电子体温计的设计和实现.doc

本 科 生 毕 业 设 计
（申请学士学位）

论文题目电子体温计设计与实现
作者姓名 涂玉娇
专业名称 电子信息工程
指引教师 李汉书

5月

学 生： （签字）
学 号：210055
答 辩 日 期： 年 月 日
指 导 教 师 ： （签字）

目 录

摘要 1
Abstract 1
1 绪论 2
1.1 课题设计背景与意义 2
1.2 电子体温计设计规定 2
2 系统方案论证 3
2.1 系统方案论证 3
2.2 硬件选取 3
3 系统硬件电路设计 4
3.1 AT89C51单片机电路 4
3.2 温度传感电路设计 6
3.3 报警电路设计 7
3.4 显示电路设计 7
4 系统软件设计 8
4.1 主控程序设计 8
4.2 中断程序设计 9
5 仿真成果 10
参照文献 12
附录一 主程序 13
附录二 元器件清单 18
致 谢 19

电子体温计设计与实现

摘要： 本设计是基于单片机AT89C51电子体温计，传感器采用美国DALLAS半导体公司生产新型可编程DS18B20温度传感器。只需要将传感器DS18B20与人体接触，DS18B20就可以感应温度并且直接送入AT89C51单片机中，通过单片机信号解决将其送出，然后温度通过LCD1602数码管进行显示。当温度超过38°C，报警电路中红灯亮；当温度低于36°C时，报警电路中绿灯亮；当温度在36℃~38℃之间绿灯和红灯都不亮。

核心词：电子体温计；DS18B20传感器；AT89C51单片机；LCD1602显示屏

The design and implementation of the electronic thermometer

Abstract：This design is based on single chip microcomputer AT89C51 electronic thermometer，sensor produced by DALLAS semiconductor companies in the United States of new programmable DS18B20 temperature sensor.Just need to sensor DS18B20 with human body contact，DS18B20 temperature can be induced and directly into the single chip microcomputer AT89C51，through single chip microcomputer of signal processing will be sent out，and then the temperature through the LCD1602 digital tube display.When the temperature more than 38 ° C，red light alarm circuit;When the temperature below 36 ° C，the green light alarm circuit;When the temperature in 36 ℃ ~ 38 ℃ between green and red lights are not bright.

Key words：electronic thermometer；temperature sensor DS18B20;AT89C51 single chip;LCD1602 display

1 绪论
温度计发展不久，从原始玻璃管温度计发展到了当前热电阻温度计、热电偶温度计、半导体集成数字温度计等。在电子式温度计中，传感器是它重要构成某些，传感器精度、敏捷度基本决定了温度计精度、测量范畴、控制范畴和用途等。
当前所使用温度计尚有诸多是辨别力为1～0.1℃水银、煤油或酒精温度计。这些温度计刻度间隔普通都很密，不容易精确辨别，读数困难，此外尚有测温速度慢、环境污染严重、携带不以便等缺陷。本设计所简介电子体温计，与老式温度计相比，具备读数以便、测温范畴广、测温精确等长处，其输出温度采用数字显示，重要用于对测温规定比较精确场合，或科研实验室使用。
1.1 课题设计背景与意义
由于水银体温计使用以便、精度高，因而应用很广。再加上测温办法及其构造都已成熟，没多大改进余地，人们对它研究失去了信心，至今几乎没有什么进展。但是用水银体温计进行体温监测很不以便，水银污染也许也很严重等，为了对的测量人体局部温度，促使人们开发了各种不同测温仪器和测温办法，虽然水银体温计仍是一种精度高、价格便宜、使用以便测温仪器。当前已有许多医院采用了电子体温计，用其他电子仪器测量体温也日益普及。这一事实至少表白，电子测温仪器性能已接近水银温度计性能。
温度是惯用测量及被控参数，在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，特别在热学实验中，有特别重要意义。老式水银体温计汞污染及其携带不以便，易破碎，特别是测量时间过长等缺陷，本论文为解决此问题设计出了一种数字式电子体温计。它在稳定性及响应时间上比老式水银体温计有着明显优势，精度规定也能和老式水银体温计相媲美。电子体温计能迅速精确地测量人体体温，特别是电子体温计不含水银，对人体及周边环境无害，特别适合于家庭、医院等场合使用。咱们都懂得水银有剧毒，如果破损也许会带来玻璃扎伤或水银污染隐患。
1.2 电子体温计设计规定
本设计旨在设计一种电子体温计，重要控制器采用单片机AT89C51，传感器采用美国DALLAS半导体公司生产DS18B20智能型传感器。测量出温度采用LCD1602直接显示，当温度超过38°C，报警电路中红灯亮；当温度低于36°C时，报警电路中绿灯亮；当温度在36℃~38℃之间绿灯和红灯都不亮。

