非接触体温测量仪

1、 非接触体温测量仪 第一章 绪论1.1体温计的发展随着2003年非典的袭击，在我国迅速诞生了一支专门抗击非典的医疗仪器队伍，特别是在红外体温检测仪的研发方面取得了突出的成就。国家相关部门也在重点强调非接触式体温计的研发。随着现代科技的发展,新材料、新工艺的运用,各式各样的体温计陆续出现,探测方式不断改进。国内外体温计的发展大致分为三个阶段。第一阶段是常见的玻璃水银体温计；第二阶段是电子体温计；如今应用最为广泛的是非接触式红外体温计。水银体温计虽然价格便宜但是有诸多弊端：首先，水银体温计遇热或安置不当，体温计容易破裂。其次，人体接触水银后会中毒，中毒症状是恶心、头痛、腹泻、脱发等，严重者会造成血

2、液凝固。因为水银有剧毒，一旦它污染了水源或食物，可以对人的肾脏、肺等造成极大的伤害，水银也能加速人神经系统退变。最后，采用水银体温计测温需要相当长的时间(5min10min)，使用不便。电子体温计是采用热敏电阻测量温度的，电子体温计能快速准确地测量人体温度，与传统的水银玻璃体温计相比，具有读数方便、测量精度高、能记忆并有蜂鸣提示的优点，尤其是电子体温计不含水银，对人体及周围环境无害，特别适合于家庭、医院等场合使用。但采用电子体温计测温也需要较长的时间，同样使用不便。非接触式红外体温计是根据黑体辐射原理通过测量人体辐射的红外线而测量温度的。它用的红外传感器只是吸收人体辐射的红外线而不向人体发射任

3、何射线，它采用的是被动式且非接触式的测量方式，因此红外体温计不会对人体产生辐射伤害且价格低，体积小，实现了体温的快速准确测量，具有稳定性好，精度高，测量安全，使用方便等特点1。非接触式人体体温测试仪的设计技术目前已经达到成熟，本文详细的介绍在国内外已有技术的基础上，此设计开发的全过程。此设计涉及单片机，传感器等诸多方面的知识，主攻方向在于温度的采集和处理，达到体温能够准确显示的预期效果。1.2单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴

4、：智能仪器仪表上的应用工业控制中的应用家用电器中的应用计算机网络和通信领域中的应用片机在医用设备领域中的应用各种大型电器中的模块化应用此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途2。1.3传感器的重要作用信息技术已成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检测，自动控制系统中不可缺少的核心部件。传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领域。传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，是信息的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。现在，传感器技术

5、与信息技术，计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱。可以设想，如果没有高度保真和性能可靠的传感器，没有先进的传感器技术，那么信息的准确获取就成为一句空话。信息技术和计算机技术就成了无源之水。目前，从宇宙探索，海洋开发，环境保护，灾情预报到包括生命科学在内的每一项现代科学技术的研究以及人们的日常生活等，几乎无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。可见，应用，研究和开发传感器技术是信息时代的必然要求。因此，可以毫不夸张的说：没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展3。1.4设计的目的与意义生理参数是人体最重要、最基本的生命指标,对危重病人进行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情

6、状况的重要手段之一,它有利于对有生命危险的伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理，完善病人的医疗护理以及研究人体对环境变化的反应都有着重要的意义。其中体温是人体最基本的生理参数，对于日常护理和病情检测都是非常重要的。有许多疾病都能通过体温的变化来预测，所以体温计在医疗领域中占有十分重要的地位。人体体温测试仪应用范围不仅仅局限于医学，在消防上消防员在扑火的同时也要对自己的体温做到了解，如果体温过高或者心率过快就要及时撤离，以免发生危险；军事上用于部队训练，必须实施随时监测，体温使训练能够在良好的体征下进行，提高效果。因此，在许多领域都需要这种测试仪对人体体温进行精确测试。此设计的目的是在理论学习的基

