便携式红外测温系统的设计毕业设计说明书

便携式红外测温系统的设计毕业设计说明书内容摘要：

快速温度测量和公众的非接触式医用红外测温系统的研究不仅具有利益丰厚的商业价值，而且它也具有重大的社会意义。 本论文的研究内容 本课题便携式红外测温系统属于工程设计，其研究的主要目的在于设计一种操作简便、快速测温的红外测温系统。 查找了许多关于红外测温 的材料后，决定把热释电红外测温技能作为整个系统的重点，开发以 AT89S52 单片机为基础的便携式非接触的红外温系统，并且通过无线蓝牙的传送，同时实现手机客户端的温度数据的显示和指令的发送。 AT89S52 是此次设计所用的主处理芯片，这款芯片是美国 ATMEL 公司生产的。 整桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 3 页 共 47 页 个测温系统必须具有结构简单、携带方便、操作简单、可靠性高等优点，主要研究工作如下： (1)基于对红外知识的分析、对红外传感器的选择比较和测温方案的红外测温原理认识的基础上，然后再设计红外测温系统的总体方案； (2)对硬件部分进行设计，完成测量目标 温度、蓝牙传输数据和指令、液晶显示屏显示实时温度、声光报警等部分的电路设计； (3)对软件部分进行设计，完成模块的初始化、目标温度处理单元、蓝牙传送、按键与液晶屏显示部分的流程图设计和相关部分软件的编写； (4)对系统进行整机调试； (5)对系统进行误差分析。 2 设计任务和要求 设计任务 适当的利用专业基本知识，例如模拟电子技术、非电量检测技术、 C 语言、数字逻辑电路、单片机原理及应用等， 设计一个完整的便携式红外测温系统，实现目标物体的温度测量，并能够显示实时温度。 设计要求 要求所设计 的便携式红外测温系统具有以下功能： (1)完成对便携式红外测温系统方案的确定及器件选择； (2)通过控制按钮开始测温，并能显示被测对象的实时温度； (3)红外测温系统的测量温度范围： 0℃ ~85℃ ，测量精度≤177。 ℃ ，分辨率≤℃ ； (4)通过 LCD 液晶显示相应的体温值。 3 红外测温系统的总体方案选择 本课题的设计是综合应用了硬软件知识的结合，每一个模块如何设计，选择什么芯片处理，代码如何编写，这些都会对整个系统产生至关重要的影响，尤其是硬件模块的选择决定了整个系统运行所能达到的高度，所以对每 个模块的设计都必须要慎重，多考虑几种方案，通过相互对比后才能选择，这样才能确定设计的高度，才能扬长避短。 重要模块的方案对比和选择 显示模块的选择 方案一：用传统的数码管显示。 由以往的实训经历可知，数码管具有低功耗、价格便宜、低电压、使用寿命长、坚固耐用等优点。 如果用数码管显示需要自己搭建数码管之间的电路，而且电路复杂，因为一个数码管只能显示一个符号，不能一次性显示大量信息。 如果显示的信息量大，就需要许多数码管，会造成占用许多资源。 方案二：用液晶 LCD1602 显示。 液晶 LCD1602 的优 点：字符型液晶屏，表示字母和数字比较方便，功耗低，控制方便，体积小、薄、轻，显示内容丰富，字迹美观，成桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 4 页 共 47 页 本低、视觉舒适。 由于考虑到本次设计需要显示的信息比较直观，方便查看，所以应选用显示信息量大，人机界面友好，显示信息的可读性比较高，读取数据更方便的显示屏。 经过对两个方案的对比，所以选择方案二，选用 LCD1602 作为本次设计的显示屏。 温度传感器模块的选择 方案一：采用 D203S。 这种热释电红外线传感器属于开关型的传感器，只能输出高低两种状态。 早在上个世纪，热释电红外线传感器已经被普遍的使用，而且 成为了一种新式的灵敏度高的探测元件。 这种传感器的特点就是不用去接触人体，就可以测得人体的温度。 它是通过监控人体辐射的能量的变化，并将辐射能量的改变量转变成电压信号输出，由于电压信号不稳定，就需要电压信号被放大和加驱动控制电路。 