智能语音数字体温计设计.doc

本科生毕业设计（论文）摘 要体温是观测人体机能是否正常的重要指标之一，也是人体生命活动的基本特征。诸如SARS、甲型H1N1病毒等流感疾病均是以体温作为主要的检测目标。为了尽快发现病情、及时治疗，人们对体温计的性能要求越来越高。但是目前，在大多数医院和家庭广泛使用的仍然是水银温度计。它通过读取刻度值判断温度的高低，当光线较暗或视力较弱者使用时，不方便读数；同时，为了使水银充分受热，需要等待较长时间，给使用者带来不便。本设计提出了一种智能语音数字体温计，该体温计可在数秒内完成测温，并将测量结果进行显示和语音播报；此外，设定预警温度，当测量结果高出预警温度时，系统立即报警，还可以将每次的测量结果上传至PC机，实现数据的保存功能，方便研究和观测。本设计硬件部分以凌阳SPCE061A单片机为控制核心，通过扩展外围电路，主要包括温度测量电路、语音电路、报警电路、LCD显示电路、USB通信电路等。软件部分采用C语言进行编程，它的语法限制不太严格、程序设计自由度大，允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作，生成代码质量高，程序执行效率高，适用范围大，可移植性好。本设计给医院、机场、车站、学校和家庭用户都带来了极大的方便，它操作简单、快速安全可靠，携带也十分方便，具有很好的性价比。关键词：红外测温；数字体温计；SPCE061A；单片机；液晶显示AbstractObserving the human body temperature is an important function whether it is normal for one of the indicators, but also the body of the basic characteristics of life. Such as SARS,A H1N1 influenza virus disease are based on temperature detected as the main target. In order to find the disease as soon as possible, and treatment timely, it is the performance requirements of the thermometer rising. However, in most hospitals and the family is still widely used mercury thermometer. It read calibration value to determine high and low temperature, low light or when the use of weak eyesight, the inconvenience of reading; At the same time, the mercury in order to fully heat, need to wait for a longer period of time, causing inconvenience to users. The design of an intelligent voice digital thermometer, the thermometer may be a few seconds to complete the measurement, and measurement results show broadcast, and voice; In addition, the set warning temperature, the measurement results when the temperature higher than the early-warning system to immediately alarm , but also each of the measurement results will be uploaded to the PC, the saved data function to facilitate the research and observation. Part of the design of hardware for the control of single-chip Sunplus SPCE061A core, through the expansion of peripheral circuits, including temperature measurement circuits, voice