畢業(yè)論文-基于單片機的無接觸式測溫語音播報器的設計與實現

1、大連東軟信息學院本科畢業(yè)設計（論文）論文題目論文題目：基于單片機的無接觸式測溫語音播報器的設計與實現 系 所：電子工程系 專 業(yè)：電子信息工程（微電子制造方向） 學生姓名： 學生學號： 指導教師： 導師職稱：講師 完成日期：2014年4月28日 大連東軟信息學院Dalian Neusoft University of Information大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 摘要 V基于單片機的無接觸式測溫語音播報器的設計與實現摘 要傳統(tǒng)的溫度計多采用物理原理，根據水銀等隨溫度升降的熱脹冷縮的性質，通過讀取刻度值來判斷溫度值，這種方法不太方便，而且耗時過長。隨著現代科學技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸式測

2、溫方式已不能滿足現代一些領域的測溫需求。非接觸測溫播報器就是針對這些問題而設計開發(fā)的，該系統(tǒng)是通過將微機技術、光學聚焦技術、傳感器技術等技術相結合，以非接觸式的方式測出人體溫度，通過LCD1602來顯示溫度結果并利用語音芯片對測試結果進行語音播報。本文介紹的基于單片機實用溫度實時檢測和記錄系統(tǒng)，是利用非接觸式表面溫度測溫傳感器，采集人體發(fā)射出的紅外線，得到數字信號送入單片機，由STC單片機通過溫度補償來實現溫度值的轉換并送入LCD1602顯示和超溫聲光報警功能。MCU采用STC12C5A60S2單片機作為主控制器，加上外圍電源時鐘電路、語音錄放模塊、LCD顯示和紅外測溫傳感器模塊組成。STC1

3、2C5A60S2單片機完全兼容8051系列單片機，系統(tǒng)資源十分豐富，完全滿足本系統(tǒng)設計需要。系統(tǒng)軟件部分由C語音編寫，易讀，可移植性好。本系統(tǒng)主要包括紅外測溫模塊、語音錄放模塊、LCD顯示模塊、按鍵模塊和電源模塊等五部分組成。關鍵詞：非接觸測溫，語音播報器，時鐘電路，單片機大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） AbstractDesign and implementation of non-contact temperature measurement device for voice broadcast based on single chipAbstractThe physicalprinci

4、ple is widely used inthe traditional thermometer，based on the nature of mercury and other movements of thermal expansion and contraction with temperature by reading the scale value to determine the temperature， this approach is not easy， and takes too long. With the development of modern science and

5、 technology，traditional contact temperature measurement methods can not meet the needs of modern thermometry in some areas. Non-contact temperature measurement broadcast device is designed and developed to solve these problems， the system include such as computer technology，focusing optics technolog

6、y， sensor technology and other technology，can be non-contact measurement of body temperature， through the LCD1602 displays temperature results and test results using voice chip for voice broadcast. This paper describes the real-time detection and recording system based microcontroller practical temp

7、erature. It is mainly the use of non-contact surface temperature measuring sensors， collecting body emits infrared rays， get a digital signal into the microcontroller by STC microcontroller to achieve the transition temperature values and fed by the temperature compensation LCD1602 display and ultra

8、-warm sound and light alarm. MCU uses STC12C5A60S2 microcontroller as the main controller， and the external power clock circuit， voice recording module， LCD display and infrared temperature sensor module. STC12C5A60S2 MCU 8051 is fully compatible with the system resources are very rich， fully meet t

9、he needs of the system design. System software written in part by C Language readability，portability is good. The system includes five parts infrared temperature measurement module， voice recording module， LCD display module， the key modules and power supply modules and other components.Key words: N

10、on-contact temperature measurement，voice broadcast unit，Clock Circuit， Microcontroller大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387840140 h IAbstract PAGEREF _Toc387840141 h II第1章 緒 論 PAGEREF _Toc387840142 h 11.1 研究現狀 PAGEREF _Toc387840143 h 11.2 研究目的和意義 PAGEREF _Toc387840144 h 11.3 課題預期成果

11、PAGEREF _Toc387840145 h 2第2章關鍵技術介紹 PAGEREF _Toc387840146 h 32.1 紅外的基本概念 PAGEREF _Toc387840147 h 32.2 非接觸紅外測溫原理 PAGEREF _Toc387840148 h 32.3 紅外測溫的方法 PAGEREF _Toc387840149 h 4第3章系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc387840150 h 53.1 系統(tǒng)結構 PAGEREF _Toc387840151 h 53.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc387840152 h 53.3 系統(tǒng)主要模塊的選擇 PAGEREF _T

12、oc387840153 h 53.4 系統(tǒng)任務的可行性分析 PAGEREF _Toc387840154 h 63.4.1 經濟可行性 PAGEREF _Toc387840155 h 63.4.2 技術可行性 PAGEREF _Toc387840156 h 74.1 主CPU的選擇 PAGEREF _Toc387840157 h 84.2 設計中涉及到重要器件介紹 PAGEREF _Toc387840158 h 84.3 系統(tǒng)硬件電路設計 PAGEREF _Toc387840159 h 10第5章系統(tǒng)實現 PAGEREF _Toc387840160 h 135.1 系統(tǒng)完整電路圖 PAGEREF