2 系统方案论证
2.1 系统方案论证
方案一
红外体温计是非接触式，重要是靠红外传感器感应接受人体辐射红外线,通过模数转换后，用单片机解决采样数据，显示电路就可以显示出数据。但是这个方案制作成本高，耗时比较长，重要是硬件电路与软件程序复杂。
方案二
本电路运用热敏电阻器件在测温电路中感温效应，随着被测温度变化，采集电压或电流，进行模数转换后，用单片机进行加工解决采样得到数据就可以通过显示电路显示出来。但是热敏电阻测量体温有许多问题，例如说存在测量时间较长。
方案三
本设计电子体温计采用温度传感器作为检测元件，温度传感器有精度高长处，可合用于体温检测。它具备小型化、性能高、耗能低、抗干扰能力强、易配微解决器等长处。并且通过单片机解决之后输出到液晶屏，可以直接读出被测温度值，并且减少了外部硬件电路设计，具备低成本和易使用特点。
依照以上需求分析，本设计采用方案三来设计电子体温计。
2.2 硬件选取
智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)结晶,是在智能温度传感器基本上发展而成，典型产品有DS18B20。DS18B20是Dallas半导体公司继DS1820后推出一种改进型智能数字温度传感器，与老式热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度，并可依照实际需求编程实现9～12位数字值读数方式，因此温度传感器采用DS18B20。
MCS系列单片机集成了完整中央解决单元。单片机开发环境规定较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机典型代表Intel公司在20世纪80年代初研制出来MCS51系列单片机。MCS51单片机在国内得到了广泛推广应用，成为电子系统中普遍应用手段，并在工控、交通运送、家电、仪器仪表等领域获得了大量应用成果。基于以上，选取AT89C51单片机。
LCD液晶显示屏是一种运用液晶扭曲/向列效应制成新型显示屏。它具备体积小、质量轻、功耗低、抗干扰能力强等长处。LCD1602是字符式LCD液晶显示屏，该显示屏可以显示两行字符，每行16个字符，显示容量为16X2字符。带有背光源，采用时分割驱动形式，并行接口，可与单片机I/O端口直接相连，是当今显示屏主流，因此采用LCD1602作为显示屏。
该系统总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得温度发送到AT89C51单片机上，通过51单片机解决，将把温度在显示电路上显示.本系统显示屏为点阵字符LCD 1602液晶模块，检测范畴5摄氏度到60摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以通过按键设立两个上下限温度值，对所测温度进行监控报警，当温度高于或低于上下限时，进行信号灯报警，系统框图如图2-1。

图2-1 电子体温计系统框图
3 系统硬件电路设计
3.1 AT89C51单片机电路
AT89C51单片机可应用许多场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简朴测温系统已经足够。由于价格低廉，经济实惠，很适合伙为各种小型设计需要。单片机AT89C51具备低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个就能满足电路系统设计需要，很适合便携手持式产品设计，使用系统可用二节电池供电，也可用USB接口供电，重要特性如下：
(1) 与MCS-51 兼容
(2) 4K字节可编程FLASH存储器
(3) 128×8位内部RAM
(4) 32可编程I/O线
(5) 两个16位定期器/计数器
(6) 5个中断源
(7) 可编程串行通道
(8) 低功耗闲置和掉电模式
(9) 片内振荡器和时钟电路
AT89C51引脚图如图3-1：　

图 3-1 AT89C51引脚图

引脚阐明：
1．VCC：接+5V电源
2．GND：接地
3．P0口：P0口为一种8位漏级开路双向I/O口。当AT89C51扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口作为地址总线（低8位）及数据总线分时复用端口。P0口也可作为通用I/O口使用，但需加上拉电阻，这时为准双向口。当作为通用I/O输入时，应先向端口输出锁存器写入1。P0口可驱动8个LS型TTL负载。
4．P1口：P1口是一种具备内部上拉电阻8位准双向I/O口。P1口是专为顾客使用准双向I/O口，当作为通用I/O口输入时，应先向端口锁存器写入1。P1口可驱动4个LS型TTL负载。
5．P2口：P2口为一种具备内部上拉电阻8位准双向I/O口。当AT89C51扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。P2口也可作为普通I/O口使用。当作为通用I/O口输入时应先向端口输出锁存器写入1 。P2口可驱动4个LS型TTL负载。
6． P3口：P3口是一种带内部上拉电阻8位准双向I/O口。P2口可作为普通I/O口使用。当作为通用I/O口输入时应先向端口输出锁存器写入1 。P2口可驱动4个LS型TTL负载。P3口还可以提供第二功能。如下表3-1所示。

