基于单片机体温检测仪系统的设计和实现.doc

In this paper，a temperature detection system based on a single-chip microcomputer is designed to detect human body temperature，display it in digital form，and play the detected human body temperature specific value through the mode of voice playback.The system is composed of several parts：SCM，sensor，LCD，and voice module. The hardware structure is designed with the microcontroller STC89C52 as the core. It detects the human body temperature through the temperature sensor DS18B20，displays the human body temperature value on the LCD1602，and then plays the detected value through the voice module. . Part of the system software through the software keil C language program development and design，debugging.The designed electronic body temperature detector has realized temperature detection，digitization，and electronization，which is of great help to the development of future thermometers. The electronic thermometer can gradually replace mercury (toxic element) thermometers，which greatly improves the use value of thermometers，makes readings clear，and reduces Human body damage，safety and environmental protection have further improved the smart life of people.Keywords：Body temperature detector；Electronic；STC89C52 microcontroller;LCD1602目录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 背景11.1.1 项目背景11.1.2 国内发展状况11.1.3 项目研究内容和规定22 系统分析与设计32.1 系统分析32.1.1 系统流程32.2 概要设计32.2.1 程序流程32.2.2 功能模块简介33 系统实现123.1 读ROM地址123.2 读取温度133.3 显示温度144 测试成果164.1 测试筹划164.2 仿真成果185 总结与展望IV参照文献V道谢VI1 绪论1.1 背景 体温是人们身体状况重要指标之一。体温高低影响着人们健康状况，会引起一系列疾病，因此在生病时候，体温数值至关重要，而温度检测仪是人们惯用手段。1.1.1 项目背景在正常健康状态下，体温是稳定，保持在约36.2至37.2，详细温度数值产生状况可以区别为：低热：37.438；中档度热：38.139：高热：39.141；超高热：41以上。体温变化会影响人们健康，因此检测体温就显得非常重要。在当代发展过程中，体温探测器是最重要手段之一。咱们经常使用水银温度计就是其中之一。然而，由于包具有毒元素和电子技术水银温度计发展，电子温度计逐渐发展并徐徐取代水银温度计。最早温度计产生在16世纪，由意大利创造家伽利略创造，日后伽利略学生和其她科学家，在这个基本上重复改进，华氏温度计诞生了；华氏温度计制成后又通过30近年，瑞典人摄尔修斯改进了华伦海特温度计刻度，她把水沸点定为100度，把水冰点定为0度。