13、 _Toc387840161 h 135.2系統(tǒng)PCB版圖 PAGEREF _Toc387840162 h 135.3 軟件流程圖 PAGEREF _Toc387840163 h 145.4 系統(tǒng)主要程序 PAGEREF _Toc387840164 h 155.4.1 TN901溫度獲取的主要驅動程序 PAGEREF _Toc387840165 h 155.4.2 LCD1602主要驅動程序 PAGEREF _Toc387840166 h 165.4.3 ISD4004-8語音主要驅動程序 PAGEREF _Toc387840167 h 18第6章系統(tǒng)測試 PAGEREF _Toc387840

14、168 h 216.1 系統(tǒng)軟件調試 PAGEREF _Toc387840169 h 216.2 系統(tǒng)硬件調試 PAGEREF _Toc387840170 h 216.3 本章小結 PAGEREF _Toc387840171 h 22第7章結論 PAGEREF _Toc387840172 h 23參考文獻 PAGEREF _Toc387840173 h 25致 謝 PAGEREF _Toc387840174 h 26附 錄 PAGEREF _Toc387840175 h 27大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）- 第1章 緒 論隨著科學技術的不斷進步，市面上傳統(tǒng)的接觸式測溫方式已不能滿足現代一些特

15、殊領域的測溫需求，使用接觸的方式測溫不僅耗時、耗力，在某些領域完全無法使用，因此，本文就介紹了一種基于單片機而設計出的無接觸式測溫語音播報器。1.1 研究現狀溫度與人類生活密切相關，溫度測量也是一直處于不斷發(fā)展之中。目前，很多測溫元件及溫度傳感器的發(fā)展，在各醫(yī)學研究、科學技術、家用電器等領域廣泛應用。測量溫度的方法有許多，主要離不開下面兩種測量基礎，即接觸式測和非接觸式兩種測溫法，前者包括利用液體的膨脹冷縮來測溫（通常為汞）、電量式測溫、光熱電測溫，后者包括輻射溫度測量，光譜，激光干涉儀測溫，聲學的微波測量溫度。接觸測溫法在測溫時必須要與被測物體或介質之間有充分地接觸，在測時干擾性大。非接觸式

16、測溫法不需要與被測物接觸，不會影響溫度場，但是往往被測物表面的狀態(tài)或表面不同介質會影響測量結果。老式的熱電偶熱電阻，相對來說技術成熟，結構簡單，使用方便，已廣泛應用于溫度場的測量。隨著一些新技術的發(fā)展，預計其應用范圍會更加拓展。隨著光電及紅外探測技術的發(fā)展，市場上出現很多紅外測溫儀。它具有測量精度高，響應快，受介質影響小，應用范圍廣等特點。雖然溫度測量方法很多樣，然而，對于一些特殊的溫度測量，要得到準確可靠的結果還是很不容易的。因此，特殊的對象還是選擇適當的方法來測量。對于以后的發(fā)展，還需不斷的探求先進的溫度測量方法，以滿足社會的不斷進步。1.2 研究目的和意義老式的溫度計一般都是利用物理原理

17、來實現，根據汞等物質隨溫度升降而熱脹冷縮的特殊性質，再通過讀取刻度值來收集溫度值，這種方法通常不太便利，而且測量所需的時間也過長。所以當前對非接觸并且遠距離測溫技術的提升要求越來越大。例如，隨著生活節(jié)奏的加快，父母幫助孩子來測量溫度，但因為孩子是不穩(wěn)定的，好動，而浪費了大量時間和精力；老年人活動不便，傳統(tǒng)的溫度計的使用是不容易的，而且因為傳統(tǒng)的溫度刻度值太小，觀察溫度值也是不易的；現在有著各種突發(fā)的傳染病，傳染性強，如果是在學?；虼笮蜋C構中依舊使用老式的測溫辦法進行全員的溫度測量是很不易的。本文所設計的非接觸測溫播報器就是為了解決這些麻煩而開發(fā)的，該系統(tǒng)是將微機技術、光學聚焦技術、傳感器技術等

18、技術相結合，可以非接觸式的測出人體溫度，通過LCD1602來顯示溫度結果并利用語音芯片對測試結果進行語音播報。當年甲型H1N1流感盛行一時，甚至能夠通過呼吸傳染，在醫(yī)院的隔離室里，患者采用無線測溫的方法，可以及時地了解到各個病號患者的體溫狀況，既節(jié)省時間又節(jié)省人力，在某種程度上可以避免一些悲劇的發(fā)生。因此此課題的實現具有現實意義。1.3 課題預期成果本設計是以數字集成電路技術為基礎，以STC12C5A60S2單片機為中心，軟硬件相結合，設計一款非接觸式測溫語音播報器，主要完成非接觸測溫及語音報溫等功能。本文重點介紹基于單片機的溫度實時檢測記錄系統(tǒng)。它利用非接觸式表面測溫傳感器，收集由人體發(fā)射出

19、的紅外線，獲取數字信號并輸進單片機，由STC單片機以溫度補償的方式來實現溫度值數字信號的轉換并在LCD1602顯示并且通過超溫聲光監(jiān)測。本研究在現實意義中具有很高的價值，并且在未來的測溫領域會有更大的發(fā)展空間。MCU的主控制器為單片機STC12C5A60S2，加上外圍電源時鐘電路、語音錄放模塊、LCD顯示和紅外測溫傳感器模塊組成。STC12C5A60S2單片機完全兼容8051系列單片機，系統(tǒng)資源十分豐富，完全滿足本系統(tǒng)設計需要。該方案利用LCD1602液晶屏對當前時間進行顯示，并通過采用ISD系列語音芯片所組成的語音電路實現實時時間的語音播報。利用紅外測溫傳感器，實現對溫度的測量。利用非接觸表

