基于单片机的非接触式红外体温计设计(共46页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本 科 毕 业 论 文 非接触式红外体温计的设计Design of Contactless Infrared Thermometer System学院名称: 专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教师姓名: 指导教师职称: 年 月毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集
2、体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 目录92结论18901专心-专注-专业非接触式红外体温计的设计摘要:本文针对传统的测温仪器自身存在的诸多缺点以及在现实生活中所暴露的使用不便,缺少安全性等缺陷,提出了
3、一种非接触式红外测温系统设计方案。该系统是以STC89C52作为红外测温传感器数据传输和控制核心。此外,还设计了报警模块、显示电路、功能按键等外围模块。本系统实现了对实时温度的显示,以及对后者过限时报警,同时还能对温度测量报警的上下限进行调节。它的最大的创新不仅仅是因为可以测量基本的温度,更在于它可以控制继电器电路使温度在测量范围内。它的安全性,方便性更有利于普通百姓的使用。本次红外测温系统的设计简化了电路结构,提高了测温的稳定性及可靠性。该系统具有反应速度快、传输效率高、测量精度高、可靠性高等优点。关键字:STC89C52;报警;红外测温Design of Contactless Infra
4、red Thermometer SystemAbstract:In view of the traditional temperature measuring instrument , there are many shortcomings, And in real life it exposes much inconvenience,lacks of safety , so i put forward this design of contactless infrared temperature measurement system . The system is based on sing
5、le chip microcomputer STC89C52 that as being the center of infrared measuring temperature sensor datas transmission and regulation.In addition, it is also equipped with alarm circuits,key switch, liquid crystal display output and key circuits. This system realize real-time temperature display, and g
6、ive an alarm when the temperature beyond limitation configured, surely the limitation can be changed else.The systems biggest innovation not only in the realization of basic functions temperature measurement,but also can control a relay circuit to get the temperature in measuring range.Its safety, c
7、onvenience are more helpful of the use of the common people. The design of infrared temperature measurement system simplify the circuit structure, improve the stability and reliability of measuring temperature. The great reaction speed, high transmission efficiency, high accuracy and high reliabilit
8、y is also its advantage.Key words:STC89C52; alarm; infrared temperature measurement引言随着经济的发展,社会生活水平的提高,人们对自身身体情况愈来愈重视。体温是人体生命活动最基本的特征,也是观察人体机能是否正常的重要指标之一。现在各种流行病比较多,传染性比较强,传统的接触式测温系统有很大的局限性,特别是在高发病的场所诸如学校或者客运中心等等。目前,传统的测温仪器存在的缺陷开始被人们所认识,测量准确度低,等待时间长,使用不当还会发生意想不到的事故等。非接触式红外测温系统的开发,将能很好的代替传统测温仪器,弥补他们的
9、不足与使用的不便。它的响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点,更适合儿童在平时的生活中独立完成体温测量。当今社会,红外测温技术已在工业、石化、农业、医学、安全监控与防范和科学研究等领域被广泛地应用,在传统的测温系统中注入现代科技的元素,它所具备的响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点,较传统温度仪器更加能满足人们生活生产的需求,必定会占领相当大的市场,受到人们的青睐5。近20年来,我国的红外测温技术得到迅速的发展,并逐步应用于医疗、工业等领域。红外检测技术,它是一种在线监测不停电式高科技检测技术,能对电气设备的故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测,满足了现代电力企业对电力系统的可靠
10、运行的要求。此无线测温系统包括硬件电路部分和软件部分。硬件电路采用STC89C52单片机作为控制核心,主要包括以下几个部分:红外测温电路、报警电路,显示电路,按键电路和继电输出控制电路等。软件设计主要包括:主程序、红外测温模块、报警模块、功能按键模块、显示模块、继电输出模块等子程序。该系统在工作时,操作者先将红外测量仪对准被测量者,接通电源,等待2秒钟,随后红外传感器就会把温度信号传送到STC89C52中进行处理,然后送1602显示。该系统可以调节报警的上下限,当实时温度低于设定温度,绿灯亮,蜂鸣器响;高于设定温度蜂鸣器响,红灯亮;正常温度蜂鸣器不响,黄灯亮。另外,该系统还可以测量物体温度,当
11、物体温度过限时,继电器会闭合,同时触发相应的自己设定的动作来使目标温度控制在要求范围内。第一章 系统主要芯片介绍1.1 STC89C52芯片简介STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52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。STC89C52单片机引脚结构如图1-1所示4。图1-1 STC89C52引脚结构图STC89C52单片机芯片的引脚介绍如下:管脚18:P1口,8位准双向I/O口,可驱动4个LS型TTL负载。管脚9:RESET复位键,单片机的