日后施勒默尔把两个温度点数值又倒过来，就成了当前百分温度，即摄氏温度，用表达，成为了人们惯用方式。在当代技术高速发展，电子体温检测仪逐渐浮现发展壮大，徐徐取代普通体温计，电子体温计由温度传感器，LCD显示屏，和集成电路等电子元件构成。电子体温检测仪可以迅速精确地测量一种人体温，与老式水银温度计相比，电子温度检测仪具备读数以便，测量时间短，精度高，记忆性好等长处。特别是电子体温计不含水银，对人体和环境没有影响，特别适合家庭，医院等场合使用。 1.1.2 国内发展状况中华人民共和国电子温度计产业来源于1998年，发展速度超过30，并在一年内超过。利润率，政策壁垒和技术壁垒低一倍甚至10倍以上，吸引了大量公司进入该行业。当前，拥有80各种电子温度计国产品牌是行业领先国外品牌，如“欧姆龙”，“夏尔”，“网关”等。有“海尔”，“Delcon”，“Yucon”和“Hypercon”。华辰，华安，康复，冲等迅速发展。将来国内品牌扩张，试图进入该行业厂商将达到50家以上。由于电子温度计行业逐渐原则化和高新类电子产品兴起，电子体温计产品行业进入空前高速发展阶段。惯用电子温度计有三种类型：硬棒温度计：广泛应用于家庭温度计，使用腋下测量和口腔测量。软棒类型：软头电子体温计可以任意弯曲，多方位，无死角，适合所有部位测量，普通可以使用口，腋，肛三种测量办法。安抚奶嘴类型：婴儿安抚奶嘴电子体温计是依照宝宝生理特点精心设计和制造。所有部件都设计成圆弧形，曲率基于婴儿嘴巴形状。硅胶奶嘴中温度传感器包括一种温度传感器。与以往老式市场体温计相比，它误差普通不超过0.1，易于读取和携带，但是当由体温，时间和外界空气，体内不同部位测得体温和温度差别导致稳定性差。1.1.3 项目研究内容和规定在本项目中，设计体温检测仪规定便于携带，精度精确，具备播报功能。因此在设计中选用了单片机STC89C52为核心，由于STC89C52它具备便携性，易用性和高性能等长处，它内部具备存储器4K，宽度8bit，128内存，本设计使用它可以满足咱们所有需求。此外还选用了温度传感器DS18B20为主检测体温模块，检测体温温度，用LCD1602显示体温数值作为体温检测仪显示屏，最后加以来实现体温检测到数值播报功能。在本项目中研究重要是体温检测，通过温度传感器进行温度采集，再进行数字转换，通过单片机转发给显示模块LCD1602，在进行数值播报这一系列功能实现过程。详细功能：1、 显示温度范畴 0摄氏度到85摄氏度。2、 温度精准到小数点后一位。3、 LCD1602显示DS18B20检测到温度数值。4、 当温度超过一定上限数值，会进行温度交警，LCD显示“temp is too high”2 系统分析与设计2.1 系统分析 在这个设计当中选用了单片机STC89C52作为核心，重要起主控作用，控制着整个系统运营。这个体温检测仪系统采用了温度传感器DS18B20进行温度检测，当传感器检测温度之后，会在LCD1602上显示相应温度数值。2.1.1 系统流程系统设计流程图如图1-1所示。 图2-1系统设计框图2.2 概要设计2.2.1 程序流程程序流程图如Error! Reference source not found.所示图2-2程序流程图2.2.2 功能模块简介单片机系统模块：重要由STC89C52单片机、复位电路和晶振电路三个某些构成。STC89C52单片机是ATMEL公司制造低电压，高性能CMOS 8位微控制器。 它采用ATMEL高密度非易失性存取技术，内置8个字节只读存储器（EPROM）和128字节内部RAM ，k字节Flash闪速存储器。STC89C52单片机拥有较高性能，并且成本低，可用于各种控制领域，它集成了微型计算机重要组件，涉及CPU，存储器,可编程I / O端口，定期器/计数器和串行端口。芯片参数：1、工作电压：3.3V-5.5V2、工作频率范畴：0 -40MHz 3、8位CPU4、片集成256字节RAM。 5、4个8位并行I/O接口：P0,P1,P2,P36、单片机下载程序直接通过P30 P31 RXD和TXD串行端口。7、具备EEPROM功能。8、2个16位定期/计数器9、5个优先级别5个中断源10、定期器可以用来模仿许多异步串行端口。它基本构造如图3-1所示。 图2-3单片机基本构造图 电源电路：此最小系统中电源供电模块电源可以通过计算机USB口供应，也可使用外部稳定5V电源供电模块供应。