20、面溫度傳感器進行溫度的采集。該傳感器應用薄膜技術將多個具有熱電效應的熱電偶集成在硅底板上。熱電偶冷端熱端之間，由氮化硅膜的熱吸收區(qū)分開，熱端接收紅外射線轉化為熱量。熱電偶的熱轉換為成比例的電壓進行輸出。熱敏電阻集成在傳感器內部。用于測量環(huán)境溫度，以實現溫度的環(huán)境補償作用。隨著溫度的變化。傳感器的電阻值也會發(fā)生變化。本設計實現的非接觸式測溫語音播報器具有“一鍵播報”按鍵，可以實現對溫度的實時測量并進行語音播報功能。系統(tǒng)軟件部分由C語音編寫，易讀，可移植性好。本系統(tǒng)主要包括紅外無接觸測溫模塊、語音的收錄播放模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊和電源模塊等五部分組成。 第2章關鍵技術介紹2.1 紅外的基本概

21、念紅外線是不可見光，在1800年英國科學家 HYPERLINK /view/137366.htm t _blank 赫歇爾于發(fā)現紅外熱輻射的光學特質，他利用太陽光進行 HYPERLINK /view/91427.htm t _blank 三棱鏡分解色帶，分別在不同色帶下面放置了溫度計，旨在測量各色光帶的加熱效應。最終發(fā)現，放置在 HYPERLINK /view/383036.htm t _blank 紅光外側的溫度計指數上升最快。最后得出結果：在太陽光譜中，存在著一個看不見的光，這是紅外。也可以當作傳輸之媒介。太陽光譜中的紅外線的波長比可見光長，波長為0.75 1000m。紅外線可分為三種類別

22、，即近紅外線的波長為（0.75-1）至 （2.5-3）m；中紅外線的波長為（2.5-3）至（25-40）m； HYPERLINK /view/264788.htm t _blank 遠紅外線的波長為（25-40至l000m）。紅外線的 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 電磁波波長介于可見光與微波之間的，它是一種波長比紅光長的不可見光。包括室溫帶發(fā)射的熱輻射。在透薄霧方面能力比可見光厲害。廣泛應用于通信，檢測，醫(yī)療，軍事等方面。 俗稱紅外光。紅外線輻射是自然界中廣泛存在，自然界中的各種物質都會在常規(guī)情況下進行原子或者分子的無規(guī)則運動，同時不斷對外進行熱輻射，分子

23、和原子輻射的能量隨著不斷運動而增強，反之，輻射出來的能量也變小。一個在絕對零度以上的物體也會因為紅外輻射的分子運動而增加溫度。紅外探測器在將物體輻射出來的功率信號轉化成電信號后，成像裝置就將物體的溫度空間分布模擬出來，再通過電子系統(tǒng)進行處理，最后顯示到顯示屏上，與掃描物體表面熱分布相應。使用這種方法，可以遠程實現熱狀態(tài)的成像。2.2 非接觸紅外測溫原理光電探測儀將紅外聚焦能量轉化為對應的電信號。信號在通過放大器和信號處理電路之后按照機器特定的運算處理規(guī)則之后進行校準，最后顯示出溫度值。此外，還應該考慮到目標溫度和環(huán)境條件影響，必要是對影響因素進行排除或者糾正。所有的在絕對零度以上的物體都在對外

24、源源不斷的進行紅外輻射。物體的表面溫度與紅外輻射的能量、波長都有著很密切的聯系。因此，監(jiān)測物體發(fā)射出來的輻射能量值，就能體現物體的實際溫度值，這是紅外測溫的最基礎條件。黑體輻射的規(guī)律：黑體是輻射體中最理想的，它能吸收所有物體波長所輻射的能量，黑體表面的發(fā)射率僅僅為1，不會進行任何的能量發(fā)射和透射。當然自然界中其實并不存在真正意義上的黑體，但是科學家們?yōu)榱伺宀⑶耀@得紅外輻射的分布規(guī)則，就需要在理論研究中設想出一個合適的模型，即普朗克提出的量子化振子模型，以此得到了普朗克黑體輻射定律，包括關于輻射的波長的黑體光譜，這是所有的紅外輻射的理論起點，所以稱為黑體輻射定律。物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：自

25、然界現實存在的物體，跟黑體毫無關系。所有現實物體的輻射量不僅依賴于輻射的波長和物體的物理溫度，還與物體的所含材料類別、制作的方法以及物體表面即時狀態(tài)、環(huán)境條件等因素有聯系。因此，為了使黑體輻射定律在所有實際物體中適用，就必須整理出一個與材料的性質及表面即時狀態(tài)有關的一個特定系數，稱為發(fā)射率。該發(fā)射率表示黑體的熱輻射與自然物體輻射的相似程度，其閾值在0和1的數值中間。根據物體的輻射規(guī)則，在知道材料的發(fā)射率的情況下，就很容易計算出一切物體的紅外輻射的特征。非接觸式表面溫度測溫傳感器應用微結構薄膜技術在硅底板上集成了許多個基于熱電效應的熱電偶。熱電偶的熱端和冷端之間用隔熱的SiNx隔膜分隔，熱端的吸