circuits, alarm circuits, LCD display circuit, USB and other communication circuits. Software using C programming language, and its less stringent restrictions on syntax, program design freedom, and allow direct access to physical address, you can operate directly on the hardware to generate the code of high quality, efficient procedures, scope of application, and good portability.The design for hospitals, airports, railway stations, schools and home users has brought great convenience, it is simple, fast ,safe and reliable, also very convenient to carry and has a very good value for money.Key words：Infrared Temperature Measurement ; Digital thermometer ; SPCE061A ;Single-chip; Liquid crystal display 目 录第1章 绪论11.1 课题的研究意义11.2 体温计发展的历史和现状11.3 本论文的主要任务和内容3第2章 系统的硬件电路设计42.1 主要芯片的选择42.1.1 单片机的选择42.1.2 温度传感器的选择42.1.3 显示电路的选择52.2 总体设计方案52.3 单片机最小系统72.3.1 SPCE061A单片机简介72.3.2 芯片的引脚排列和说明72.3.3 SPCE061A功能描述92.3.4 最小系统原理图112.4 传感器电路设计112.4.1 红外测温原理简介112.4.2 TSEA01-4A的测温原理简介122.5 液晶显示电路设计132.5.1 液晶显示器原理错误！未定义书签。2.5.2 LCM12832ZK简介错误！未定义书签。2.5.3 LCD与单片机SPCE061A接口电路172.6 USB通信电路设计192.6.1 USB的简述错误！未定义书签。2.6.2 PDIUSBD12简介202.6.3 USB通信硬件电路222.7 其他部分电路222.7.1 语音电路232.7.2 按键电路242.7.3 时钟电路242.7.4 电源电路25第3章 系统软件的软件设计273.1 概述273.2 主程序流程图283.3 语音处理子程序283.4 显示部分子程序32第4章 结论错误！未定义书签。参考文献37致谢38附录1附录18附录1IV第1章 绪论人体体温计实现数字化是人们长期以来努力的目标。以往虽然提出各种不同的数字测量方法，但都因为实现的复杂和体积的笨重而难以实际使用。近年来，随着数字温度测量方法研究的日臻成熟和集成电路技术的快速发展，许多过去使用分立元件或小规模集成电路难以实现的方法，现在通过大规模集成电路并结合一些特殊的方法，在单片集成电路上得以实现。从而使体温计从条件苛刻、操作繁琐的模拟体温计向轻便灵巧、使用方便的数字体温计过渡成为可能。1.1 课题的研究意义社会已进入信息化时代，如何把电子信息技术应用到人们的生产和生活中去，成为目前的研究热点。随着生活水平的提高，人们对医疗保健的要求越来越高，而医院病房管理工作繁重，医护人员短缺、高危病房的监护工作强度大，传染病房的隔离工作等问题日益突出。因此，提高医护人员的工作效率，减轻他们的劳动强度，有效的减少医护人员与病人的交叉感染，成为目前急待解决的一项重要课题。在医护人员对病人的治疗和监护管理工作中，需要对病人的体温做定时的测量，以便能够及时了解病人的身体状况，对病人的病情做出相应的判断，为主治医生制定治疗方案提供一定的参考。传统的水银体温计虽然价格便宜但是有许多弊端:其一,水银体温计遇热或放置不当,容易破裂造成人体接触中毒、污染环境;其二,水银体温计是根据水银随温度升降的热胀冷缩的性质,通过读取刻度值来判断温度高低。有时由于光线较暗或其他因素的影响,使观察者难以准确判断温度值;其三,采用水银体温计测温时,往往要等待较长时间(5min-10min),以期能够让其充分受热。这些都给测量者带来了不便。1.2 体温计发展的历史和现状温度是存在于客观世界的一个基本物理量，它与人类的生活和生存有着密切的联系。