256 级），可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 05V 之间。具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 它 的特性如下： 8 位分辨率； 双通道 A/D 转换； 输入输出电平与 兼容； 5V 电源供电时输入电压在 05V 之间； 工作频率为 250换时间为 32 S； 一般功耗仅为 15 8P、 14P 列直插）、 种封装； 商用级芯片温宽为 0 C 70 C，工业级芯片温宽为 C 85 C； 脚图如下图所示 ： 18 各引脚功能如下： 选使能，低电平芯片使能。 拟输入通道 0，或作为 拟 输入通道 1，或作为 片参考零电位（地）。 据信号输入，选择通道控制。 据信号输出，转换数据输出。 片时钟输入。 源输入及参考电压输入（复用） 工作原理： 正常情况下 单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 O、 由于 与 在通信时并未同时使用并与单片机的接口是双向的，所以在 I/O 口资源紧张时可以将 联在一根数据线上使用。当工作时其 入端应为高电平，此时芯片禁用， I 的电平可任意。当要进行 A/D 转换时，须先将 能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（ 入端输入时钟脉冲， I 端则使用 输入通道功能选择的数据信号。在第一个时钟脉冲的下沉之前 必须是高电平，表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前 应输入两位数据用于选择通道功能。 工作时序 : 当 高变低时，选中 时钟的上升沿， 的数据移入 19 部的多路地址移位寄存器。在第一个时钟期间， 高，表示启动位，紧接着输入两位配置位。当输入启动位和配置位后，选通输入模拟通道，转换开始。转换开始后，经过一个时钟周期延迟，以使选定的通道稳定。 个时钟下降沿输出转换数据。数据输出时先输出最高位 (O)；输出完转换结果后，又以最低位开始重新输出一遍数据 (两次发送的最低位共用。当片选 高时，内部所有寄存器清 0，输出变为高阻态。如果要再进行一次模傲转换，片选 须再次从高向低跳变，后面再输入启动位和配置位。 （二） 换电路图 换电路图如下： 为红外电信号的输入， 出至单片机。其中 接单片机的 接单片机的 片机控制模块 （一） 片机简介 本系统选用美国 司 片机， 片机是 是在现已广泛应用于工业控制等各领域的 列单片机的换代产品。它 具有 89全部功能，是 80增强型并且指令 20 完全兼容， 增加的功能有特殊功能寄存器完成，信心日后他将更广泛地应用与工业控制、汽车控制、智能仪器仪表及电极控制等应用领域。 1、主要功能特性： 1）、兼容 片机； 2）、 8k 字节 租期支持在系统编程 擦写周期 3）、 32 个可编程 I/O 口； 4）、 256 字节内部 5）、 3 个 16 位定时器 /计数器； 6）、全静态时钟 0 7）、全双工 行通道； 8）、 8 个中断源； 9）、 3 级加 密程序存储器； 10）、低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒； 11）、双数据指针； 此外，与 比， 增加了许多功能，这将使单片机在工作过程中具备更高的稳定性和电磁抗干扰性。 部增加了片内看门狗定时器，这将有利于坚固用户应用系统，提高系统可靠性； 有的双数据指针使数据操作更加快捷方便；再次， 行速度更高，最高晶振可达到33后， 持 线下载功能。 缴共有 4个： 户可以直接替换应用系统中的 软硬件均不需做任何修改，带来了很多方便。 正因为 片机增加了高可靠性、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，从经济性的家督来看， 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。 2、引脚介绍： ： 是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 辑门电路 ，对端口 “1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 21 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 程时， 接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 ： 一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部 信号拉低时会输出一个电流 (此外， 可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ 2）和输定时器 /计数器 2 的触发输入。 程和程序校验期间， 收低 8 位地址。 ： 一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 令）时，送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 令）时， 输出 存器的内容。 程或校验时， 接收高位地址和一些控制信号。 ： 是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对 写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 将用 上拉电阻输出电流（ 除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能， 还接收一些用于 速存储器编程和程序校验的控制信号。 位输入。当振荡器工作时， 脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 访问外部程序存储器或数据存储器时， 址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字 节。一般情况下， 以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将 跳过一个 冲。对 储 22 器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止 作。该位置位后，只有一条 令才能将 活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 止位无效。 