26、收區(qū)把接收的紅外線轉換成熱量。熱電偶則把熱量成比例地轉換成電壓輸出。傳感器內部還集成了一個熱敏電阻。用于測量環(huán)境溫度，以實現溫度的環(huán)境補償作用。隨著溫度的變化。傳感器的電阻值也會發(fā)生變化1。一般紅外測溫傳感器的輸出信號很微弱，為達到使用要求。采用運算放大器進行放大。該運放最低工作電壓為2.5V。靜態(tài)工作電流為50uA，在關斷狀態(tài)下工作電流最大值為0.5uA，因此紅外測溫具有低壓、低耗、高精準的特點。2.3 紅外測溫的方法通過熱輻射波長的測量來確定物體的輻射溫度的方法稱為全輻射測溫法；通過物體在特定波長下測量單色輻射亮度來確定物體溫度的方法稱為亮度測溫法；通過設定單色輻射對象的比例來確定兩個波長

27、的溫度的方法為比色測溫法7。亮度測溫法不需要環(huán)境溫度的補償，發(fā)射率的誤差小，測溫的精度也高，但由于只能在短波區(qū)工作，所以只適于在高溫進行測量。比色測溫法的光學系統(tǒng)可進行部分遮擋，受霧霾等環(huán)境的影響小，測溫精度高，但每次使用前為了使波段的發(fā)射率相差不大必須去選擇恰當的波段，使用麻煩。而本設計則選用全輻射測溫法來測量物體的即時溫度，全輻射測溫法以所有波長范圍內的總輻射為依據來確定溫度，當然選用這種方法也是考慮目前中低溫物體的波長比較大，而且輻射信號較弱，除此之外次設計成本較低也是選擇此類設計方法的原因。第3章系統(tǒng)分析3.1 系統(tǒng)結構根據該系統(tǒng)的設計功能的要求，采用單片機軟件系統(tǒng)進行紅外溫度測量系統(tǒng)

28、的設計，利用單片機的按鍵控制與單片機的自動控制能力，來實現溫度的檢測，顯示，報警，傳輸；因此本系統(tǒng)的軟件同樣采取了模塊式的設計方案，它把整個系統(tǒng)分成多個模塊并分別予以解決，它包含主從控制器的單片機，非接觸測溫模塊，鍵盤控制模塊、蜂鳴器模塊、LCD顯示模塊、語音模塊、電源模塊。單片機模塊主要完成系統(tǒng)的初始化功能，溫度的檢測，串行口通信，鍵盤和顯示等功能，其中系統(tǒng)初始化包括：液晶顯示的初始化，信號傳輸的初始化；非接觸測溫模塊包括：獲取溫度相關數據，計算溫度值。鍵盤掃描模塊 ：獲取按鍵信息，處理按鍵請求等；顯示模塊：獲取并處理相應的溫度數據并顯示出來；系統(tǒng)結構框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)結構框

29、圖3.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 操作系統(tǒng)： Window 7軟件開發(fā)工具：Keil Vision4畫圖工具：Altium Designer Release 10硬件控制器：STC12C5A60S23.3 系統(tǒng)主要模塊的選擇（1）非接觸測溫模塊 該系統(tǒng)采用的溫度測量模塊是臺灣燃太TN901，TN901采用IR-SoC 技術(紅外片上系統(tǒng)) 和批校驗技術使得產品尺寸和成本達到了最低限。極低的成本。電池電壓不超過9V的低電壓技術。內部有溫度補償電路和線性處理電路，輸出數字信號，它的響應速度快、精度高、穩(wěn)定性好。（2）控制器模塊STC12C5A60S2不僅與8051指令，引腳兼容，并且它內部程序存儲器容量也很

30、大，此類單片機的內部就自帶著60K 閃存,而這種工藝給使用客戶提供了很大的方便，因為它可以以電的方式快速擦除和改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。很明顯，開發(fā)這種單片機需要的設備要求很低，開發(fā)出來的時間也會縮短。此類單片機程序的編寫也可加密，這樣它可以很好地保護自己的勞動成果2。（3）顯示模塊為了使設計的產品顯示信息更加直觀，我們要選用顯示功能更強大的液晶LCD，這種顯示方式更有可讀性，也更便捷的幫助人們讀取數值。液晶LCD1602與同類顯示屏相比有著明顯的優(yōu)點：低功耗，尺寸更小，攜帶方便，顯示信息量大，字跡整齊，視覺舒適度高，更快捷地進行控制。（4）語音模塊美國ISD公司推出了ISD

31、系列語音芯片3。該系列語音芯片采用更多的專利技術，比如說多電平直接模擬存儲，聲音也不需要經過A/D壓縮、轉換，對于每個采集數據直接儲存至片內的閃存，中間就不會存在轉換誤差這樣的問題，而語音效果也更加自然，干凈。排除了一般固體錄音電路壓縮、量化造成的雜音的問題。（5）蜂鳴器蜂鳴器一般是一體式的結構，供電則采用直流電壓，通常在 HYPERLINK /view/3314.htm t _blank 計算機、復印機、兒童玩具、報警器、電子設備、電話機、定時鬧鐘等電子產品進行應用。3.4 系統(tǒng)任務的可行性分析3.4.1 經濟可行性采用單片機STC12C5A60S2系統(tǒng)的主控制器，目前市場價格在4元至6元之

32、間，非接觸式溫度測量模塊采用了臺灣燃太公司的TN901，經濟價值約150元，顯示部分的液晶LCD1602市場價格在13到15元左右， 通過上述的價格分析，本設計整體費用在200元上下，并且同時可以滿足本設計的各項要求，可見在經濟上具有可行性。3.4.2 技術可行性本系統(tǒng)所采用的關鍵技術包括語音模塊，非接觸測溫模塊的設計、蜂鳴器報警模塊的驅動電路設計及各功能模塊的主邏輯芯片的時序控制，我們可以通過網上收集和查閱相關的書籍去得到技術的具體使用說明與相關的設計文檔，另外之前學習的數字電路，模擬電路，以及相關的單片機課程，都對本設計提供了扎實的技術理論基礎。系統(tǒng)軟件部分則由C語音編寫，易讀，可移植性好