电源电路中接入了电源批示LED，图中R2为LED限流电阻。当LED发亮时，这表达USB电源电路供电成功。 图2-4电源电路图晶振电路：电路中C1非极性电容器和C2非极性电容器是启动电容器。 当12MHz晶体振荡器工作在高频时，它会产生一定寄生电感。 为了平衡电感并产生谐振，可以添加两个10-33pf非极性电容。 单片机内部有一种振荡电路，咱们需要将晶振电路连接到外部工作。 晶体和电容以及内部电路构成一种振荡电路。 只要MCU接通电源，电容就开始振荡，晶体振荡器工作，从而使MCU具备持续时钟信号。 51单片机有一种12路分频器，因此时钟周期为t = 1 /10001us。 图2-5晶振电路图 LCD显示模块：LCD1602是一种用于显示字母，数字，符号等点阵式液晶模块。由各种5X7或5X11点阵字符位构成，每个点字符位都可以显示一种字符，每一位在点线之间有一种间隔，每行也有一种间隔，它会播放一种字符间距和行。间距作用。LCD1602指显示内容为16X2，表达可显示两行，每行16个字符LCD模块（可显示字符或者数字）。咱们可以通过单片机端口来控制LCD1602数据引脚， 数据命令和使能引脚由SCMP1.5，P1.6和P1.7端口控制。 通过遵循LCD1602通信时序控制，咱们可以显示要显示数据，通过P2端口发送给LCD实时显示。 图2-6 LCD显示电路图LCD1602采用原则16脚接口，其中：1：GND是电源地2：VCC连接到5V电源正极。3：V0是LCD对比度调节端子。当正电源连接时，对比度最弱。当电源接地时，对比度最高。 （对比度过高，会产生“鬼影”，使用时可用10K电位器调节对比度）。4：RS为寄存器选取，高电平为1时选取数据寄存器，低电平为0时选取指令寄存器。5：RW是读/写信号线。读操作在高电平（1）下执行，写操作在低电平（0）下执行。6：E（或EN）端为使能端，高电平时读信息（1），负跳时执行指令。714：D0D7为8位双向数据终端。第15至第16脚：空脚或背光电源。15：针背光正极16：针背光负极。功能特点：3.3V或5V工作电压，对比度可调，涉及复位电路，提供各种控制命令，如：清屏，字符闪烁，光标闪烁，显示移位等功能，具备80字节数据显存DDRA内存是192个字符发生器CGROM与5X7点阵和8个顾客可定义5X7字符发生器CGRAM。特点应用：微功耗，体积小，显示内容丰富，超薄轻便，惯用于袖珍仪器和低功耗应用。LCD1602指令、功能令、指令码如下图所示： 图2-7 LCD1602指令集图测温模块：由DS18B20传感器构成，单总线构造，DS18B20DQ与单片机P3口连接，通过上拉电阻接电源，只要发送DS18B20传感器相应ROM地址，就能访问该器件。本系统通过DS18B20传感器检测到人体温度，再调用单片机中读取DS18B20温度程序:向总线放启动温度转换命令，启动连接总线上DS18B20模块温度装换依照传感器64位ROM地址，发送到总线匹配相应传感器模块向总线发读取暂存器命令读DS18B20模块转换温度值。 图2-8 测温模块电路图DS18B20传感器工作原理：DS18B20读写时序和温度测量原理与DS1820相似，但由于温差获得位数不同，温度转换延时时间从2s到750ms不等。 DS18B20温度测量原理：低温度系数晶振振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率脉冲信号给计数器1。高温度系数晶体振荡器随着温度显着地变化其振荡速率，并且所产生信号用作计数器2脉冲输入。计数器1和温度寄存器预设为相应于-55C基准值。计数器1对由低温度系数晶体振荡器产生脉冲信号进行倒计数。当计数器1预置值减小到0时，温度寄存器值将增长1，计数器1预置再次被加载，并且计数器1重新启动。对由低温度系数晶体振荡器产生脉冲信号进行计数，并且重复该周期直到计数器2达到0.温度寄存器值累积被停止。此时，温度寄存器中值是测量温度。斜率累加器用于补偿和校正温度测量过程中非线性，其输出用于校正计数器预设值。技术性能：1、独特单线接口模式，DS18B20只需要一条端口线即可连接微解决器，实现微解决器与DS18B20双向通信。2、温度范畴-55C+ 125C，固有温度误差（注意，不是辨别率，此前出错了）1C。3、支持多点联网功能，各种DS18B20可以并行连接在三根线上，最多只能并联8根，实现多点温度测量，如果数量过多，会使电源电源电压过低，导致信号传播不稳定。