表3-1 P3口第二功能定义
引脚
第二功能
阐明
P3.0
RXD
串行数据输入口
P3.1
TXD
串行数据输出口
P3.2
INT0
外部中断0输入
P3.3
INT1
外部中断1输入
P3.4
T0
定期器0外部计数输入
P3.5
T1
计时器1外部计数输入
P3.6
P3.7
WR
RD
外部数据存储器写选通输出
外部数据存储器读选通输出

3.2 温度传感电路设计
DS18B20性能特点：
（1）各种DS18B20可以并联在三线上，使多点组网功能得到实现；
（2）不必添加外部器件；
（3）可用数据线或干电池供电，范畴为3.0～5.5V电压；
（4）待机没有功率消耗；
（5）仅需一种端口引脚进行通信独特单线接口；
（6）温度以9或12位数字显示；
（7）辨认并标志超过程序限定温度器件；
（8）具备负电压特性，电源极性反接时，温度计不会烧毁，但无法正常工作。
（9）DS18B20内部构造重要由四某些构成：64位ROM、温度传感器、非挥发温度报警触发器及高速暂存器。
DS18B20传感器电路如图3-2所示。

图 3-2 DS18B20传感器电路
DS18B20有六条控制命令，如表3-2所示。
表3-2 DS18B20控制命令
指令
商定代码
操作阐明
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器TH、TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
把E2RAM中TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式
B4H
启动DS18B20发送电源供电方式信号给主CPU

DS18B20遵循单总线合同，每次测温时都必要有4个过程：初始化，传送ROM命令，传送RAM命令，数据互换。例如主机控制DS18B20完毕温度转换这一过程，依照DS18B20通讯合同，必要通过三个环节：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才干对DS18B20进行预定操作。
3.3 报警电路设计
如图3-3所示，温度在通过AT89C51解决后，将其和设定上下限温度进行比较，判断温度值大小，当被测温度在设定上下限范畴内，两灯不亮，表达人体体温正常。当被测温度超过上限范畴红灯亮，低于下限范畴绿灯亮，表达人体体温度异常。

图3-3 报警电路显示
3.4 显示电路设计
LCD液晶显示屏依照显示内容和方式不同可以分为字段式（又称笔画式）、点阵字符式和点阵图3种。在此设计中咱们采用点阵字符LCD，这里采用惯用2x161602液晶模块。如图3-4。
1602采用并行接口方式，有16跟引线，各线功能及用法如下所述：
VSS（1）：接地电源。
VDD（2）：电源正极，接+5V电源。
VL（3）：液晶显示偏压信号。
RS（4）：数据/指令寄存器选取端。高电平时选取数据寄存器，低电平时选取指令寄存器。
R/W（5）：读/写选取端。高电平时读操作，低电平时进行写操作。
E（6）：使能信号，下降沿触发。
D0～D7（7～14）：I/O数据传播线。
BLA(15)：背光源正极。
BLK（16）：背光源负极。

图3-4 LCD1602显示电路

最后将所有模块整合，各个模块引脚分别与相应单片机接口连接。
4 系统软件设计
4.1 主控程序设计
主程序是系统监控程序，需要调用4个子程序，涉及数码管显示程序、温度测试、解决子程序和报警子程序，流程图如4-1 所示。系统在初始化完毕后就进入温度测量程序，实时测量当前温度并通过显示电路在LCD1602上显示。程序中以中断方式来重新设定温度上下限，依照硬件设计完毕对温度控制。系统软件设计总体流程图如下。主控程序代码见附录一。

图 4-1 系统总体设计流程图
4.2 中断程序设计
MCS-51单片中断系统有5个中断祈求源，如表4-1所示。顾客可以用关中断指令“CLR EA”来屏蔽所有中断祈求，也可以用开中断指令“SET EA”来容许CPU接受中断祈求。在本设计中咱们选用INTO 来作为中断祈求源。

表4-1 5个中断源中断入口地址
中断源
入口地址
外部中断0
0003H
定期器T0
000BH
外部中断1
0013H
定期器T1
001BH
串行口
0023H
MCS-51响应中断后，就进入中断服务程序，中断程序基本流程图如图4-2。