33、。因此，本畢業(yè)設計使用的相關技術都是可行。第4章系統(tǒng)設計4.1 主CPU的選擇對于非接觸測溫語音播報器而言，在設計中使用一款不僅價格便宜，而且接口資源豐富的CPU十分重要，對于本設計是非常重要的。單片機又稱微控制器，或稱嵌入式控制器?，F在的智能家電無一例外是采用微控制器來實現的，所以家用電器是單片機應用最多的領域之一，單片機是家用電器實現智能化的大腦。由于家用電器體積小，故要求其控制器的體積更小以便能嵌入結構之中4。而家用電器品種多，功能差異也大，所以要求其控制器有靈活的控制功能。單片機以微小的體積和編程的靈活性等特點而產生多種控制功能，完全可以滿足家用電器的需求。目前市場上較為流行的有意法半

34、導體公司生產的STM32系列單片機，德州儀器公司生產的MSP430系列，當然目前我們最為熟悉的就是51單片機。STM32系列單片機是32位的，相應的數據處理能力也得到很大的提升，但是程序較復雜，對于我們新手來說處理起來也太麻煩，所以不采用此芯片。第二種為德州儀器的MSP430，它又稱為混合信號處理器，其為16位的，它雖然精簡，低耗，但是由于價格昂貴，且不能在PROTUES環(huán)境中進行仿真。因此作為本次項目的設計也不是一款合適的單片機。最終我們采用STC12C5A60S2單片機作為本設計的核心芯片，STC12C5A60S2單片機完全兼容8051系列單片機，系統(tǒng)資源十分豐富，技術也相當的成熟，而且價

35、格低廉，能在PROTUES環(huán)境中進行仿真，對于我們新手來說很適用，因此選擇此單片機完全滿足本系統(tǒng)設計需要5。4.2 設計中涉及到重要器件介紹本設計中主要涉及到的主要器件有STC12C5A60S2單片機、紅外測溫模塊、ISD4004語音芯片和LCD1602液晶顯示器。（1）STC12C5A60S2系列單片機的介紹STC12C5A60S2是基于80C51高性能框架結構的處理器，是由STC單片機有限公司生產的單芯片微控制器。工作電壓為5V，采用增強內核，一般在在16個時鐘周期內執(zhí)行指令，比標準的8051系列芯片快6倍以上，同時完全兼容傳統(tǒng)的8501系列。在系統(tǒng)編程（ISP）和應用編程（IAP）方面支

36、持用戶升級系統(tǒng)中的程序和數據。 ISP允許用戶下載新的代碼，去除不需要的程序得到自己想要的最終產品程序; IAP意味著該設備可以在閃存中的寫入非指令關鍵字的數據，此外，STC12C5A60S2單片機內部集成了專用的復位電路MAX810（外部晶體在12M以下時，復位腳可將1K的電阻接地），外部設有高精度的時鐘，可以通過外部振蕩，獲得高精度的時鐘信號，同時內部時鐘在要求不高時也可以使用。8路的高速A/D轉化速度更可以高達250K每秒。所以本芯片在使用方面具有超高的性價比，比同類芯片具有更大的優(yōu)勢6。（2） LCD1602液晶介紹液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點，在嵌入式

37、應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，本設計中使用的LCD1602 液晶顯示模塊（其內部控制器為 HYPERLINK /stock_hd44780.html t _blank HD44780芯片），它可以顯示兩行，每行16 個字符，因此可相當于32 個LED HYPERLINK /product/file465.html t _blank 數碼管，而且比數碼管顯示的信息還多。采用單+5V HYPERLINK /info/15.html t _blank 電源供電，外圍電路配置簡單，顯示效果也很好。（3）ISD4004-8語音芯片ISD4004的ChipCorder系列芯片提供高品質語音功能，它的工作

38、電壓為3伏，使用了單芯片記錄/回放的解決方案，廣泛應用于移動電話和其它便攜式產品。基于CMOS的高密度多層閃存陣列工藝器件上包括了一個片上振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器。ISD4004系列是以微處理器或微控制器為基礎的而設計的系統(tǒng)8。地址和控制是通過串行外設接口（SPI）或Microwire串行接口來完成，以盡量減少引腳數量9。錄音存儲到片內的閃存單元，這樣更便于客戶隨時進行擦寫和改寫。這種獨特的單芯片解決方案利用新唐科技的多級存儲專利技術。語音和音頻信號很自然地被直接存儲到存儲器陣列中，以此保證了高品質語音的實現10。圖4.1為芯片ISD4004的管腳圖圖 4.1 ISD400

39、4芯片管腳圖4.3 系統(tǒng)硬件電路設計本系統(tǒng)硬件電路涉及到的主要模塊包括單片機最小系統(tǒng)電路設計，液晶顯示電路設計，語音模塊以及非接觸測溫模塊等組成。(1) 單片機最小系統(tǒng)電路設計單片機最小系統(tǒng)包括一個復位電路和一個時鐘電路11。復位電路又分為上電復位電路和開關復位電路。我使用的復位是上電復位電路，如圖4.1所示。時鐘頻繁率低于12MHZ時可以不用C1，而是R1接1K電阻到地，反正高于的時候，我們一般使用第二復位功能腳，可以不用C1，R1接到地。在使用內部振蕩器時鐘時，XTAL1與XTAL2都必須浮空，在使用外部有源晶振，時鐘從XTAL1輸入，XTAL2浮空。圖4.2 STC12C5A60S2單片