4、电源：3.05.5V / DC（数据线寄生供电）5、不需要使用任何外部组件6、测量成果以912位串行传播7、不锈钢保护管直径68、合用于DN1525，DN40DN250各种传媒行业管道和狭小空间设备测温9、原则安装螺纹M10X1，M12X1.5，G1 / 2“可选10、PVC电缆直接出线或德式球接线盒出线，以便与其她电器设备连接。接线办法：面对传感器平坦一面，左正右负，一旦逆转，它们会及时变热，并也许燃烧！ 同步，反过来也是传感器始终显示85C因素。 在实际操作过程中，正负旋转反转，传感器及时发热，液晶屏不显示读数，正负极端显示85C。 此外，如果使用51单片机，中间引脚必要连接4.7K-10K上拉电阻，否则，由于高电平不能正常输入/输出，或者在电源显示85C后及时或 使用几种月后温度升至85C并正常。特点：独特第一线接口只需要一种端口通信，简化了分布式温度检测应用。不需要外部组件来提供数据总线电力。电压范畴为3.0 V至5.5 V.不需要备用电源。测量温度范畴为-55C至+ 125C。华氏度相称于-67C至257F -10C至+85C0.5C温度传感器可编程辨别率为9至12位，温度转换为12位数字格式，最大可达750毫秒，顾客可定义非易失性温度报警设立，应用涉及温度控制，工业系统，消费类电子产品温度计，敏感系统。描述DS18B20数字温度计提供9到12位（可编程设备温度读数）。由于DS18B20是一种端口通信，中央微解决器只有一种与DS18B20端口连接。对于读写和温度转换，可以从数据线自身获得能量，无需外部电源。由于每个DS18B20包括一种唯一序列号，因此同一条总线上可以同步存在各种DS18B20。这使得温度传感器可以放置在许多不同地方。它有许多用途，涉及空调环境控制，建筑物中温度设备或机器传感，以及过程监控和控制。DS18B20使用单线通信接口，由于第一线通信接口，必要先完毕ROM设立，否则存储器和控制功能将不可用。重要提供如下功能命令之一：1.读取ROM 2. ROM匹配3.搜索ROM 4.跳过ROM 5.报警检查。这些指令在没有设备64位平版ROM序列号上运营。可以选取一条线上各种设备来选取一种设备。同步，总线可以懂得总线上有多少设备以及总线上有哪些设备。如果指令成功完毕DS18B20温度测量，则数据将存储在DS18B20存储器中。控制功能批示DS18B20执行温度测量。测量成果将被放入DS18B20存储器中，并可由存储器功能指令器读取，读取内容片上存储器。温度报警触发TH和TL有一种字节EEPROM数据。如果DS18B20不使用警报检查指令，则这些寄存器可用于普通顾客存储目。片内还包括配备字节以抱负地解决温度数字转换问题。写入TH，TL指令和配备字节是使用存储器功能指令完毕。通过寄存器读寄存器。所有数据读写从最低位开始。部件描述：DS18B20存储器由暂存RAM和电可擦除RAM构成，电可擦除RAM又涉及温度触发器TH和TL以及配备寄存器。内存可以完全拟定第一线端口通信，用写入寄存器命令将数字写入寄存器，然后读取寄存器命令也可用于确认这些数字。当进行确认时，可以使用命令复制寄存器将这些数字传送到电可擦除RAM中。当寄存器中数字被修改时，此过程保证数字完整性。高速缓冲存储器RAM由8个字节存储器构成;读取寄存器命令可以读取第九个字节。该字节用于验证前八个字节。64位光刻ROM，其前8位是DS18B20自己代码，接下来48位是持续数字代码，最后8位是CRC校验前56位。 64位光刻ROM还包括五个ROM功能命令：读取ROM，匹配ROM，跳转ROM，查找ROM和报警查找。外部电源连接：DS18B20可以使用外部电源VDD或内部寄生电源。当VDD端口连接到3.0V至5.5V电压时，使用外部电源;当VDD端口接地时使用内部寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部电源，I / O端口线都必要连接一种约5K上拉电阻。配备寄存器配备有不同位数，以拟定温度和转换次数。可以看出，R1和R0是温度决定位，可以通过R1和R0不同组合来配备为9位，10位，11位和12位温度显示。这样，可以懂得相应于不同温度转换位转换时间。四种配备辨别率分别为0.5，0.25，0.125和0.0625，出货时配备为12位。温度读数：DS18B20配备为12位。读取温度时，读取16位数据。前5位是符号位。当前5位为1时，读取温度为负值;当前5位。