序储存允许（ 出是外部程序存储器的读选通信号，当外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问 外部数据存储器，将跳过两次 号。 部访问允许。欲使 访问外部程序存储器（地址为0000H 必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 编程，复位时内部会锁存 状态。如 为高电平（接 ）， 执行内部程序存储器中的指令。 储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 荡器反相放大 器的输出端。 3、时钟电路与复位电路： 有两种方式产生，即内部方式和外部方式。 有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚 别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。外接石英晶体（或陶瓷震荡器）及电容 在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。对外接电容 然没有非常严格的要求，但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶 体，推荐使用 300如果使用陶瓷谐振器建议选择 400户还可以采用外部时钟。在这种情况下，外部时钟脉冲接到 ，既内部时钟发生器的输入端， 空。由于外部时钟信号是通过一个 2 分频的触发器后作为内部时钟信号的所以外部时钟 23 的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续的时间和最大低电平持续的时间应符合产品技术条件的要求。本次设计采用内部震荡电路 ,瓷片电容采用 30P,晶振采用 12 复位时单片机的初始化操作，其主要功能是 始化为 0000H，使单片机从 0000H 单元开始 执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行时出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为使单片机正常工作，也需要按复位键以重新启动。 脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间持续 24 个振荡脉冲周期（即两个机器周期）以上。复位操作有上电自动复位、按键电平复位、外部脉冲复位和自动复位四种方式。本设计中采用按键电平复位方式，使复位端经电阻与 源接通而实现。 (二 ) 单片机控制模块电路图 单片机控制模块电路图如下： 单片机的 用来接受 A/D 转换的数据， 控制显示电路， 控制报警和时钟显示电路。 24 示模块 （一） 74介 74 8 位移位寄存器，管脚图如图 3示。当清除端（ 低电平时，输出端（ 为低电平。串行数据输入端（ A， B）可控制数据。当 A、 B 任意一个为低电平时，则禁止新数据输入，在时钟端（ 冲上升沿作用下 低电平。当 A、 B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在 升沿作用下决定 状态。 74脚图 ： 引脚功能： 钟输入端 步清除输入端（低电平有效） A,B：串行数据输入端 H：输出端 74值表 B . H H H H X L X X X X H H L X X L L L . L . . . . 高电平， L低电平， X任意电平， 低到高电平跳变， 规定的稳态条件建立前的电平， 时钟最近的 前的电平。 （二） 码管 为了能以十进制数码直观地显示数字系统的运行数据，目前广泛使用了七段 25 字符显示器，或称做七段数码管。这种字符显示器由七段可发光的线段拼合而成。 半导体 数码管的每个线段都是一个发光二极管（ 称因而也把它叫做 码管或 段显示器。半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应时间短（一般不超过 亮度也比较高。本设计我们采用四位共阳极的数码管来显示。 （三）显示模块电路图 显示模块电路图如下： 显示部分的数码管是通过 1 片 74驱动的，用循环送显的方式，通过 9012 来选择要送显的数码管。单片机的 4片选和 钟端， 74输出 别接到数码管的 口，从而实现单片机控制数码管显示的功能。 统改进设计 26 钟显示模块 在原有基础上加入时钟显示模块，使整个设计在按键的时候显示温度，不按键测温的时候显示时间。 （一） 介 美国 司推出的一种高性能、低功耗、带 实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 用三线接口与 行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节 的时钟信号或 据。 部有一个 318的用于临时性存放数据的 存器。 升级产品，与容，但增加了主电源 /后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。引脚图如下： 功能特色： 时钟计数功能，能对秒、分钟、小时、月、星期、年的计数、年计数可达到2100 年。 有 31*8 位的额外数据暂存寄存器 最少 I/O 引脚传输，通过三引脚控制 工作电压： 工作电流小于 320 纳安 读写时钟及岑琦或内部 以采用单字节模式和突发模 式 8装或 8 兼容 可选的工业级别，工作温度 5 摄氏度 以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结 27 果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法正确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且， 某些测控系统可能不答应。但是，在系统中采用时钟芯片 能很好地解决这个题目。 （二） 时钟显示模块电路图 时钟显示电路图如下： 28 温报警模块 本设计还增加了超温报警功能，报警器件我们采用蜂鸣器和 。蜂鸣器使用简单、方便，是较为理想的报警元件。当被测人体温超过 38 度时， 温超过 39 度时， 亮的同时蜂鸣器蜂鸣报警。 超温报警电路图如下： 29 4 系统软件设计 软件实现 序设计方法 程序设计就是用计算机所能接受的语言把解决问题的步骤描述出来，也就是编制程序。编制程序有以下几种方法。 1、 自顶向下模块化设计方法 随着单片机