40、機最小系統(tǒng)應用(2) 液晶顯示電路設計LCD1602的顯示電路如圖4.3所示。管腳“1”為VSS，管腳“2”為電源正極，管腳3為液晶顯示偏壓信號，管腳“4”RS為寄存器選擇，管腳 “5”為讀寫操作，管腳“6”為使能信號，管腳“7至14”為數據總線，管腳“15”為背光5V電源。管腳“16”為背光接地。圖4.3 LCD1602電路原理圖(3) 非接觸測溫模塊的電路設計本設計使用的溫度傳感器探頭是熱釋電紅外線傳感TN901，它能接收人體發(fā)射出的紅外線并使之轉化為數字信號。這種傳感器內部集成了濾波、放大和數模轉換的功能（如圖4.4），主要使用的是SPI的協(xié)議流程，通過SCK和Data完成數據傳輸，它的

41、工作溫度是-33220，特別適合測量人體的溫度12。圖4.4 非接觸測溫模塊接口電路(4) ISD4004語音芯片錄放電路在本設計中，ISD4004的語音播放錄入功能對于實現本設計功能至關重要，如下面的4.5錄放電路圖所示，我們可以事先將代碼燒入到芯片中，然后通過對語音的存儲，實現對全數字語音播報功能的需求13。圖4.5 ISD4004語音錄放電路第5章系統(tǒng)實現5.1 系統(tǒng)完整電路圖系統(tǒng)完整電路圖如圖5.1所示，包括語音模塊，非接觸溫度傳感器模塊，蜂鳴器模塊，LCD1602模塊，按鍵模塊，電源模塊，串口通信模塊等。圖5.1 系統(tǒng)總電路圖5.2系統(tǒng)PCB版圖完整電路圖如圖5.3所示。該電路圖的設

42、計適用于印制好的PCB板，為了節(jié)約成本和空間，我們使用的10*10的正方形尺寸，這也是目前最常用的尺寸之一。布線本著先難后易，主控模塊優(yōu)先的原則。使器件的布局具有良好電性能，通常連線關系比較密切的元器件要盡量放在一起，尤其對一些高速線，布局時就要使它盡可能地短14。在滿足電路性能的前提下，還要考慮元器件擺放整齊、美觀，便于測試等。本版圖繪制通過軟件Altium Designer 10來實現，在軟件中我們先新建一個pcb project，加載數據庫里面的器件庫資料，并且通過原理圖生成網絡表對這些器件進行整體的移動和布局，然后標好元件值便于對元件進行自動標注（一般都是自上而下的順序標注），在完成此

43、步驟之后我們開始對整個器件之間進行布線，連接時切忌繞線，搭線。最后我們要進行DRC校驗，主要是為了檢查有沒有沒布的線。圖5.2 系統(tǒng)總PCB圖5.3 軟件流程圖系統(tǒng)上電后，軟件會對系統(tǒng)進行初始化，包括對各種變量初始化，LCD1602液晶顯示初始，串口和定時器的設置初始化，有了這些初始化才能保證系統(tǒng)數據的可靠性和正確性15。軟件控制流程圖如圖5.3所示。圖5.3 軟件控制流程圖系統(tǒng)中包含按鍵對系統(tǒng)參數進行相關設置，非接觸測溫模塊用于測量目標物溫度，語音芯片的使用為了實現語音播報功能，LCD1602用于顯示系統(tǒng)的當前進程、相關參數及系統(tǒng)狀態(tài)。5.4 系統(tǒng)主要程序系統(tǒng)主要包括的程序是LCD1602液

44、晶顯示的驅動程序、語音播報模塊驅動程序、非接觸測溫程序以及按鍵設定程序。系統(tǒng)中較為復雜的是非接觸測溫程序、LCD1602部分驅動的設計和ISD語音模塊的驅動程序設計。下面我們主要對些代碼進行部分說明。5.4.1 TN901溫度獲取的主要驅動程序TN901采用SPI總線與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的溫度相關信號16。下面的TN_IR_GetData()函數主要為TN901紅外傳感器獲取目標溫度數據測量的子程序，返回值為測量結果的出錯標識，返回0為正確讀出目標溫度數據，具體代碼如下：unsigned char TN_IR_GetData()unsigned char iI

45、tem,MSB,LSB;unsigned char Back_Data; /定義返回變量,返回0表示讀出正確數據Back_Data = 0 xaa; TN_IRACK_UN();delay_ms(10);TN_IRACK_EN();/enable the TNdelay();delay();delay(); TN_ReadData();delay();iItem = TN_Data_Buff0; /取讀到第一個字節(jié)數據delay();if(iItem=0 x4c) /判斷第一個字節(jié)數據是否正確MSB = (TN_Data_Buff1); /取讀到第二個字節(jié)數據LSB = (TN_Data_Bu

46、ff2); /取讀到第三個字節(jié)數據if(TN_Data_Buff4 = 0 x0d) /判斷是否讀到結束標志iTemp = MSB*256 +LSB; /計算溫度值，計算方法請參考紅外測溫模塊iTemp = iTemp/16 - 273.15;Back_Data = 0; /返回變量賦0TN_IRACK_UN(); /Unable the TNreturn Back_Data; /返回Back_Data其中TN_ReadData()函數主要用于獲取單次測溫所需要的數據，將獲取到的數據存在數組TN_Data_Buff中，在判斷數組合法的情況下，對獲取到的數據進行數據處理，進而求得溫度，并將結果顯