7、础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用，并具有综合功能的小目标板的设计与编程应用，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合设计。通过查阅资料，接口设计，程序设计，安装调试，整理资料等环节，从而掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，熟悉开展科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础，学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。因此研制一套可应用于个人家庭、方便携带、结构简单、测量速度快、实时性好的人体体温测试仪尤为重要。人们可以足不出户，在家中可随时对自己生理指标进行测试，监测自己的身体状况，做到提前预防，提高生命质量。 27第 页 共

8、27页第二章 设计方案2.1 设计任务我们根据红外线测温仪的原理，通过关键器件的选择以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种红外线测温电路，用于对人体温度的快速测量。我们要设计的红外体温计其测量范围是3542 ，且精度为±01 。在该设计中，以AT89S52单片机为主体，配有高精度放大器和8位ADC，测量值用数码管进行温度显示。2.2设计思想外测温仪是利用红外传感器对被测目标时的热辐射进行采集，通过转换电路将红外传感器采集到的光信号转换成电信号，再将电信号通过放大电路，A/D转换等单元电路处理后送到单片机中，最后单片机将带有数据信息的电信号进行分析处理，将电信号转

9、变成与之相对应大小的温度值显示输出。其中要解决的问题有：体温信号的非接触测量、微弱电压信号的放大、传感器的环境温度补偿等。其中体温测量选用红外热释传感器ZTP135S-R、OP07进行电压放大、ADC0809进行模数转换、系统控制及数据处理等功能都用AT89S52单片机实现，通过串行显示器接口芯片HD7279,同时驱动共阴极LED数码管进行显示。2.2.1硬件设计思想在一个系统的硬件设计中应选择合适型号的单片机后，进行系统所需的扩展和配置。按照系统功能要求进行扩展和配置外围设备。要设计合适的接口电路，系统的扩展和配置应遵循以下原则：1 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准

10、化、模块化打下良好的基础。本次设计选取的是AT89S52单片机。2 系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便二次开发。3 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。4 可靠性及干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。5 单片机外围电路较多时，应考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。6 工艺设计必须考虑安装、调试、维护的方便。7 本次设计首先选择设计所需AT89S52芯片，根据实际要求利用Protel软件绘制课题的原理图和PCB图，并根据绘制的原理图和PCB图接线及焊接电路板，外围设备电路简单，干

11、扰较小。2.2.2软件设计思想单片机应用系统中软件的设计在很大程度上决定了系统的功能。软件的资源细分为系统理解部分、软件机构设计部分和程序设计部分。1 系统理解是指在开始设计软件前，熟悉硬件留给软件的接口地址，I/O口方式，确定存储空间的分配，应用系统面板控制开关、按键、显示的设置等。2 软件结构设计要结合单片机所完成的功能确定相应的模块程序，比如一般子程序、中断功能子程序的确定。确定模块程序运行的先后顺序，绘制程序整体流程图。3 程序设计和其他软件程序设计一样，首先要建立数学模型，选定数学算法，绘制具体程序流程图，做好程序接口说明。然后选取编程语言（汇编语言或C语言）。本次课题的软件设计采用

12、的是模块化设计，使用汇编语言编写程序，结构清晰简捷。2.3 系统结构设计2.3.1 所用元器件此次设计所需的传感器、主要芯片如下所示： 传感器： 红外热释传感器ZTP135S-R 主机： ATMEL 89S52 A/D转换： ADC0809 显示器： 数码管显示器LED 键盘/显示芯片：HD72792.3.2总体方案设计此系统是通过红外热释传感器ZTP135S-R采集人体体温并以电压信号的形式输出并进行放大，然后将模拟电压信号通过模数转换器转换成与之对应的数字量，经单片机对数据的非线性处理及分析，通过显示芯片HD7279驱动数码管即完成一次体温的测量，从而可进行循环温度采集。整体框图如图2.1

13、所示显示HD7279传感器ZTP135放大电路OP07A/D转换0809主机89S52人体部位第三章 系统硬件设计方案3.1AT89S52单片机简介AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 的系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM

14、， 32位I/O口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止4。 AT89S52单片机的主要特点是：·与MCS-51 单片机产品兼容；·8k可反复擦写(>1000次)Flash ROM；·全静态操作：0Hz33Hz；·三级加密

15、程序存储器；·32 个可编程I/O 口线； ·3个16 位定时器/计数器；·8个中断源；·全双工UART 串行通道；·低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒；·看门狗定时器及双数据指针；·掉电标识和快速编程特性； 引脚功能： AT89S52引脚图如图3.1所示： 电源及时钟引脚·Vcc（40）：接+5V电源 ·Vss（20）：接地·XTAL1（19）：接外部晶体的一个引脚。 在单片机内部，它是一个反相放大器 的输入端·XTAL2（18）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部接至内部反相放

16、大器的输出端。 控制引脚：图3.1 AT89S52引脚图·RST/VPD（9）：当震荡器运行时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将 使单片机复位（RST）。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部RAM的数据，当Vcc下掉到低于规定的值，而VPD在其规定的电压范围内（5+0.5v）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。·ALE/PROG（30）：当访问单片机外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的负跳沿用于16位地址的低8位的锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟震荡器频率的1/6。ALE端可以驱动8个TTL负载。对于EPROM型单片机（875

17、1），在EPROM编程期间，此引脚用来输入编程脉冲（PROG）。·PSEN（29）：此引脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期PSEN两次有效。PSEN可以驱动8个LSTTL负载。·EA/VPP（31）：当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在PC值超过0FFFFH，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，只访问外部程序存储器。对于89C51，因其片内有4KEEPROM，故该脚接高电平。在EEPROM编程期间，VPP编程电压为+12v或+5v。 I/O口引脚：·P0口（39-

18、32）：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可带8个LSTTL负载。·P1口（1-8）：8个准双向I/O口，可带4个LSTTL负载。·P2口（21-28）；8位准双向I/O口，与地址总线（高八位）复用，可带4个LSTTL负载。·P3口（10-17）：8位准双向I/O口双功能复用。3.2 ZTP135S-R传感器简介3.2.1 红外温度传感器的原理自然界一切温度高于绝对零度(-27315)的物体，由于分子的热运动都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克(Plank)定律。红外测温的

19、原理是一样的,都是根据普朗克原理。一般理解红外测量的是物体的温度，其实测的是目标物与传感器或者说是物体与环境温度之间的差值。物体辐射能量的大小直接与该物体的温度有关，具体地说,是与该物体热力学温度的4次方成正比用公式可表达为：E=(T4-T04) 1式中,E是辐射出射度，单位是Wm3；    是斯蒂芬一波尔兹曼常数,567x10-8W(m2·K4)；    是物体的辐射率；    T是物体的温度(K)；    To是物体周围的环境温度(K)；  

20、 人体主要辐射波长为9 m10 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,因而也可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。红外温度传感器利用热电偶原理,测量目标物与传感器或者物体与环境温度之间的差值。热电偶的原理是二种不同的金属A和B构成一个闭合回路,当二个接触端温度不同时(T>To),回路中产生热电势Eab,其中T称为热端、工作端或测量端,To称为冷端、自由端或参比端。A和B称为热电极。热电势的大小由接触电势(也叫伯尔贴电势)和温差电势(也叫汤姆逊电势)决定5。3.2.2 ZTP135S-R的工作原理和

21、性能GE公司生产的ZTP135SR型红外温度传感器是一种专门用于非接触式测量体温的器件，其主要参数见表3.1所示：表1 ZTP135S-R传感器的参数参数单位值条件芯片尺寸mm21.8×1.8横隔膜尺寸mm21.4×1.4热电偶个数60有效面积mm20.7×0.7内阻k60±30%25阻抗温度系数%/<0.12响应度V/W62±30%500k,1Hz响应度温度系数%/-0.1Typical时间常数ms25500k,1Hz,Typical工作温度-20100存储温度-40120封装形式To-5图3.3 ZTP135S-R的引脚排列 其引脚功