图 4-2 中断程序基本流程

5 仿真成果
仿真图如图5-1所示。结论：（1）当按下DS18B20左边红色按钮一次时，温度减少1℃；当按下右边红色按钮一次时，温度增长1℃；
（2）所测温度在低于36℃，报警电路中绿灯亮；所测温度在高于38℃，报警电路中红灯亮；当温度在36℃~38℃之间绿灯和红灯都不亮。

图5-1 在Proteus 中电路仿真图
通过自己亲自动手设计，使我学到许多东西，涉及硬件和软件等方面，使我理解到单片机开发过程，能有筹划进行电子体温计研制。
单片机设计开发不但是软件和硬件上要通过，在成为商品之前要对其外观继续设计等，使消费者对此有第一感官吸引力。总之，在产品设计时一定要考虑仔细、有筹划，要考虑到产品成本、功能、外观等一系列问题，这样设计出来产品才有商业价值，才有竞争力。单片机系统硬件及软件设计，创新点在于针对温度测量特点，采用温度传感器可与单片机直接相连，并且由于它高度集成化，简化外围电路并减少费用，提高了电路工作可靠性和稳定性，达到了较高性价比。
该测温系统通过多次测试，工作稳定可靠、体积小、集成度高、敏捷度高、响应时间短、抗干扰能力强、调试以便、测温稳定等特点。此外该系统成本低廉，器件均为常规元件，有很高工程价值。如稍加改动，该系统可以很以便地扩展为集温度测量、控制为一体产品，具备一定工程应用价值。
参照文献
[1] 万岐江，王淑萍，汪凤兰.体温测量研究进展[J].新疆:医科大学学报，(03).
[2] 梁森，王侃夫，黄杭美.自动检测与转换技术[M].北京:机械工业出版社，.
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[4] 康华光.电子技术基本模仿某些[M].高等教诲出版社，1988.
[5] 卜益民.模仿电子技术[M].北京:邮电大学出版社，.
[6] 谢自美.电子线路设计[M].武汉:华中科技大学出版社，.
[7] 高晓蓉.传感器技术[M].西南:交通大学出版社，.
[8] 黄继昌.传感器工作原理及应用实例[M].人民邮电出版社，1998.
[9] 金发庆.传感器技术与应用（第二版）[M].北京:机械工业出版社，.
[10] 庄春生，杨杰，刘宏伟，肖红.新型智能电子体温计研究[J].河南科学，(03) .
[11] 腾召胜，李继峰，黄大春.基于数字温度传感器DS1620储粮温度自动测试系统[J].仪表技术和传感器，.
[12] 霍孟友.单片机原理与应用[M].机械工业出版社，.
[13] 沈红卫.基于单片机智能系统设计与实现[M].北京:电子工业出版社， .1.
[14] 王元庆，董戴，洪光烈.液晶显示屏液晶层温度测量办法研究[M].仪器仪表学报(6)：15-20.
[15] Stanley B. Lippman.C++Primer[M].北京:人民邮电出版社，.
[16] 谭浩强.C++程序设计[M].北京:清华大学出版社，.
[17] Huddleston，C. [美].Intelligent Sensor Design：Using the Microchip dsPIC(智能传感器设计)[M].北京：人民邮电出版社，：827-1124.
[18] F.Rettig，R.Moos.Direct thermoelectric gas sensors Design aspects and first gas sensors[M].Sens Actuators B，.