47、示到LCD1602上，如果溫度超出預定值，則驅動蜂鳴器響進行報警提示。5.4.2 LCD1602主要驅動程序1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器一般為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，帶背光、不帶背光在應用中并無出入。它的主要技術參數如表5.1，圖5.4所示。表5.1 1602內部控制指令圖5.4 LCD1602讀操作時序對LCD1602進行初始化程序如下：void Init_LCD1602(void) /初始化子函數write_cmd(0 x38); / 16*2顯示，5*7點陣，8位數據接口0 x38指令6delayMS(100);write_cmd(0 x0C); /

48、顯示器開、光標開、光標允許閃爍0 x0C指令4delayMS(100);write_cmd(0 x06); / 文字不動，光標自動右移指令3delayMS(100);write_cmd(0 x01);delayMS(100);下面是寫入命令的程序。void write_cmd(uchar cmd)wait();lcdE=0;lcdRS=0;lcdWR=0;Wait30us;P0=cmd;Wait30us;lcdE=1;Wait30us;lcdE=0; 5.4.3 ISD4004-8語音主要驅動程序語音播放與錄入的時候。寫入數據1至9分別對應漢語一到九,10為十，11為點，12為攝氏度，13為當

49、前溫度。語音模塊有6個鍵，按6讀報當前溫度，按鍵1，為錄制第一段，按鍵2，讀報當前第一段錄音，按鍵三確定第一段錄音存入，按鍵4，再次讀報確認錄音，在完成1只4鍵的順序，第一段錄音完成，依次進行第二至十三段的錄音錄入17。void PLAY_one(unsigned int add_sect)PLAY_now(add_sect); /放第一段while(ISD_INT=1); /當前段放音結束ISD_Stop(); /放音完畢，發(fā)送 stop 指令 ISD_StopWRDN();void SpeakerTemp(float fTemp)int nTemp = (int)(fTemp*10);in

50、t nTemp_Shi = (nTemp/100);int nTemp_Ge = (nTemp%100)/10;int nTemp_Xiaoshu1 = nTemp%10;PLAY_one(13);/當前溫度為PLAY_one(nTemp_Shi-1);PLAY_one(9);PLAY_one(nTemp_Ge-1);PLAY_one(10);PLAY_one(nTemp_Xiaoshu1-1);PLAY_one(11);void main()uchar m,j,k,l;m = j = k = l = 0;/uart_init();TR1 = 1; /Timer1 start run啟動定時器

51、/計數器1EA = 1; /Open master interrupt switchwhile(1)if(KEY1=0)REC_now(m); /錄第一段m+; if(m=5) m = 0; while(KEY1=0);ISD_Stop(); /發(fā)送停止命令 ISD_StopWRDN(); if(KEY2=0)PLAY_now(j); /放第一段j+;if(j=5) j = 0;while(KEY2=0);ISD_Stop(); /放音完畢，發(fā)送 stop 指令 ISD_StopWRDN(); 第6章系統(tǒng)測試在完成本設計所有功能之后，我們需要對本系統(tǒng)的軟硬件都要進行完整的測試。來保證所有功能的

52、實現。軟件代碼測試主要測試代碼是完成本設計所需的相應功能，而硬件測試則主要測試代碼在器件上性能完成的情況。6.1 系統(tǒng)軟件調試 軟件代碼的修改調試主要通過Keil uVision4軟件來進行，通過對編寫過程中出現的語法錯誤的糾正之后再次生成代碼源文件，通過DOWNLOAD按鍵燒到STC12C5A60S2。經過反復修改并生成最新的編譯文件，會使錯誤接近于零18。進行系統(tǒng)軟件調試，可以依次按靜態(tài)檢查和動態(tài)檢查兩步來進行。在自己草稿上編寫完代碼后，為了使編寫代碼更加通俗易懂，且有理有條，我們需要依次從頭到尾人工審查一遍，將代碼結構化的，當然我們也可以盡可能多的加備注，使最終的代碼文件條理清晰。同時也

53、方便我們對后續(xù)工作進行調整梳理。人工檢查完之后，如無問題，便可進行上軟件調試。我們使用Keil uVision4進行編譯完成后，我們可以得到代碼相關的語法錯誤，我們只需要依次對提示的問題就行修改就行，這也需要我們對提示錯誤信息的真題把握。有時提示出來的不一定能幫主我們能直接明了的得到錯誤的原因。在軟件調試過程中，我們同樣需要分別對語音模塊，主控制器模塊，LCD顯示模塊的代碼進行驗證。等每個模塊調整完畢后，我們就可以對系統(tǒng)整體軟件部分整合起來檢查，這樣雖然較為麻煩，但是結果更加明確，修改方向也更為正確。通過以上不同階段的測試，初始狀態(tài)、進入系統(tǒng)測試、各傳感器靈敏度測試功能的測試，所有功能都達到預

54、期的設想。6.2 系統(tǒng)硬件調試所用儀器：示波器，數字萬用表，電烙鐵，剪刀，剝線鉗，鑷子，吸錫器等。（1）焊接與調試過程調試系統(tǒng)板方面：1.開始電路不工作，用萬用表檢查之后發(fā)現有幾處發(fā)生虛焊，補焊后部件正常。2.接上電源開關后后液晶無法正常顯示。導致此問題的原因是：由于剛開始的時候使用程序不夠完善，而且整個電路板需要盡可能減少跳線情況。重新整理電路板的線路布局后顯示正常。3.剛開始時無法測量溫度，然后經過查閱資料及向老師同學請教，發(fā)現原來是對紅外模組的時序理解錯了，最后進行了改正。（2）測溫系統(tǒng)的誤差分析由于紅外測系統(tǒng)是非接觸性的測量，這樣在實際測量中會發(fā)生各種誤差。測溫范圍越窄,精度就越高19

