【基于單片機的無接觸體溫檢測管理系統(tǒng)設計14000字（論文）】

圖4.1整體軟件設計流程圖所示。圖4.1軟件設計流程圖4.2紅外溫度檢測軟件設計該紅外測溫模塊有三路，三路設計基本一致，因此這里只介紹其中一路，MLX90614紅外溫度傳感器與單片機通信方式是IIC通信，由于使用了三路傳感器，單片機使用I/O口模擬IIC的時序。溫度傳感器的數據輸出信號和時鐘信號分別接單片機PB8，PB9口。采用I/O口模擬IIC時序，根據IIC時序圖，初始化過程包括起始信號、應答信號、讀操作、應答信號和停止信號。在利用IIC總線進行數據傳輸時，首先由主機發(fā)出啟動信號，啟動IIC總線。啟動信號為在SCL為高電平期間，SDA出現(xiàn)上升沿。此時，具有IIC總線接口的從器件會檢測到該啟動信號，IIC總線在進行數據傳送時，時鐘信號CLK為高電平期間，數據線SDA上的數據必須保持穩(wěn)定，能且僅能在時鐘信號為低電平時，數據線上的高電平或者低電平才允許變化。由于紅外溫度檢測測量到的值是16進制，因此先將低八位數據取出、再將高八位數據取出然后轉化為攝氏度。紅外溫度測量軟件關鍵代碼如下。floatGet_Tem_DATA(u8ReaAd)//獲取傳感器所的溫度值，℃，傳入讀取的RAM地址，輸出攝氏度{ //從設備的地址從0x00開始//使用讀的過程：寫讀命令，每次從高位到低位u8Pecreg=0;u8DataL=0,DataH=0;u16tem=0; floatTemp=0; IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0x00);//主機先發(fā)送寫命令寫入地址 IIC_Wait_Ack(); IIC_Send_Byte(ReaAd);//RAM地址0x07可以獲得溫度的信息 IIC_Wait_Ack(); // IIC_Start(); IIC_Send_Byte(0x01);//主機發(fā)送讀命令 ，從上面?zhèn)魉偷牡刂分凶x取數據 IIC_Wait_Ack(); DataL=IIC_Read_Byte(1); DataH=IIC_Read_Byte(1); Pecreg=IIC_Read_Byte(1); IIC_Stop(); tem=(DataH<<8)|DataL;;//接收到傳感器的16進制溫度值 Temp=(((float)tem*2)-27315)/100;//將16進制溫度值轉化為℃ returnTemp;}4.3顯示軟件設計TFT液晶顯示屏，能夠顯示的內容包括數字、漢字、圖片等內容。可以滿足大部分項目開發(fā)的需求。驅動芯片為ILI9325，TFT和單片機之間采用SPI通信，DDRAM用于存儲液晶需要顯示內容的數據，包括所有能顯示內容的數據，在控制的時候調用對應顯示內容的數據到液晶屏，完成顯示。代碼中首先將與TFTLCD模塊相連的I/O進行初始化，以方便進行LCD的驅動，接著將LDC初始化，最后通過設置坐標、寫GRAM指令、寫GRAM來實現(xiàn)通過函數將字符和數字顯示到TFTLCD上，如圖4.3所示。圖4.3TFTLCD使用流程4.4按鍵軟件設計按鍵的判斷需要準確，如果按鍵判斷錯誤，那整個系統(tǒng)的控制就會有問題。按鍵動作的檢測主要在軟件代碼設計上，首先要分析按鍵動作機制，了解清楚按鍵動作才可以更好的設計軟件代碼。理論上按鍵就是開關動作，但是由于實際情況是機械動作轉換為電信號，機械動作難免存在摩擦等情況，因為人手按下按鍵的機械動作存在抖動以及摩擦，所以在按按鍵的時候，真實情況是抖動的，所以導致按鍵開關是抖動開關，輸出的電信號也是抖動狀態(tài)，即為高低電平抖動，等人手按下按鍵穩(wěn)定后，才輸出穩(wěn)定的低電平，這個抖動過程一般是3到5毫秒，因此在單片機掃描按鍵電信號的時候，需要在按鍵按下狀態(tài)穩(wěn)定后檢測電信號，在軟件代碼掃描中第一次掃描到按鍵有效信號，此時并非真正的穩(wěn)定信號，而是抖動開始或者干擾信號，所以待3到5毫秒后繼續(xù)掃描，如果仍然是穩(wěn)定信號，則表示按鍵按下。