如果采用传感器 D203S，会导致硬件会很复杂，电路容易出现故障，稳定性不好。 方案二：使用红外线测温探头 (IRTP)。 这一系列的红外测温系统的测温范围是20℃ ~300℃ ， IRTP 的特点就是：它本身集成了信号处理电路和环境温度补偿电路；属于多用途紧凑型的红外线测温探头；不容易受环境干扰。 它经常应用于工业测温仪，例如轴承温度测量、微波炉、燃气灶具等 ,不能用来测人体温度。 方案三：采用 TN_9 红外温度传感器， TN_9 是凌阳公司生产的一款温度传感器，传感器本身内部已经集成了线性处理电路、光学系统电路和温度补偿电路，它是一种集成的红外探测器，可以在采集完数据后，直接向单片机输出数字信号，只需要 1 秒时间去响应、精度达到了 +/℃ 、稳定性好。 由于本次设计的系统主要是用于测量体温，并且要求测量精度比较高，电路尽可能简单，尽可能的达到医用要求，因此此次的设计选择 TN_9 红外温度传感器。 系统硬件总体设计方案 在对各种不同的方案进行了比较，了解了各种设计方法的优缺点后，最后选择AT89S52 单片机为主处理器， TN_9 作为红外测温模块， LM7805 作为稳压芯片，BLKMDHC05 作为无线蓝牙模块， LCD1602 用作本系统的显示部分。 本课题便携式红外测温系统的系统组成如图 所示，主要是有单片机主控模块、TN_9 红外模块、液晶屏显示输出、声光报警模块、按键模块、电源模块组成的。 硬件的流程是单片机主控制器通过不断的扫描按键，当扫描到按键值要求开始测温时，然后调用相应的指令给 TN_9，在完 成相应的指令后， TN_9 就把测量结果送往单片机，单片机主控制器处理信号后，将会把测量数值显示到 LCD1602 模块上，并且同时也将测得的实时温度值传送到手机客户端，以方便进行观测，手机客户端可以通过蓝牙向单片机发送指令，控制测温系统的启动。 单片机将把实时温度值与之前已经设定好的温度值比较，若满足报警条件，则开启声光报警。 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 5 页 共 47 页 图 便携式红外测温系统功能模块框图 系统软件设计方案 根据系统功能的设计要求，本测温系统的设计可以通过单片机实现，利用单片机编写相应的软件部分，例如实现扫描按键，温度的检测、显示、声光报警、数据传输等功能，所以软件部分的设计仍旧选用模块化的设计思想。 主要包括单片机模块、显示模块、测温模块、按键扫描模块、声光报警模块、无线蓝牙传输模块，把各个模块分别予以解决，就可以达到整体的效果 ,模 块划分如图 所示。 图 红外测温系统的软件方案设计框图 在图 红外测温系统的软件方案设计框图中，主程序模块主要完成系统初始化；TN_9 模块主要负责数据的采集和测量；按键模块主要负责输入按键信号，处理按键请求等；液晶屏显示模块主要负责获取被测 目标相应温度数据；无线蓝牙传输模块主要负责将 TN_9 采集到的温度数据，经过蓝牙将其传送到手机客户端，进行实时观察。 芯片介绍 由于本系统的设计用到了一些比较重要的芯片，本节将会对它们进行详细地介绍。 主从控制器 AT89S52 主从控制器单片机作为红外测温系统的主要处理器件和传输纽带，整个测温系统的性能指标由单片机决定。 本温度测温系统的选择是 AT89S52 单片机，此类单片机是一 AT89S51 液晶屏显示 单元 报警电路 按键电 路 电源电 路 TN_9 主程序模块 红外测 温 按键模 块 声光报警 液晶屏显示 无线蓝牙传输 无线蓝牙传输 手机客户端 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 6 页 共 47 页 个 CMOS8 位 微控制器。 由于用户可以通过 AVR_fighter 软件就可以下载 /烧录用户程序到单片机中，根本不需要 将单片机从产品上拆下，因此对于一边设计一边探索的设计，可以随时加以完善，这样同时保证了设计速度，而且也降低了软件缺陷风险。 