22、能如下： ·1脚接+5V；·2脚为电压输出端；·3脚接地；被测物体的辐射能经过窗口和光阑聚焦在接收元件(热电堆) 的受热片上， 受热片上有60只串联的热电偶，每只热电偶的热端在受热片的中央部位围成一圈，焊接在一起，从引线就可以得到所有电偶的热电势之和。这种结构设计具有较小的热惯性和较高的灵敏度，传感器采用负温度系数电热调节器进行环境温度补偿6。3.3 运算放大器OP07的芯片简介本设计所采用的放大器是低功耗精密运算放大器OP07，它的特点是超低失调、低漂移、高精度，电路正比特性好，零点失调电压小。OP07可以通过在1、8管脚之间加上一个电位器进行输入漂移调零，这对

23、于低输出的信号的放大效果非常好。其低输入偏置电流为1.8nA，供电范围为3V到22V，超低失调的最大值为150mV。它的性能正好解决了红外温度传感器对运放的特殊要求。由于热电堆的内阻较高(约60K )，而输出电压又非常小(1mV左右)，须使用具有高输入阻抗(1012 )的CMOS输入运算放大器。3.4 AT89S52单片机3.4.1 HD7279芯片简介 HD7279是管理键盘和LED显示器的专用智能控制芯片，该芯片采用串行接口方式，可同时驱动8位共阴极LED数码管或64位独立LED放光二极管，同时能对多达8×8的键盘矩阵进行监视，具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能。从而可以提高

24、CPU的工作效率，同时其串行接口方式又可简化CPU接口电路的设计。 1 HD279的主要特点 ·与CPU间采用串行接口方式,仅占用4根端口线； ·内部含有译码器，可直接接收BCD码或16进制码，同时具有两种译码方式，实现LED数码管位寻址和段寻址，消隐和闪烁性等多种控制指令，编程灵活； ·循环左移和循环右移指令； ·内部含有驱动器，无需外围元件可直接驱动LED； ·具有级联功能，可方便的实现多于8位显示或多于64键的键盘接口； ·具有自动消除抖动并识别按键键值的功能8；2 HD7279的引脚说明及功能 HD7279为28引脚标准双列直

25、插式封装(DIP)，单一的+5V供电,其引脚排列如图3.10所示，功能如下： ·VDD ：+5v电源；·NC：悬空；·Vss：接地；·CS：片选信号，低电平有效；·CLK：同步时钟输入端；·DATA：串行数据写入/读出端；·KEY：按键有效输出端；·SG-SA ：LED的g-a段驱动输出； ·DP：小数点驱动输出端； 图3.10 引脚排列 ·DIG0-DIG7：LED驱动输出端；·CLKO：振荡输出端；·RC： RC振荡器连接端；·RESET：复位端，低电平；DIG

26、0DIG7分别为8个LED数码管的位驱动输出端。SA-SG分别为LED数码管的AG段的输出端。DP为小数点的驱动输出端。DIG0DIG7和SASG同时还分别是64键盘的列线和行线端口，完成对键盘的监视、译码和键码的识别。在8×8阵列中每个键的键码是用16进制表示的，可用读键盘数据指令读出，其范围是00H3FH。HD7279与微处理器仅需4条接口线，其中CS为片选信号（低电平有效）。当微处理器访问HD7279时，应将片选端置为低电平。DATA为串行数据/输出端，当向HD7279发送数据时，DATA为输入端；当HD7279A输出键盘代码时，DATA为输出端。CLK为数据串行传送的同步时钟

27、输入端，时钟的上升沿表示数据有效。KEY为按键信号输出端，在无键按下时为高电平；而有键按下时此引脚变为低电平并且一直保持到键按下为止9。3.5 AT89S52单片机3.5.1ADC0809转换器芯片简介ADC0809是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0809可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。由于计算机直接执行的是机器语言，也就是只能处理数字量,因此计算机系统中凡是遇到模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量或数字量向模拟量的转换，由此