55、。反之，其測溫精度也就降低，尤其在低端測溫，影響紅外測溫的因素如下：1.輻射率，輻射率是描述一個物體相對于黑體輻射能力大小的物理量,紅外測溫系統(tǒng)從物體上接收到的輻射能量大小與該物體的輻射率成正比,不同物質的輻射率是不同的。2.距離，測溫系統(tǒng)到目標的距離對精確度有很大的影響。3.傳感器本身也會對測溫結果造成影響20。（3）系統(tǒng)性能分析經過反復的調試，本測溫系統(tǒng)取得了很好的效果，如表6.1所示。表6.1 接觸式和非接觸式的溫度比較表接觸式目標溫度/C36.5036.8537.0737.3036.80環(huán)境溫度/C12.5018.8018.8111.0511.05非接觸式目標溫度/C36.8236.7

56、237.4537.0237.06環(huán)境溫度/C12.4319.3218.5111.1111.13本設計能夠較精確的完成測溫功能，在固定了傳感器與被測人體的距離后，誤差實現0.6C左右；(4) 如何減小誤差1.在體溫測量前，需先打開測溫系統(tǒng)一段時間，讓其適應周圍的環(huán)境，根究調試經驗，如果一開始就通電測量體溫，會造成很大的誤差，主要是本測溫系統(tǒng)也會輻射紅外線，剛開始時也會有一些發(fā)熱，所以影響測溫結果。2.由于超出一定距離后，距測溫目標越遠，輻射越弱，故需擬合測溫曲線以補償。6.3 本章小結通過對本系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)測試，我們發(fā)現本系統(tǒng)功能基本能實現，但受限于硬件的原因，以及本人在此方面的相關知識的缺失

57、，本設計的測溫方面還或多或少存在些問題，不能夠在一定范圍內移動測量，只能夠把紅外傳感器固定，人與傳感器的距離固定，才能夠測出較準確的數據。這會在后面的學習中慢慢的改進。第7章結論 從去年十一月份開始進行選題到限制完成已經差不多4個月了，在這段時間里，通以網絡收集資料，去圖書館查閱相關圖書為基礎，自己去認真學習并且琢磨。大致上已經明白了單片機最基礎的軟硬件設計、非接觸式紅外測溫方式及原理并且能實現ISD系列芯片的使用， 最重要的是，在此次設計期間，雖然自己走了不少彎路，但是收獲卻總比失去的多，給自己的人生經歷中增加了很多趣味和經驗，在遇到困難時，更要堅定信心去解決，當然同學和老師的幫助讓我受益匪

58、淺。 在選題初期，我們可以說是一頭霧水，沒有思路，之后在老師的指導下，我們發(fā)現其實這些單片機方向里面，可以有很多的創(chuàng)新，而且如果想法實現了，也是非常有樂趣的，剛開始我想到了冬天大家最需要的電熱毯，想設計一款能自動調節(jié)溫度且能夠在溫度達到要求時，自動切斷電源的電熱毯，之后在與老師溝通之后，我發(fā)現雖然實現起來很簡單，但是產品出來演示的話還是存在困難，于是放棄了，在一次偶然之間看到電視上播放新聞，講解到一所幼兒園給學生測量體溫，發(fā)現給一大群學生測溫不僅在時間還有消耗人力資源方面還是太大了，我就想如果設計一款區(qū)別于傳統(tǒng)水銀溫度計的測溫器件，那樣子就能省時省力，于是紅外測溫的方案進入我的實現，在之后的反

59、復考證之后，我添加了語音播報溫度的功能，因為現實中，還有很多老人，因為視力下降，看顯示屏也不是很方便，于是在之前基礎之上，我又添加了語音播報溫度的功能。在與老師溝通之后，最終確定了非接觸式測溫語音播報器的設計方向。之后，在確定論題階段，這個階段主要是翻譯外文文獻，寫課題申報表和開題報告的基礎性工作。在翻譯外文階段，也是遇到了很大的麻煩，對于我來說，翻譯整片外文，還是非常有難度的，經常遇到解釋不清的關鍵單詞，當然有些可以通過查閱英文詞典或者網絡翻譯，解決部分，但是有些必須是結合文章整體配合自己的相關專業(yè)知識，用最實際最清楚的漢語描述出來，在這方面還是遇到空前的難題，最后在跟同學討論之后也成功解決

60、了。最后，在實物的設計和調試階段方面，雖然也遇到了問題，但是利用之前所學的專業(yè)知識和網上查閱資料還是很方便的解決軟硬件方面遇到的技術難題，當然在設計主要模塊的驅動程序方面耗時還是很多的，在TN901無線測溫模塊遇到的困難也是最多的，設計也比較繁瑣。自己也總結出來雖然理論是設計基礎，但是在實踐過程中還是不易的，外在因素很多，最重要的是在實踐中獲得的深刻經歷，為以后再工作中提供了很大的參考和警示。當然，這件實物產品也是本人的第一次獨立且完整的來實現，所以不管軟硬件方面還是存在或多缺陷和不足。但總的看來，基本實現之前預想規(guī)劃的紅外無線測溫播報器的主要功能。參考文獻1高麗紅外測溫儀的選用方法J，山西科