在0时，读取温度为正值。当温度为正值时，读取办法为：将十六进制数转换为十进制数。当温度为负值时，读数办法为：将16加到16倒数，然后转换为10进制。例：0550H = +85 度（0*160+5*161+5*162+0*163=1360;1360*0.0625=85），FC90H = -55 度。ROM指令表如下所示：图2-9 ROM指令表图RAM指令表： 图2-10 RAM指令表图时序：使用时间间隙来读写 DSl8B20 数据位和写命令 (1)初始化时序见图 2.11 总线 在to 时段发送一复位脉冲(最短为 480us 低电平信号) 接着在 tl 时段释放总线并进入接受状态 DSl8B20 在检测到总线上升沿之后 等待 15-60us 接着 DS18B20 在 t2 时段发出存在脉冲( 60-240 us) 如图中虚线所示。 图2-11 初始化时序(2)写时间隙当总线 t0 时段从高电平到低电平时，就产生写时间隙，见图 2 -12和 图 2-13，从 t0时段开始在15us 之内应将所需写位送到总线上 DSl8B20 在 t 后 15-60us 间对总线采样，若低电平 写入位是 0 。见图 2-12，若高电平写入是 1 ，见图 2-13持续写 2 位间间隙应不不大于 1us。 图2-12 写0时序 图2-13 写1时序(3)读时间隙 见图 2-13主机总线 to 时段从高拉至低电平时 总线只须保持低电平 l 7us 之后在 t1 时段将总线拉高 产生读时间隙 读时间隙在 t1 时段后 t 2 时段前有效 t z 距 to 为 15us 也就是说 t z 时段前主机必要完毕读位 并在 t o 后 60 us 一 120 us 内释放总线。 图2-14 读时序 读取温度过程：调用初使化子程序-送入跳过 ROM 命令(0xcc)-送入温度转换命令(0x44)-温度转换,再次初使化 ds18B20-送入跳过 ROM 命令(0xcc)-送入读温度暂存器命令(0xbe)-读出温度值低字节-读出温度值高字节。报警模块：当检测到体温数值超过37摄氏度时，系统会进行报警显示，LCD1602进行报警提示，LCD第二行会显示“temp is too high”。 3 系统实现3.1 读ROM地址 读ROM地址程序要把DS18B20模块连接到单总线上，并把当前DS18B20模块ROM地址读取：过程如下，一方面计算存储当前DS18B20模块ROM地址存储单元偏移地址，然后初始化DS18B20，发送和读取ROM命令，并将ROM地址读入内存位置。读ROM地址某些程序：void read_ROM() uchar j; j = NUM1*8; DS18B20_init(); write_byte(0x33); ROMj = read_byte();图3-1 ROM读取地址程序流程图3.2 读取温度读取DS18B20温度时，一方面向总线放启动温度转换命令，启动连接总线上DS18B20模块温度装换；再依照传感器64位ROM地址，发送到总线匹配相应传感器模块；最后向总线发读取暂存器命令读DS18B20模块转换温度值。读取温度某些程序：void read_temp() DS18B20_init();write_byte(0xcc); write_byte(0x44); delay(400);DS18B20_init();write_byte(0xcc);write_byte(0xbe);DATA_L = read_byte();DATA_H = read_byte(); temp1=DATA_H*256 + DATA_L; temp=temp1*0.0625;temp2=temp*10;图3-2 DS18B20读取温度程序流程图3.3 显示温度 显示温度传感器读出温度值，DS18B20传感器温度值是12位，存储在2个字节中，其中高字节高5位为符号位，如果温度值是正数，则符号位0，如果温度值是负数，则符号位为1。在显示温度程序时，一方面依照高位字节高5位拟定是正数或者负数，并提取高位字节百位，十位和十位数字，并将其转换为字符代码并将其放入相应缓冲区;将其内容显示在液晶监视器上。