按鍵程序設計如圖4.4所示。圖4.4按鍵軟件設計流程圖4.5上位機設計本設計中的下位機將采集到的體溫數據通過串口傳輸到上位機中，因此采用了一款利用LabVIEW軟件設計的上位機,制作出了一套體溫數據管理系統(tǒng)。LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱，是目前我國應用較為廣、功能、強、發(fā)展也是最快的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。其受到了業(yè)界的認可和好評。它可以把復雜的文本語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能，為沒有編程經驗的人員提供了簡單便捷、完整的環(huán)境，適合適用于從事科研的科學家和工程技術人員。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，能夠用它直觀簡便的編程方式、各式各樣的分析和表達功能，為用戶提供了便捷。LabVIEW的核心是VI。VI有一個它對應的人機界面，也就是前面板的程序結構和源代碼功能，前面板接收到來自程序的指令。在VI的前面板中，輸入控件模擬了儀器的輸入裝置并把數據提供給VI的程序圖:而顯示控件則模擬了儀器的輸出裝置。當把一個輸入控件或顯示放置到前面板上時，LabVIEW在程序圖中相應地放置了一個端口，這個從屬于輸入控件或顯示控件的端口不能隨意刪除，只有刪除它對應的輸入控件或顯示控件時它才隨之一起被刪除。用LabVIEW編寫程序時，不必受常規(guī)程序語法的限制。首先，從菜單中選擇需要的節(jié)點，將其置于面板上合適的位置;然后用線連接節(jié)點在程序圖中的端口，用來在節(jié)點之間傳輸數據。這些節(jié)點包括了的算術功能，高級數據采集和分析以及用來存儲和檢索數據的文件輸入輸出功能和網絡功能。用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設計的概念。它是一個功能性強大且靈活的軟件，利用它可以方便的建立自己的虛擬環(huán)境。本設計的上位機LabVIEW部分通過Access平臺完成，它可以準確而又快速的對數據進行處理和查詢，可以管理大量的人員信息。上位機部分完成對下位機的驅動，數據的顯示及儲存和查詢。上位機的數據存儲在SqlServer2012數據庫中。該數據庫具有較強的集成性，安全性也比較高，可以避免非用戶直接訪問、串改數據。用戶可以直接通過上位機平臺輸入、查重、編輯。選擇該數據庫符合整個系統(tǒng)的設計需求的。設計的界面示意圖如4.5所示。圖4.5上位機界面示意圖4.6本章小結本章節(jié)完成了對系統(tǒng)整體軟件設計、紅外溫度檢測軟件設計、顯示軟件設計、按鍵軟件設計以及上位機設計，下位機采集溫度信息通過串口發(fā)送到上位機，然后對體溫進行保存查詢，詳細的介紹了LabVIEW軟件。第五章系統(tǒng)測試5.1軟件調試設計好C語言代碼之后，用Keil編譯出單片機可以執(zhí)行的文件，完成軟件設計。C語言比較符合語言邏輯，所以學習起來非常簡單，只需要掌握32個關鍵詞就可以應用C語言進行軟件編程設計。Keil的使用只需要建立工程、建立代碼文件、編譯工程即可。Keil編譯后的可執(zhí)行文件可以直接燒錄到單片機。