早期人类对温度的认识只能处于自身感知器官去定性地感知它的存在。直到十七世纪，随着物理学的兴起人类认识温度的努力才有了突破性的进展，1592年，意大利学者伽利略研制成世界上第一支气温温度计。那是一支有刻度的直形细管，封闭的一端呈球形，未封闭的一端插在水里，可从管内水柱的高低测出气温。因为它只能用于测定大气温度变化，故亦称“寒暑表”。1654年，伽利略的学生伏迪南用酒精代替水柱，并且把另一端也封闭起来，这就是现代温度计的雏形。1657年，意大利阿克得米亚又用水银代替了酒精，这样就与现代的温度计相差无几了。现代温度计的摄氏刻度，是1742年根据瑞典科学家摄尔塞斯改定的冰的熔点为零度，水的沸点为一百度作为计算单位的，这便是现代所称的摄氏温度计。人体体温计的出现是伴随着温度计的发明而诞生的，已经有两百多年的历史。1714年，德国物理学家华伦海特，初期研制的体温表是把盛着酒精的玻璃管放在冰雪和盐的混合物里，看玻璃管内酒精降到哪里，刻上一条线，然后把表含入口中，看酒精升到哪里，又刻上一条线。把这两条线作为固定点，再把两条线之间分成096。这就是初期的体温计。后来，华海伦特把冰点定为32，沸点为212，发明了华氏温标。1742年又发明了0100的摄氏温标，从此实现了体温计的刻度标准化。1865年，英国的阿尔伯特发明了一种很有特色的体温计，特点是储存水银的细管里有一狭道，当体温计接触人体后，水银很快升到人体实际体温处，取出后水银柱不下降，而是在狭道处断开，使狭道以上部分始终保持体温度数。这种温度计受到了临床的欢迎和普及应用。但随着人们要求的不断提高，其反应速度慢、操作不方便、易损坏等不足之处也日渐显现。玻璃体温计一旦破碎，产生的汞珠应及时收集处理。因为汞挥发到空气中，会产生毒性很大的汞蒸气。它可通过呼吸道和皮肤直接接触侵入人体，可能引起全身多系统的汞中毒。与易碎的玻璃体温计相比，电子体温计在这方面就显得更有优势，它是把体温用电子数字的形式显示出来。1984年芬兰的一位医疗器械师发明了一种电子体温计。电子温度测量方式是随着电子技术的兴起而快速发展的一门学科。它利用材料随温度变化的参数转换成电信号对温度进行测量。早期的电子温度测量均采用模拟技术的方法，对传感器的非线性补偿采用分立式电路进行各种方法的补偿，线路复杂、体积庞大、可靠性低，应用受到很大的制约，后来计算机的出现及相关技术的发展使测量的精度和温度控制能力有了很大的提高，但价格昂贵。微电子技术的发展使这一希望逐步变成了现实。十年前，单片体温计集成电路开始问世，但当时由于MOS电路技术尚未成熟，电路多采用模拟工艺制造信号，处理方式也以模拟信号处理方式为主，各方面的性能不尽如人意，加上价格高，发展受到很大制约。现在数字集成电路技术和相应的数字信号处理理论相对成熟，开发制造成本大幅下降，为新一代电子体温计的开发创造了良好的先决条件，以数字技术为主要技术的新一代电子体温计又一次成为关注和研究的对象。1.3 本论文的主要任务和内容本设计的主要任务是：1. 考虑当前应用的实际情况，设计一款智能化的数字体温计，合理的测温方式，能够满足日常工作的需要，高精度，低成本，人性化，使用方便。2. 以单片机为控制核心，实现10秒内测温，并能对实时温度值进行显示和播报；设定预警温度，当温度超过预警温度值时，系统立即报警，并可将检测结果上传PC机，实现数据的自动保存。本论文的主要内容是：第一章， 首先回顾了体温计及温度传感器的发展历史和现状。第二章， 对系统的硬件电路设计进行详细的介绍，包括主要器件的基本知识、设计的整体方案以及各部分电路硬件连接方法。第三章， 系统的软件设计，包括整体流程图、主要部分的设计思想和源程序。第2章 系统的硬件电路设计 2.1 主要芯片的选择2.1.1 单片机的选择随着现代电子技术的发展,电子设备越来越显示出其向高集成化和小型化的发展趋势。集成度的高低,从某种意义上来说,已经成为衡量电子设备优劣的关键性指标之一。而对于体温计这种人们日常使用的仪器,在这一点上就具有更高的要求。因此，本设计方案采用了台湾凌阳公司推出一款具有语音处理功能的16位高速单片机SPCE061A。它具有如下特点：1) 整合了多个常用的功能模块，进行系统开发时不用外加过多的硬件就可方便的完成一个系统的设计。2) 耗电少，可以满足很多手提设备、掌上设备低能耗的需求。3) 可方便的用来实现声音的录制、播放，Midi音乐合成和语音识别，相比别的单片机比较有特色。4) 可方便的完成一系列乘加运算，实现一些数据处理比较容易，别的单片机一般不具备这个功能。5) 芯片里具备在线仿真调试电路，使调试和程序下载更加方便。2.1.2 温度传感器的选择传感器作为温度采集的重要部分直接影响体温计的精度和灵敏度，所以在选择芯片的时候要多种方案对比选择最佳。