显示温度某些程序：void disp_temp() uchar k;wc51r(0x80)； LCD1_line10 =(temp2%100)%10+0x30;LCD1_line7 = (temp2/100)+0x30； LCD1_line8 = (temp2%100)/10+0x30； LCD1_line9 = .;LCD1_line12 = ;LCD1_line13 = C;for(k=0;k 370) wc51r(0xc0); for(k=0;k16;k+) wc51ddr(LCD2_linek)； delay(2)； else wc51r(0xc0); for(k=0;k“Options” - “Output”HEX-80中选取HEX Format列，然后勾选Create HEX File列。如下图所示： 图4-2 keil配备图接下来咱们把编译生成hex文献，下载到仿真软件中模仿单片机，进行仿真测试。Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司发布EDA工具软件（该软件是广州飞马电子科技有限公司总代理）。它不但具备其她EDA工具软件仿真功能，并且还可以仿真MCU和外围设备。它是模仿微控制器和外围设备更好工具。尽管当前国内推广工作刚刚起步，但单片机兴趣者，从事单片机教学教师以及致力于单片机开发和应用科技工作者对此表达赞赏。Proteus是英国着名EDA工具（仿真软件）。从原理图布局和代码调试到单片机和外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品完整设计。它是世界上唯一将电路仿真软件，PCB设计软件和虚拟模型仿真软件相结合设计平台。该解决器型号支持8051，HC11，PIC10 / 12/16/18/24/30 / DsPIC33，AVR，ARM，8086和MSP430等，又增长了Cortex和DSP系列解决器，并继续增长其她系列解决器模型。在编译方面，它也支持许多编译器，如IAR，keil和MPLAB。特性：1.原则布局2. PCB自动或手动布线3. SPICE电路仿真革命性特点：1.交互式电路仿真顾客甚至可以使用RAM，ROM，键盘，电机，LED，LCD，AD / DA，某些SPI器件和某些IIC器件等实时应用。2.仿真解决器及其外围电路可以仿真51系列，AVR，PIC，ARM等。惯用主流单片机。您也可以直接在基于原理图虚拟原型上编程，然后显示和输出。运营后您可以看到输入和输出效果。通过配备系统配备虚拟逻辑分析仪和示波器，Proteus建立了完整电子设计开发环境。4.2 仿真成果通过仿真测试，系统顺利运营，LCD显示精确地得出检测成果。 图4-3 电路模仿仿真图实物检测成果如下图所示： 图4-2 系统实物检测图5 总结与展望 本系统通过以单片机STC89C52为核心设计开发体温检测仪，用DS18C20传感器检测体温，在LCD1602显示体温数值，在最后实验下基本实现了这些功能，满足了项目需求。但是该系统还是存在着不少缺陷，尚有许多改进地方需要完善。相较于其她温度检测系统来说，本次设计体温检测仪最大亮点就在于它集成度较高，携带也比较以便，我对此系统尚有更近一步空间，对于温度传感器知识理解还不是很进一步，对此掌握还不是很纯熟。通过了这次温度检测仪设计和开发，对温度传感器知识有了进一步理解，在设计过程中也学习到了诸多知识，也理解了自己局限性之处，但愿在此后可以加深对这方面知识，在后来设计过程中能更一步。参照文献 1 杨加国,谢维成.单片机原理与应用及C52程序设计(第三版)M.北京:清华大学出版社,.2 李泉溪.单片机原理与应用实例仿真.北京:北京航空航天大学出版社,：266-275.3 高卫东.51单片机原理与实践M.北京航空航天大学出版社,.4 潘永雄.新编单片机原理及应用M.西安电子科技大学出版社,.5 何立民.单片机应用系统设计M.北京:北京航天航空出版社,1990:50-490.6 刘瑞新.单片机原理及应用教程.机械工业出版社,:77 楼然苗.单片机课程设计指引.北京:北京航空航天大学出版社,:55-63.8 贾巍.单片机仿真开发软件应用M,中华人民共和国水运出版社,.9 刘文涛.单片机应用开发实例M.清华大学出版社,.10 王勇等.凌阳单片机原理及其毕业设计精选M.科学出版社,11 刘笃仁,韩保君.传感器原理及应用技术M.机械工业出版社,:8.12 何希才.传感器及其应用电路.北京:电子工业出版社,:36-47.13 张开生,郭国法.MCS-51单片机温度控制系统设计M.:7.14 赵丽娟,邵欣.基于单片机温度监控系统设计与实现M.机械制造,:3.15 朱旭光,刘建辉.农业大棚温湿度控制系统J.自动化技术与应用,.