附录一 主程序
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar i；
sbit lcdrs=P3^0;
sbit lcdrw=P3^1；
sbit lcde=P3^2;
sbit d1=P0^1；
sbit d2=P0^0；
uchar code t0[]="the temperature ";
uchar code t1[]=" is "；
uchar code wendu[]=""； //运用一种温度表解决温度显示乱码
sbit DQ = P3^7;//定义ds18B20总线IO
//液晶显示模块
void delay(uint z)
{
uint x,y；
for(x=100;x>1;x--)
for(y=z;y>1;y--);
}
void write_com(uchar com)
{
lcdrs=0；
P1=com；
delay(5)；
lcde=1；
delay(5)；
lcde=0；
}
void write_date(uchar date)
{
lcdrs=1；
P1=date；
delay(5)；
lcde=1；
delay(5)；
lcde=0;
}
void init_lcd()
{
lcde=0;
lcdrw=0；
write_com(0x38);
write_com(0x01)；
write_com(0x0c)；
write_com(0x06)；
write_com(0x80)；
for(i=0;i<16;i++)
{
write_date(t0[i])；
delay(0)；
}
write_com(0x80+0x40)；
for(i=0;i<16;i++)
{
write_date(t1[i])；
delay(0)；
}
}
//温度采集模块
void tmpDelay(int num)
//延时函数
{ while(num--) ;
}
void Init_DS18B20()//初始化ds1820
{
unsigned char x=0；
DQ = 1； //DQ复位
tmpDelay(8)； //稍做延时
DQ = 0； //单片机将DQ拉低
tmpDelay(80)；//精准延时不不大于480us
DQ = 1； //拉高总线
tmpDelay(14)；
x=DQ； //稍做延时后如果x=0则初始化成功， x=1则初始化失败
tmpDelay(20)；
}
unsigned char ReadOneChar()//读一种字节
{
unsigned char i=0；
unsigned char dat = 0；
for (i=8;i>0;i--)
{
DQ = 0；// 给脉冲信号
dat>>=1；
DQ = 1；// 给脉冲信号
if(DQ)
dat|=0x80；
tmpDelay(4);}
return(dat);}
void WriteOneChar(unsigned char dat)//写一种字节
{
unsigned char i=0；
for (i=8；i>0；i--)
{
DQ = 0；
DQ = dat&0x01；
tmpDelay(5)；
DQ = 1;
dat>>=1；
}
}
unsigned int Readtemp()//读取温度
{
unsigned char a=0；
unsigned char b=0；
unsigned int t=0；
float tt=0；
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xCC)；// 跳过读序号列号操作
WriteOneChar(0x44)；// 启动温度转换
Init_DS18B20()；
WriteOneChar(0xCC)；//跳过读序号列号操作
WriteOneChar(0xBE)；//读取温度寄存器
a=ReadOneChar()； //持续读两个字节数据 //读低8位
b=ReadOneChar()； //读高8位
t=b；
t<<=8;
t=t|a；//两字节合成一种整型变量。
tt=t*0.0625； //得到真实十进制温度值。由于DS18B20可以精准到0.0625度，因此读回数据最低位代表是0.0625度
t= tt*10+0.5；//放大十倍，这样做目将小数点后第一位也转换为可显示数字，同步进行一种四舍五入操作。
return(t);
}
void display()
{
unsigned int num,num1；
unsigned int shi,ge,xiaoshu；
num=Readtemp()；
num1=num/10；
if(num1>=38)
{
d1=0;
d2=1;
delay(50);
}
if(num1<=36)
{
d1=1;
d2=0;
delay(50);
}
else
{d1=1;
d2=1;}
shi=num/100；
ge=num/10%10；
xiaoshu=num%10；
write_com(0x80+0x40+5)；
write_date(wendu[shi])；
write_com(0x80+0x40+6)；
write_date(wendu[ge])；
write_com(0x80+0x40+7)；
write_date(0x2e)；
write_com(0x80+0x40+8)；
write_date(wendu[xiaoshu]);
}
void main()
{
init_lcd()；
while(1)
{
display()；
delay(10)；
}
}

附录二 元器件清单
器件名称
型号
数量
备注
单片机芯片
AT89C51
1
U1
液晶显示屏
LCD1602
1
LCD1
温度传感器
DS18B20
1
U2
电阻RES
10K
2
R1、R2
瓷片电容
22pF
2
C1、C2
瓷片电容
1nF
1
C3
晶振CRYSTAL
11.0592MHZ
1
X1
发光二极管
LED-RED
1
D1
发光二极管
LED-GREEN
1
D2

致 谢
一方面感谢我导师李汉书教师给了我无私协助和耐心指引。李教师认真地协助我修改论文，对于错误格式也细微指出，甚至连错别字也逃但是李教师眼睛。我很荣幸可以在大学最后时光遇到李教师，她对待学术严谨细致，为人热情耐心，对我产生了非常深刻影响，终身受益，对李教师感激之情是无法用言语表达。
虽然动手准备毕业设计已经很长时间了，但由于我有关理论知识不够夯实，进度缓慢，李教师给了我很大协助，从前期设计思路到日后细节把握都能予以耐心、细致指引。在论文设计某些教师也给出了宝贵建议。此外，我还要特别感谢我学长兼同事，是她们给了我巨大勇气和战胜困难信心，在毕业设计中她们协助也是非常大，她们以过来人身份告诉咱们，该如何去做一种毕业设计雏形，要层次明确，分派合理，这样才干在预期时间内完毕任务，在此我表达感谢。