12、复位信号输入端,对高电平有效。当进行复位时,要保持RST管脚大于两个机器周期的高电平时间。管脚10,11:RXD串口输入TXD串口输出。管脚1219:P3口,P3.2为 INT0中断0,P3.3为INT1中断1,P3.4为计数脉冲T0,P3.5为计数脉冲T1,P3.6为WR写控制,P3.7为RD读控制输出端。管脚2128:P2 口,8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用,可驱动4个LS型TTL负载。管脚29:PSEN片外Rom选通端,单片机对片外Rom操作时29脚(PSEN)输出低电平。管脚30:ALE/PROG地址锁存器。管脚31:EA rom取指令控制器 高电平片内取 低电平片外取。
13、管脚3239:P0口,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,可驱动8个LS型TTL负载。 管脚40:电源+5V。1.2 红外温度模块简介 1.2.1 TN901红外测温模块TN901红外传感器输出的是数字信号,TN901传感器芯片管脚如图1-2所示:图1-2 TN9红外测温模块接口管脚5是V为电源引脚VCC,VCC一般为3V到5V之间的电压,一般取3.3V;管脚4为D是数据接收引脚,没有数据接收时D为高电平;管脚3为C为2KHz Clock输出引脚;管脚2为G是接地引脚;管脚1是A为测温启动信号引脚,低电平有效6。1.2.2 红外测温原理红外测温传感器是接收目标物
14、体的热辐射并转换为电信号的器件。所有物体都会发出红外线能量,物体越热,其分子就愈加活跃,目标辐射波长越短,它所发出的红外线能量也就越多。红外温度模块中的光学装置,可以收集物体的辐射红外线能量,并把该能量聚焦在探测器上,能量经探测器转化为电信号,并被放大、显示出来8。由普朗克黑体辐射原理:光学常数辐射出射度斯蒂芬-波尔兹曼常数被测对像的辐射率红外温度计的辐射率被测对像热力学温度红外温度计热力学温度通过红外传感器接收到的能量峰值信号,经过单片机即可计算出目标温度。探测器输出的信号与目标温度呈非线性的关系,所以需要对其进行线性化处理。线性化处理后得到物体的表观温度,然后对其进行辐射率修正,转化成真实
15、温度,由于调制片辐射信号的影响,还需作温度的补偿,即真实温度加上环境温度才能最终得到被测物体的实际温度3。1.2.3 红外测温模块的工作时序TN9红外传感器向单片机发送一帧数据共有5个BYTE组成,如表1-1所示。表1-1 信息格式ItemMSBLSBSumCR Item:“L”(4CH):Tobj (目标温度),“f”(66H):Tamb (环境温度) MSB:8 bit Data 最高有效位 LSB:8 bit Data最低有效位 Sum:Item+MSB+LSB=Sum CR:0DH,结束信息单片机在时钟的下降沿接收数据,一次温度测量需接收5个字节的数据,这五个字节中:Item为0x4c
16、表示测量目标温度,0x66表示测量环境温度;MSB为接收温度的高八位数据;LSB为接收温度的低八位数据;Sum为验证码,接收正确Sum=Item+MSB+LSB;CR为结束标志,当CR为0x0dH时表示完成一次温度数据接收。1.2.4 红外测温模块温度值计算 无论测量环境温度还是目标温度,只要检测到Item为0x4cH或者0x66H,同时检测到CR为0x0dH,它们的温度计算方法都相同。计算公式为:实际温度值=temp/16-273.15。其中273.15为华氏转摄氏的单位转换差值7。Temp为十进制,当把它转换成十六进制时高八位为MSB,低八位为LSB;比如MSB为0x10H,LSB为0x2
17、bH,则Temp为十六进制时是0x142bH,十进制时是5163,则测得实际温度值为5163/16-273.15=49.537。1.3 LCD1602显示器简介在本系统中,需要将实时时钟与测量出来的温度值显示出来,LCD显示器的微功耗,体积小,显示内容丰富,超薄轻巧的诸多优点非常符合系统需求。本次使用的LCD1602显示器模块为57点阵图形来显示字符的液晶显示器,内带ASCII字符库。LCD1602模块内部可以完成显示扫描,单片机只要向LCD1602发送命令和显示内容的ASCII码。LCD1602显示器的工作电压为4.55.5V,在本系统中,采用的电压为5V,字符尺寸为2.954.35(WXH
18、)mm。LCD1602显示芯片引脚如图1-3所示1。图1-3 LCD1602芯片引脚图第1脚:VSS为地电源。第2脚:VDD接5V正电源。 第3脚:V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度或者直接接地。第4脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚:R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。第714脚:D0D7为8位双向数据线。第1516脚:空脚。LCD1602液晶显示器
19、寄存器选择控制如表1-2所示。表1-2 寄存器选择控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器D0D701读取输出的D0D7的状态字10写入数据寄存器D0D711从D0D7读取数据开始时初始化E为0,然后置E为1,再清0。读取状态字时,注意D7位,D7为1,禁止读写操作;D7为0,允许读写操作。所以对控制器每次进行读写操作前,必须进行读写检测。第二章 系统硬件设计 本系统的硬件原理图采用Altium Designer进行设计,Altium Designer主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融
20、合,为设计者提供了全新的设计解决方案,使设计者可以轻松进行设计,熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高11。2.1 系统总体结构图本系统的硬件电路设计以STC89C52单片机为核心,外围主要包括:TN9红外传感器模块,报警电路,LCD1602显示模块,功能按键、晶振电路和继电器输出电路组成,如图2-1所示。继电器输出电路 晶振电路 STC89C52 单片机LCD1602液晶显示器 功能按键 报警电路 电源电路 红外测温模块 图2-1系统整体框图2.2 单片机的主控电路设计在本系统的设计中,从价格,熟悉程度以及满足系统的需求等方面考虑采用了51系列STC89C52单片机。单片机为整个
21、系统的核心,控制整个系统的运行,其接口电路如图2-2所示。图2-2 STC89C52接口电路STC89C52单片机连接系统的各个模块,P0口接上LCD1602显示器模块的数据线,P1.0,P1.1作为LCD1602的控制信号;P2.0,P2.1,P2.2接红外测温模块;P1.2,P1.3和P1.4分别接红、绿、黄三个LED指示灯;P1.5接继电器输出电路;P3.2,P3.3,P3.4,P3.5接4个功能按键。由于P0口为开漏式,只有一个模式管,故在设计中加了一个上拉电阻J2,为的是增加P0口的驱动能力。2.3 红外温度传感器模块电路的设计本系统采用的是TN9红外模块,该模块不需要增加另外的A/
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