28、带来了单片机的A/D转换和D/A转换的接口问题。一般情况下，大多数的传感器的输出都是电压或电流信号，计算机要对这类传感器的信号进行处理,就要先进行电流/电压转换(I/V)，然后再通过ADC转换器进行A/D转换10。A/D转换器是一种能把输入模拟电压变成与它成正比的数字量的器件，即能把被控对象的各种模拟信息转变成计算机可以识别的数字信息11。1 ADC0809的内部逻辑结构ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端

29、为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据，其内部逻辑结构如图3.12所示。图3.12 ADC0809的内部逻辑结构2 ADC0809的引脚说明及功能ADC0809芯片为28引脚双列直插封装，引脚图如图3.13所示，功能如下： ·IN0-IN7:8路模拟量输入通道； ·A,B,C:模拟通道地址线； ·ALE:地址锁存信号； ·START:A/D转换启动信号； ·D0-D7:数据输出线； ·OE:输出允许信号； ·CLOCK:时钟信号；图3.13 ADC0809管脚图 ·EOC:转换结束状态信号； ·

30、;Vcc:+5V电源,GND:地；·Vref:参考电压；ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器

31、向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ12。3.6电源模块设计直流稳压电源是电子系统中的关键部分，其作用是为电子系统提供稳定的电能。稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电滤及电压调节范围；另一类是质量指标，反应一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻、纹波电压及温度系数等。对稳压电源的性能，主要有以下四个方面的要求：稳定性好、输出电阻小、电压温度系数小、输出电压波纹小。此系统需要+

32、5V电压为主机、传感器、运放等提供电能。稳定直流电源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器，再通过整流网络，然后经过滤波网络最后经过稳压网络。我们可以采用以桥式整流电路实现整流的目的，以极性电容作为滤波网络，采用固定式三端集成稳压电路7805设计制作直流稳压电源。稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成，如图3.16所示，其电路图如图3.17所示。图3.16 直流电源系统方框图图3.17 +5V电源电路图非接触体温测量仪第四章 系统软件设计方案4.1整体流程框图本设计采用单片机AT89S52编程实现。程序由汇编语言编写。本程序主要分为以下几部分：A/D采集程序，数据处理程序，LED

33、显示程序。其中主程序流程图如图4.1所示： 内部变量及元件初始化温度信号采集A/D转换数据处理启动显示部分 图4.1 主程序流程图4.2各部分程序模块设计本节就各部分程序模块设计进行了阐述，主要包括A/D转换模块、数据处理模块、显示模块，详细介绍了各部分模块的流程并对其设计思想进行了叙述，从而实现了人体体温的软件设计。4.2.1变量和常量说明相关的主要变量和常量分配，一般安排在主程序开始时采用伪指令方式说明，其地址分配如表4.1所示。表4.1 变量、地址分配伪指令表符号伪指令地址或常量意义DR1DATA40HLED显示单元缓冲区DR2DATA41HLED显示单元缓冲区DR3DATA42HLED

34、显示单元缓冲区CS2BITP1.4CS2代表89S52的P1.4，即硬件相连CLKBITP1.5CLK代表89S52的P1.5，即硬件相连DATBITP1.6DAT代表89S52的P1.6，即硬件相连4.2.2A/D转换模块设计本次设计A/D采集程序实现一路数据采集，采用定时传送方式。对于一种A/D转换器来说，转换时间是一项固定不变的技术指标。ADC0809的转换时间为128us，在6MHZ的震荡频率下，相当于MCS-51单片机的64个机器周期。由此可以设计一个延时子程序，A/D转换启动后调用这个子程序，延时一到，A/D转换即告结束，接着便进行数据传送13。其程序流程图如图4.2所示。送入AD