建立好工程后，Keil默認添加器件相關庫文件，無需手動添加，大大提高了開發(fā)效率。對系統(tǒng)的進行方案選擇以及硬件電路設計后，對系統(tǒng)的軟件進行設計，在進行代碼編寫時也是有一定的方法，系統(tǒng)選擇模塊化編程思路進行軟件代碼編寫，模塊的劃分可以依據硬件單元模塊或者功能單元模塊，在整個編寫過程中，按照順序進行編寫，調試完成一個部分，再單獨進行下一部分的調試，各個部分完成后組合在一起，這樣在后期出現(xiàn)問題后，可以單獨對這一部分進行調試，而不影響其他部分。同時也對各個部分代碼進行備份，以免出現(xiàn)異常情況丟失工程項目資源。這種編程方式使得代碼更加清晰，代碼的閱讀更加簡單。Keil啟動調試界面如圖5.1所示。圖5.1Keil啟動調試界面經過對系統(tǒng)進行軟件代碼設計之后，需要對軟件代碼的設計正確性進行驗證?？梢越柚鶮eil開發(fā)環(huán)境對軟件代碼進行驗證，Keil可以對軟件代碼進行編輯、編譯、執(zhí)行等操作。如果設計軟件代碼有語法錯誤，Keil會進行提示，加快項目開發(fā)周期。保證軟件代碼沒有語法錯誤之后，對功能進行調試，實現(xiàn)系統(tǒng)所有的功能。Keil還帶有BUG模式，能夠更深入的對軟件代碼進行調試，在前期發(fā)現(xiàn)一些開發(fā)問題，盡早解決軟件設計問題。Keil會對錯誤信息作出詳細的提示，直接定位到錯誤所在位置，更加直接的調試代碼，完成系統(tǒng)軟件代碼設計。系統(tǒng)的軟件代碼設計完成，可以借助Keil對代碼進行驗證，Keil可以完成系統(tǒng)的代碼設計，同時也可以對代碼進行驗證，Keil支持大量品牌的單片機，可以開發(fā)對應的代碼，完成代碼的編寫、測試等。Keil可以對代碼進行編譯，如果出現(xiàn)錯誤，可以對代碼進行修改，知道編譯出現(xiàn)0錯誤，就表示代碼沒有語法錯誤。Keil會準確的判斷出代碼錯誤的位置，具體在哪一行，然后分析代碼后，對代碼做出正確的修改。通過Keil可以在進行實物調試前對代碼進行一定程度的測試，保證在實物測試前代碼的正確性，減少不必要的錯誤帶來額外的工作量，加快開發(fā)進度。圖5.2調試界面5.2實物組裝在進行實物焊接制作前，需要先按照電路圖置辦所有的器件以及相關工具。相關工具包括烙鐵、萬用表、焊錫絲、飛線等工具。按照電路圖的設計，先進行電源接口電路的焊接，因為電源是其他電路部分必須的部分，只有有了電源才可以進行測試。之后進行單片機系統(tǒng)電路的焊接，其他部分需要通過單片機進行控制，所以有了單片機這部分才可以測試其他功能，在制作好單片機部分后，要進行測量，保證這部分電路沒有問題，才可以進行接下來電路的制作，在測量時首先要測量電源，用萬用表導通檔位測量電源是否短路，如果正常，通電后用萬用表測量電源電壓是否正確。進行其他電路功能部分焊接的時候，進行一個功能電路之后，就要結合單片機系統(tǒng)進行測試，測試是否有短路，測試電壓是否正確，測試功能是否正確。最終完成實物的焊接制作，即可進行系統(tǒng)各項功能的測試。實物組裝要有一定的順序，先組裝電源，然后主控制器電路，之后電源正常的情況下才可以驗證其他的功能電源。實物在組裝好之后，在打開電源開關之前需要測量系統(tǒng)是否有短接。保證系統(tǒng)電路連接正常。在電源指示正常的情況下，才可以對系統(tǒng)的功能進行測試。對每個模式下的各個功能進行單獨測試。有條件的還可以做長期測試，看看系統(tǒng)是否穩(wěn)定。如果功能出現(xiàn)問題，需要判斷是硬件還是軟件問題，在去對問題進行修復。實物如圖5.3所示。圖5.3實物組裝圖5.3液晶上電測試系統(tǒng)供電開關打開之前，一定要確保沒有短接，并且電路板底部和周圍不能有導電物體，否則很可能會影響電路板線路的連接，嚴重的話可能導致燒壞器件。