方案一：热敏电阻。其优点是：灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；工作温度范围宽，常温器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315，低温器件适用于-27355；体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；使用方便，电阻值可在0.1100k间任意选择；易加工成复杂的形状，可大批量生产；稳定性好、过载能力强。但是，用于测量体温是不合适的，因为它的测量精度通常只有1，加强之后也只能达到0.5，不符合本设计的要求。方案二：DS18B20。它的特点是：独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；测温范围 55125，固有测温分辨率0.5；在使用中不需要任何外围元件；测量结果以912位数字量方式串行传送。但是它的缺点是：接触型，分辨率越高温度数据转换时间越长。为了达到快速测量和避免交叉感染的要求，DS18B20显然不符合要求。方案三：红外温度传感器TSEA01-4A。其特点为：测温范围：2060；分辨率:0.1；测温精度:0.5；输出信号:2.34.4VDC；工作电压：518V。传感器TSEA01-4A在3050间其线性度最好。而用于体温测量时的温度范围是3444之间，所以它可以满足红外体温计的性能要求。区别于前两种传感器的特点在于非接触型，测量速度快，等待时间短，无使用次数限制。经上述比较最终确定选择红外温度传感器TSEA01-4A。2.1.3 显示电路的选择作为一种便携式手持设备，能耗是一个关键的技术指标。显示电路部分应在良好清晰度的基础上选择功耗低、使用寿命长的芯片。方案一：选用LED显示器，LED的特点在于价格便宜，但它的清晰度和使用寿命不高，只能显示一些数字和字母，不能进行复杂显示。方案二：选用LCD显示器，LCD显示器具有体积小，重量轻，功耗低，寿命长，清晰度高等特点。经上述比较，本设计选用LCD显示，并选用字符集图形点阵液晶显示器LCM12832ZK，它主要由行驱动器/列驱动器及12832全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示,也可以显示82个(1616点阵)汉字,与外部CPU接口采用并行或串行方式控制，电源操作范围宽(2.7-5.5V)。2.2 总体设计方案本设计主要设计一数字体温计，测温范围为3444，测量精度为0.1。以单片机为控制核心，在软件的控制下，与其它硬件电路相结合实现每秒一次的温度采集，实时显示并播报温度值，同时设定预警温度，温度超过预警温度值时，系统立即报警，并可将检测结果上传PC机，实现数据的自动保存。本系统主要由六部分组成：单片机控制电路，信号采集电路，语音播报电路，LED报警电路，LCD显示电路和USB通信电路。温度信号由单片机外接的红外温度传感器采集,通过单片机自身的10位A/D转换器完成转换。为了精确起见，在AD采集过程中应采用多次采集取平均值的方法。最后,将此平均值送温度处理子程序进行处理,待计算出十进制温度值后,以语音播报和LCD方式显示结果，语音播放的是测量的温度以及是否属于正常温度范围，LCD显示的是温度值包括显示温度数据和汉字。键盘电路用于开关的控制和时间的调整以及数据的存储显示。同时，当测量结果高于预设结果时自动启动报警电路进行报警提示，提示方式为发光二极管的闪烁。温度数据还可由USB上传至PC机供比对研究使用。总体框图如图2.1所示。温度传感器键盘LCD显示语音电路报警电路USB接口凌阳SPCE061A单片机图2.1 系统总体框图其中各部分芯片：1) 传感器：TSEA01-4A型红外温度传感器。它是由温差热电堆和热敏电阻以及运算放大器组成的，在3050间线性度最好，而用于体温测量时的温度范围是3444之间，所以它可以满足体温计的性能要求。TSEA01-4A的分辨率为0.1，测温精度0.5；输出信号为2.34.4VDC；工作电压为518V。2) 单片机：凌阳SPCE061A单片机。它是具有语音处理功能的16位高速单片机。其特点是：有多路A/D转换功能、有足够大的存储器，且具有掉电保护功能、具有USB接口、功耗低、抗干扰性好。它的标准工作电压为3.3V，它内部集成有2K字SRAM，32K字FLASH程序存储器，两个十六位定时/计数器，32位可变成I/O端口，8通道模数转换输入，双通道DAC方式的音频输出，看门狗电路等。3) 语音电路：SPCE061A提供两个10位D/A输出通道DAC1、DAC2，其中每个DAC通道的输出能力为3mA，用于输出语音信号。