1、题 目： 基于单片机的无线电子体温计设计毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 I 页摘 要体温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状况的重要手段之一，对于日常护理和病情检测都是非常重要的。现有体温计大概分为两种类型：一种是常见的玻璃水银体温计，另一种是红外体温计。水银体温计价格便宜，但是易破裂，测温时间较长，大约 5 分钟，使用不便。红外体温计是通过对物体自身辐射的红外能量的测量，准确地测定它的表面温度。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何涉嫌，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
2、人体产生辐射伤害。比起前种测温方法，红外体温计有着响应时间快、使用安全及使用寿命长等优点。基于单片机的无线电子体温计设计主要运用红外线原理，采用热释电红外传感器来采集人体发射出的红外线，将其转换后的电信号通过 A/D 转换送入单片机，由 MCS-51 单片机来实现温度值的转换及送入 LED 显示，同时还加入了时钟功能和超温报警功能，在软件的控制下，实现智能化的体温测量，精确测温，使设计具有实用性。关键词：电子体温计；红外线；MCS-51 单片机毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 II 页AbstractTemperature is the most important physi
3、ological parameters, the most basic life index, for the critically ill patient life parameters monitoring is medical workers to understand the condition condition is one of the important means, for the daily care and disease detection is very important. The existing thermometer is roughly divided in
4、to two types: one is common glass mercury thermometer, the other is a infrared thermometer. The mercury thermometer is cheap, but easy to rupture, measuring long, about 5 minutes, inconvenient use. Infrared thermometer is objects by their infrared radiation energy measurement, accurate determination
5、 of its surface temperature. It uses infrared sensor just absorb infrared radiation of human body and not to the human body to launch any suspected, uses is passive and non-contact measurement, thus the infrared thermometer will not produce radiation to human body injury. Compared with the former me
6、thod of temperature measurement, infrared thermometer has a fast response time, safe use and long service life etc.Based on single-chip wireless electronic thermometer design mainly uses the infrared principle, using the pyroelectric infrared sensors to collect the body emit infrared, converts the e
7、lectrical signal after conversion into the microcontroller through A/D, by the MCS-51 chip to realize the temperature value of the conversion and into the LED display, and also joined and over-temperature alarm clock function function, under the control of software, the realization of intelligent te
8、mperature measurement, accurate temperature measurement, that the design has practical. Key words : electronic thermometer; infrared; MCS-51 MCU 毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 页目 录摘 要 .I第 1 章 绪论 .11.1、课题背景意义 .11.2、国内外发展现状 .11.3、研究内容 .2第 2 章 软硬件开发平台 .32.1 系统开发工具 .32.1.1 硬件开发工具介绍 .32.1.2 软件开发工具介绍 .42.2 系统元器
9、件介绍 .52.2.1 信号采集模块介绍 .52.2.2 ADC 模块介绍 .102.2.3 单片机控制模块介绍 .122.2.4 显示模块介绍 .172.3 程序设计介绍 .18第 3 章 系统硬件设计 .213.1、整体设计方案 .213.1.1、设计原理 .213.1.2、系统框图 .213.2、元器件方案选择 .223.2.1、 单片机芯片选择 .223.2.2、红外温度传感器选择 .223.3、系统的模块设计 .233.3.1 信号采集模块电路图 .233.3.2 AD 转换电路图 .233.3.3 单片机控制模块 .243.3.4 显示模块 .243.4、系统改进设计 .253.4
10、.1 时钟显示模块 .25第四章 系统软件设计 .284.1、软件实现 .284.2、程序模块分析 .294.2.1 ADC 模块程序分析 .294.2.2 时钟显示模块程序分析 .294.2.3 主程序分析 .30结 论 .31致 谢 .32参考文献 .33毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 页附录一 .34附录二 .35附录三 .36附录四 .37毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 1 页第 1 章 绪论1.1、课题背景意义体温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状况的重要手段之一，对于日常护理和病情检
11、测都是非常重要的。传统的水银体温计测量时间长，读数也不方便,而且水银本身具有危险性，这都对新的测量方法提出了更高的要求。近 20 年来，非接触体温计在技术上得到迅速发展，而红外线体温计以其快速、安全的特点，自“非典”之后得到广泛使用。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。红外温度检测集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射)，将其热像显示在荧光屏上，
12、从而准确判断物体表面的温度分布情况。比起传统的测温方法，红外体温计有着响应时间快、使用安全及使用寿命长等优点。一种基于单片机的智能体温计的设计方法，采用热释电红外传感器采集人体发射出的红外线，再将转换之后的电信号通过 A/D 转换送入单片机，由 MCS-51 单片机来实现温度值的转换及送入 LED 显示。同时还加入了时钟功能和超温报警功能，本次红外测温仪的设计运用理论基础和软件平台对本次设计进行了仿真设计和硬件制作。不仅增加了设计难度，而且使设计更具实用性。1.2、国内外发展现状红外测温原理: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
13、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，这就毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 2 页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
14、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
15、外温度传感器。1.3、研究内容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被测物体温度，并将其转换为微弱的电信号，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，这些处理是通过对单片机编程实现的，然后，单片机将处理信号输入显示电路中，显示模块便能准确地显示人体温度。当被测人体温超过 38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。当测温键没有按下时，系统在时钟电路作用下显示当前时间。软件用 C 语言来编写，基于 keil uvision2 C
16、51 来开发调试软件程序。毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 3 页第 2 章 软硬件开发平台2.1 系统开发工具2.1.1 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
17、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
18、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、电路图布线毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 4 页利用 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
19、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。2.1.2 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
20、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。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
21、位器：组合由 C51 和 A51 产生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；毕 业 论 文（设计）用 纸佳木斯大学教务处 第 5 页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。2.2 系统元器件介绍2.2.1 信号采集模块介绍（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
22、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=（T 4-T04）E 是辐射出射度单位是 Wm 3； 是斯蒂芬一波尔兹曼常数，567x10 -8W（m 2K4） ；