整個電路板電源不能有短路的情況，如果電源出現(xiàn)短路，很有可能會燒壞器件，電源發(fā)熱等現(xiàn)象。如果信號線出現(xiàn)短路，那相應的功能會不能實現(xiàn)，無法進行操作。所以在焊接制作時就要保證每個功能部分以及各部分的連接關系是否有短接，通過萬用表測量短接現(xiàn)象。在打開電源開關一瞬間，觀察電路板狀態(tài)，只要有異常，必須馬上切斷電源，保證電路板損壞程度最小化。這也是前期組裝出現(xiàn)的問題，所以在前期焊接時，要做一步測量一步，保證在進行下一步操作之前，上一步的操作不會遺留下焊接錯誤，否則在最終完成焊接制作后，會很難查找到問題所在，也難易解決焊接短接問題。上電測試時必須保證系統(tǒng)電源沒有短路的情況，如果出現(xiàn)短路，系統(tǒng)的很多器件都可能被燒壞，甚至整個系統(tǒng)都要從新制作。使用萬用表測試系統(tǒng)是否短路，在上電之前保證系統(tǒng)不短路，上電后首先觀察電源指示燈是否正常，如果沒有正常點亮，馬上關閉電源，進行測量。如果電源指示燈正常，觀察液晶顯示狀態(tài)，一步步觀察各個功能狀態(tài)，如果所有可觀的功能狀態(tài)正常，就可以對系統(tǒng)各項功能進行操作演示，驗證系統(tǒng)各個功能是否達到最終的要求。系統(tǒng)上電，液晶第二行顯示體溫數值為31.5攝氏度，液晶第三行顯示當前體溫上限閾值，液晶第四行顯示當前體溫下限閾值。液晶顯示上電測試圖如圖5.4所示。圖5.4液晶顯示上電測試圖5.4系統(tǒng)上電測試組裝機器，安裝系統(tǒng)，并進行系統(tǒng)功能檢測，這個具體過程要把握四個方面：第一，各個部分電路組裝焊接完成后要先進行單獨檢測，比如供電端是否短路等，檢測通過之前不能與其他部分連通，檢測通過后才能和其他模塊連接在一起。第二，開始組裝電源電路，組裝和檢測過程中同樣不能連接其他模塊，主要是防止電源電路有故障，出現(xiàn)影響或損壞其他部分電路的問題。待電源電路上電測試通過后，再連接作為核心部分的主控制器電路。主控制器電路特別重要，其他電路都是通過其控制的。第三，上述電源電路和主控制器電路組裝步驟完成后，接著就是將二進制可執(zhí)行文件燒寫到主控制器板子里面，并進行運行驗證，檢測這兩部分電路設置是否正確。第四，制作其他模塊電路。系統(tǒng)在采集體溫的過程中，一旦數據處理發(fā)現(xiàn)體溫值過高，超過了系統(tǒng)設置的體溫閾值，就會迅速做出聲光報警反應。用戶可以按鍵調整體溫閾值的大小。系統(tǒng)上電測試如圖5.4所示。圖5.4系統(tǒng)上電測試5.5串口通信測試串行接口簡稱為串口，串口作為MCU的重要外部接口,同時也是軟件開發(fā)重要的調試手段,其重要性不言而喻?，F(xiàn)在基本上所有的MCU都會帶有串口，STM32自然也不例外。STM32的串口資源相當豐富的，功能也相當強勁，ALIENTEK戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板所使用的STM32F103ZET6最多可提供5路串口，有分數波特率發(fā)生器、支持同步單線通信和半雙工線通訊、支持LIN、支持調制解調器操作、智能卡協(xié)議和IrDASIRENDEC規(guī)范、具有DMA等。通信有并行和串行兩種方式。在單片機系統(tǒng)以及現(xiàn)代單片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。串行通信是將數據字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送，此時只需要一條數據線，外加一條公共信號地線和若干控制信號線。