由于用户可以直接将程序下载到单片机，观察的运行效果，所以可以不用仿真器，图 为此单片机的引脚图。 图 AT89S52 单片机引脚图 AT89S52 单片机的特点： (1)与 MCS51单片机 产品兼容； (2)8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 ； (3)1000次擦写周期； (4)全静态操作： 0Hz33MHz； (5)三级加密 程序存储器 ； (6)32个可编程 I/O 口线； (7)三个 16位 定时器 /计数器 ； (8)8个 中断源 ； (9)全双工 UART 串行通道； (10)低功耗空闲和掉电模式； (11)掉电后中断可唤醒； (12)看门狗定时器 ； (13)双数据指针。 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 7 页 共 47 页 AT89S52 各引脚的功能描述如下： (1)电源 和晶振： VCC：芯片正常运行的电压， +5V； GND：地线； XTAL1 和 XTAL2：外部钟频信号引入引脚； (2)RST/VPD:复位引脚或者备用电源接入引脚。 当 VCC 电源正常时，此引脚作为复位引脚，当 VCC 电源断电时，此时引脚作为备用电源接入，在低功耗的情况下，使片内 RAM 中的数据得到保护。 单片机的复位操作是由 RST/VPD 脚上出现的高电平引起的，并且高电平至少要持续 2 个机器周期； (3)ALE/ __________PROG :地址锁存 / ____________EPROM 编程。 作为控制信号 （ ALE） 时为输出信号，频率为始终振荡频率的 1/6；作 __________PROG 用时为输入引脚，在 EPROM 编程输入编程脉冲； (4) ________PSEN :允许程序存储在存储器中，是用于输出的。 频率为时钟振荡频率的 1/6，用 来选择通片外程序存储器。 若产生了寻访片外数据存储器的指令，那么在则在 12 个振荡周期内不会产生 ________PSEN ； (5)VDD/ ____EA :片外程序 ROM 有效 /编程电源。 作 ____EA 用时为输出信号， ____EA 为低电平时，片外 程序 ROM 有效， ____EA 为高电平时，片内程序 ROM 有效。 作 VDD 用时为电源输入，输入 21V编程电源 VPP。 红外模块组 TN_9 在本模块的设计电路中，选择一个性能合适的红外测温模块器件十分重要。 在设计过程中的红外测温模块装置的选取问题上，首先必须考虑的是元器件的下列性能因素：元器件的尺寸、测温响应速度和时间、视场有效检测面积、信号处理功能、元件数量、确定波长范围、制冷方式、确定光学分辨率、光谱响应的范围和被检测目标物体的温 度。 凌阳公司生产的 TN_9是本次红外测温模块的不二选择，它属于集成的红外探测器，其自身内部结构有温度补偿电路、光学系统处理电路和线性处理电路，这样我们就不需要自己去搭建温度补偿等电路，从而简化了本系统的设计。 TN_9 能够测量的最远距离大约为 30 米，测试范围为 33℃ ~220℃ ， 测量回应时间大约为 秒，分辨率为 1/16℃ ，刷新频率为 ，而且它具备 SPI 接口，可以进行串行传输数据，其引脚如图 所示。 V D C G A 图 红 外测温传感器引脚图 TN_9 红外测温模块 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 8 页 共 47 页 在图 中， V为电源引脚，电源一般引入 3V或者 5V电压，一般取 5V； D 为数据接收引脚； C 为时钟输出引脚，一般为 2KHz； G 为接地引脚； A 为测试引脚，低电平有效。 图 是 TN_9 的 SPI 时序图。 当 CLOCK 为下降沿时，就表示 data pin 要接收数据。