35、C0809口地址选择IN0通道启动A/D转换延时取转换后数字量开始 图4.2 A/D转换流程图4.2.3 数据处理模块 传感器输出模拟电压信号经OP07放大后，转换成05V的电压，而单片机只能处理数字信息，就需要进行模数转换，转换完成后的数字量如何处理成与之对应的温度值就变得尤为重要，它直接影响输出温度值的准确性，是整个软件设计中最重要的部分。其数据处理部分的总流程图如图4.3所示。双字节转换BCD码有效位取舍温度值各位分别存入显示缓冲区开始数字量×57+28900 图4.3 数据处理流程图根据图3.4可知，当人体体温在3542范围内变化时，传感器的输出电压范围为0.71.5mV，采

36、用两极放大的形式，将电压放大3000倍，即放大后电压为2.14.5V，从而可知对应的数字量范围为107230，找出数字量与温度的关系即可准确的显示出温度值。转换后与温度的对应关系如图4.4所示。图4.4 数字量与温度对应关系根据图4.2所示，可以计算出数字量与温度的对应关系，即温度×1000=数字量×57+28900经数据处理后，其温度值为放大1000倍的温度值，而本设计只保留一位有效数字，故前三位为有效温度值，而且要将双字节温度转换为BCD码，才是实际要显示的温度值。在计算机中，用BCD码来表示十进制数。通常，BCD码在计算机中又分为两种形式：一种是1B放一位BCD码，称

37、为非压缩BCD 码，适用于显示和输出。一种是1B放2位BCD码，称为压缩的BCD码，适用于运算及存储。十进制数B与一个8位的二进制数的关系可以表示为 B=(b7×2+b6) ×2+b5) ×2+b4) ×2+b3) ×2+b2) ×2+b1) ×2+b0只要依十进制运算法则，将bi(i=7,6，1,0)按权相加，就可以得到对应的十进制数B。待转换的数字量放入R2、R3中，将转化后的BCD码从高位到低位分别存入R4、R5和R6中。其流程图如图4.5所示。置循环计数初值清除R4、R5、R6中内容R2、R3左移1位并送回（R4）、

38、（R5）、（R6）整体乘2并调整后送回循环结束？有效位取舍NY开始结果与移出最高位相加 图4.5 双字节转换BCD码流程图将温度转化为BCD码后，还要注意小数点后第二位数字的四舍五入的问题，这样使温度值更接近于真实温度，更准确。R6中的前四位为小数点后第二位，即要取舍的位，当其值大于5时进1，小于5时舍去。将转化后的3位温度值分别送入LED显示单元缓冲区，以备显示，其程序流程图如图4.6所示。清除标志位C取出R6前四位大于5？（R5）加1并调整后送回标志位C为1？（R4）加1并调整后送回显示部分模块YNYN图4.6 小数点四舍五入流程图开始4.2.4 显示部分模块本设计采用3位LED数码管进行

39、显示，由于此系统只显示温度，故只包括HD7279发送程序，将3位温度值依次写入HD7279用以显示。其流程图如图4.7所示。开始发送显示位置CS低电平输出最高位写入数据显示N置CLK低电平数据写入完毕？Y返回 图4.7 发送程序流程图本设计中使用HD7279进行温度显示，此程序设计所涉及到的控制指令如下：复位（清除）指令（A4H）该指令将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。按方式1译码显示指令此命令又称按方式1译码下载指令。命令由两个字节组成，前半部分为指令码，后半部分为数据码。指令码的后3位为LED数码管的位地址

40、，即显示数据是送给哪一位LED的。数据码的后4位为显示数据，LED显示的内容与十六进制相对应，小数点的显示由DP位控制，DP=1时，小数点显示；DP=0时，小数点不显示14。第五章 系统调试及问题分析5.1系统调试在硬件焊接与软件编程完成后，需要对其进行调试，以保证硬件与软件连接成系统后能够达到设计要求。系统调节是系统开发最重要的环节之一，系统成型后能否正常工作，主要取决于系统调试是否成功。5.1.1 系统硬件调试绘制完成原理图之后,根据原理图焊接电路板。焊接完成后，首先目测焊点是有虚焊或漏焊现象，再用万用表测量各个芯片间连接和电源与地间的连接是否正确，由于本次设计需要用排线将主板和副版连接起