因為一次只能傳送一-位，所以對于一個字節(jié)的數據，至少要分8位才能傳送完畢。通過USB轉串口來實現(xiàn)STM32與電腦的通信，這里用串口調試助手來測試通信是否成功，當溫度傳感器檢測到人體溫度范圍時，將數據通過串口發(fā)送到串口調試助手上，測試圖片見下圖：圖5.5TFT顯示圖5.6電腦端接收到的數據5.6上位機功能調試該系統(tǒng)測的體溫數據通過串口方式與電腦的上位機進行數據通信，能將采集的溫濕度值傳輸到電腦的上位機進行顯示。完成傳輸數據的第一步是要配置好串口，需要通過端口設置將計算機串口的各種參數與下位機設備的串口保持一致。調用VISA端口配置函數來完成串口的參數設置，該函數包括了VISA資源名稱、波特率以及數據位等等。在本設計中用到的串口號是COM9，波特率選用9600。串口相應的端口設置如圖5.7所示圖5.7端口設置串口初始化以后，將溫度數據發(fā)送到上位機上，由于讀取串口用到的是VISA讀取函數，讀取到的是字符串的形式，因此需要進行格式轉換將字符串轉換為數值進行顯示。VISA實質上是一個I/O接口軟件庫的總稱，其存在于儀器與儀器之間驅動程序，完成儀器寄存器儲存數據的操作，且為儀器與儀器驅動程序傳遞信息。上位機流程圖如5.8所示圖5.8上位機流程圖上位機采集的數據如圖5.9圖5.9采集測的體溫數據這是最簡易的流程圖，也是很重要的一步，我們需要注意的是系統(tǒng)從串口讀來的數據被自動轉化為ASCII字符。在這次設計中還用到了一個子VI,前面板和程序框圖如圖5.10圖5.10前面板和程序框圖前面板由輸入控件和顯示控件組成。這些控件是VI的輸入輸出端口。輸入控件是指旋鈕、按鈕、轉盤等輸入裝置。顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置。輸入控件模擬儀器的輸入裝置，為VI的程序框圖提供數據。顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數據。下圖為收集到的體溫和其他數據存儲數據庫。圖5.11體溫及其他數據存儲數據庫如果需要查詢某個人的信息，只需要輸入任意字段的數據，然后點擊確認搜索，下列顯示搜索的結果。例如搜索“張車車”，如圖所示。圖5.12檢索數據庫某個人的體溫信息5.7本章小結本章節(jié)完成了對系統(tǒng)功能的測試，完成了軟件測試、實物組裝、系統(tǒng)上電測試、上位機測試，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。第六章總結與展望整個系統(tǒng)的設計過程包括最初的方案選擇、系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件，最終還制作了實物去測試。完成了無接觸體溫測量系統(tǒng)的制作。這個實物制作的過程也驗證了大學期間學習的知識。通過從理論到實踐，感受到了一個真正的產品出行的過程，對將來走到工作崗位有很大的幫助。通過這次的設計制作明白了開發(fā)的真正含義，其實就是對一個有一個問題的解決，這個開發(fā)就是解決問題，所有的問題都解決了，這個產品也就完成了。也明白了一句話，實踐出真知，只有在實戰(zhàn)中才能學習到真正的知識，有些東西必須要經過實際的操作才能夠真正的體會到。系統(tǒng)完成了單片機電路、體溫采集、顯示采集、按鍵功能、報警功能、指示燈的電路設計，完成了單片機系統(tǒng)的軟件設計，實現(xiàn)了系統(tǒng)對體溫進行采集，獲取到體溫后，如果體溫超過設置的體溫閾值，則進行聲光報警提示，液晶顯示實時顯示采集的三路體溫數據，用戶可以按鍵調整體溫閾值的大小。上位機可以實時顯示測量的體溫數據，同時手動輸入姓名等這些數據，將數據寫入到數據庫中，同時可以輸入任意字段查詢某個人的體溫數值。進行硬件電路設計時，要考慮實際應用情況，比如電源要加入開關，還需要有指示燈，考慮實際應用情況，所以在生活中要多多觀察一些產品的功能，多站在用戶的角度設計系統(tǒng)功能，讓用戶使用起來更加方便。在進行軟件設計時需要考慮到后期的調試，畢竟軟件是不可見的，需要加熱與便于調試的功能，比如串口調試打印信息，這樣在系統(tǒng)軟件出現(xiàn)問題的情況下，可以借助打印信息了解系統(tǒng)的BUG信息，可以更快的進行調試，解決軟件問題。雖然系統(tǒng)最終也只做出了實物，并且經過測試功能都已經完成，但是還是存在這很多的不足。比如整個實物都是手工焊接只做，而真正的產品制作，并不是由手工焊接調試而成的。所以后期可以進一步的優(yōu)化設計，首先對系統(tǒng)進行PCB集成。經過對圖紙的從新設計，完成所有器件的細化選型，設計出PCB圖紙，將所有的功能集成在一塊板上進行測試。另一方面，可以融入一些物聯(lián)網的功能，讓系統(tǒng)的功能更加智能。結束語經過整個系統(tǒng)的制作，了解了項目開發(fā)的大致流程，在制作系統(tǒng)前，通過查閱大量的資料，了解系統(tǒng)相關信息，掌握技術相關信息，以便于更好的設計系統(tǒng)方案。只有真正了解到目前相關產品的技術現(xiàn)狀，才能更好的進行系統(tǒng)設計。整個系統(tǒng)開發(fā)過程中，資料網絡的查閱也是非常重要的，怎么搜索資料，怎么解讀資料都是需要經驗的。再有方案設計階段也很重要，如果前期方案設計合理，后期就不會有方案不對的問題，不會回過頭來更改方案，所以方案設計階段花費的時間可能會超過系統(tǒng)制作的時間，因此方案的設計要不斷的斟酌，考慮更多的因素，保證方案的正確性。在本次畢設過程中，我清楚的認識到自己的缺點和不足，使我深知學無止境，未來的我們要更加努力，才能接受社會對我們的考驗。參考文獻[1]柳文靜.基于單片機的溫度報警器[J].電子測試,2020(03):5-7.[2]呂志華.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設計[J].電子技術與軟件工程,2019(21):231-232.[3]馮逸揚.基于單片機的數字溫度報警器制作詳解[J].湖北農機化,2019(20):146.[4]高楊.基于單片機的氣壓溫度感知系統(tǒng)研究[J].西藏科技,2019(10):64-67.[5]朱彤珺.單片機在溫度控制系統(tǒng)中的應用探究[J].信息記錄材料,2019,20(10):79-80.[6]甘琪琛,薛安琪,鐘明靜.基于單片機的測溫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術,2019,15(21):237-239.[7]時永寶.基于單片機的多路溫度采集器設計[J].智能計算機與應用,2019,9(04):301-303.[8]葉子馨,任廣鵬,李東青.基于單片機的教室溫度控制系統(tǒng)的設計[J].科技經濟導刊,2019,27(16):74.[9]類延強,張麗萍,類延法.基于單片機的可編程紅外溫度傳感器設計[J].工業(yè)控制計算機,2019,32(04):125-126+128.[10]賈冬義.基于STC89C52單片機的非接觸式溫度測量設計[J].河套學院學報,2017,14(01):78-82+93.[11]薛彪,張可兒,岳明星.基于單片機的非接觸式溫度測量儀設計[J].隴東學院學報,2016,27(03):14-18.[12]方潮海,葉良偉,朱麗軍.基于單片機的非接觸式紅外