41、来，这就涉及到引脚连接的问题，所以要把主板芯片引脚与副版芯片引脚直接用万用表测量，观察是否接通，然后上电测量，要十分注意芯片是否发热。系统硬件调试方法如下：对印刷电路板质量检查、测试，是否同印刷制电路板图一致。对所用的元器件质量检查。两者无误后进行下一步。按照印刷电路板上的器件名称、表识焊接好各个元器件。采用万用表、示波器、信号发生器等一般调试工具和测试软件对硬件电路电气性能测试，看是否能正常工作。5.1.2 系统软件调试软件调试采用模块化调试方法，每一模块逐一调试，然后再将所有模块组合一起，进行整体调试。软件的调试主要有语法错误和逻辑错误两类。语法错误可直接修改，逻辑错误则需进行单步调试，看

42、程序是否按逻辑顺序进行，然后写入到芯片内，查看程序运行效果，反复调试。系统软件调试方法如下：软件在各个子程序模块调试都正确后，再将相互有关系的模块逐块组合起来加以调试，以解决在程序模块连接中可能出现的逻辑错误。对所有程序模块的整体组合调试是在与系统联机后进行的。5.2调试中出现的问题硬件调试过程中发现，无论输入为多少，数码管显示数据均不变。经多次测量各芯片管脚的输入值发现，A/D采集并未实现，即有输入电压但并没输出，经测量研究发现供电电源没有采用稳压电源供电，将LM336连入其中，测试即正确。由于本系统的编译采用汇编语言，故要注意文件的扩展名为.ASM，错误的使用了.C以致无法运行；注意自定义

43、符号不要与伪指令重复，程序调试中发现HD7279的串行数据输入/输出的符号与伪指令DATA重复了，将其改为DAT即正确；还有一些逻辑错误，经仔细研究分析，修改后无误。5.2.1实验结果分析经过硬件调试和软件调试无误后，将两者结合进行最终调试，经过多次修改后，成功显示温度值，其测量数据如下表5.1所示。表5.1 实验测量数据电位器给定电压值(V)显示温度值()理论温度值()误差()2.10335.235.10.12.401 36.135.90.22.50236.5 36.30.22.60536.736.50.22.70236.936.80.12.80037.237.10.12.90137.537

44、.30.23.00037.837.60.23.09938.137.90.23.20338.438.20.23.30238.738.50.23.40339.038.80.23.50439.339.10.23.60439.639.40.23.80140.240.00.24.00040.840.50.34.20041.441.20.24.40042.041.70.34.50042.242.00.25.3 实验误差分析从实验数据中可以看出，测量温度值与理论温度值并不是完全吻合，即存在一定的误差，误差的存在有时是不可避免的，而有时却是可以通过一些方法来减少误差的存在，要使测量准确可靠，必须减少误差。此设

45、计采取了小数点后第二位四舍五入的方法来减小一定的误差，但并没有完全消除，此系统误差主要来源于以下几个方面：由于实验理论在计算上存在着近似性，方法上难以完善，因此理论温度值并不是真实温度值，而只是非常接近于真实温度的值，故存在一定的误差。实验仪器灵敏度和分辨能力有局限性，而且芯片本身存在非线性化误差。驱动电源为220±10%V，基准电源不稳，造成输入输出的误差。周围环境不稳定，每次测量时限不统一都会造成测量误差。结束语本次设计的主要内容是利用单片机和传感器完成人体体温的非接触式测量。该系统主要应用在人们的日常生活中，对人们了解自身的健康状况至关重要。整个系统的设计简洁，准确，快速，方便。设计的核心部分选用AT89S52芯片和ZTP135S-R红外温度传感器。另外，软件程序的设计包括数据采集程序，A/D转换程序，显示程序等。目前，整个程序设计已完成