考虑功耗问题，采用单通道DAC1输出，经三极管C8050放大后再由外接喇叭播放语音。4) LCD显示：LCD采用液晶显示模块LCM12832ZK。它是一种内置8192个1616点汉字库和128个168点ASCII字符集图形点阵液晶显示器。它主要由行驱动器/列驱动器及12832全点阵液晶显示器组成，可显示82个汉字，与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。2.3 单片机SPCE061A2.3.1 SPCE061A单片机简介SPCE061A 是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。SPCE061A性能参数如下：l 16位nSP微处理器；l 工作电压（CPU）VDD为2.43.6V，（I/O）VDDH为2.45.5V；l CPU时钟：0.32MHz49.152MHz；l 内置2K字SRAM；l 内置32K FLASH；l 可编程音频处理；l 晶体振荡器；l 系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2 A/3.6V；l 2个16位可编程定时/计数器；l 2个10位DAC输出通道；l 32位通用可编程输入/输出端口；l 使用凌阳音频编码SACMS240方式，能容纳210秒的语音数据；l 32768HZ实时时钟；l 7通道10位电压ADC和单通道声音模数转换器；l 内置在线仿真电路ICE接口；l 具有保密能力。2.3.2 芯片的引脚排列和说明SPCE061A单片机有两种封装片，一种为84个引脚，PLCC84封装形式，图2.2为PLCC84封装排列图和实物图；另一种为80个引脚，LQFP80封装。在PLCC84封装中，有15个空余脚，用户使用时这15个空余脚悬浮。图2.2 SPCE061A PLCC84封装排列图和实物图引脚说明：管脚名称 管脚编号 类型 描述 IOA15:8 6053输入输出 IOA15:8：双向IO端口 IOA7:0 4841输入输出 IOA7:0：通过编程，可设置成唤醒管脚 IOA6:0：与ADC Line_In输入共用 IOB15:11 IOB10 IOB9 IOB8 IOB7 IOB6 IOB5 IOB4 IOB3 IOB2 IOB1 IOB0 6468767778 79 8081 1 2 3 4 5 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 输入输出 IOB15:11 ：双向IO端口。IOB100除用作普通的IO端口，还可作为： IOB10：通用异步串行数据发送管脚Tx IOB9：TimerB脉宽调制输出管脚BPWMO IOB8：TimerA脉宽调制输出管脚APWMO IOB7：通用异步串行数据接收管脚Rx IOB6：双向IO端口 IOB5：外部中断源EXT2的反馈管脚 IOB4：外部中断源EXT1的反馈管脚 IOB3：外部中断源EXT2 IOB2：外部中断源EXT1 IOB1：串行接口的数据传送管脚 IOB0：串行接口的时钟信号 DAC1 21 输出 DAC1音频输出 DAC2 22 输出 OSC32O13输入 32768Hz晶振输出管脚 OSC32I12输出 32768Hz晶振输入管脚 VCOIN 8 输入 PLL的RC滤波器连接管脚 AGC 25 输入 AGC的控制管脚 MICN 28 输入 麦克风负向输入管脚 MICP 33 输入 麦克风正向输入管脚 VREFZ23 输出 电压源2.0V产生5mA的驱动电流，可用作外部ADC Line_In通道的最高参考输入电压，不可作为电压源使用 MICOUT 27 输出 麦克风1阶放大器输出管脚，管脚外接电阻决定AGC增益倍数 OPI 26 输入 麦克风2阶放大器输入管脚 VEXTREF 35 输入 ADC Line_In通道的最高参考输入电压管脚 VMIC 37 输出 麦克风电源 VCM34 输出 AD参考电压(由内部ADC产生) VDD 7，15 输入 逻辑电源的正向电压 VSS 9，19，38 输入 逻辑电源和IO口的参考地 VDDIO 51，52，75输入 IO端口的正向电压管脚 VSSIO 49，50，62输入 IO端口的参考地 AVDD 36输入 模拟电路（A/D、D/A和2V稳压源）正向电压 AVSS 24 输入 模拟电路（A/D、D/A和2V稳压源）参考地 RESET 6 输入 低电平有效的复位管脚 XSLEEP 63 输出 睡眠模式(高电平激活) XICE 16 输入 激活ICE(高电平激活) XICECLK 17 输入 ICE串行接口时钟管脚 XICESDA 18 输入输出 ICE串行接口数据管脚 XTEST14输入 测试模式时接高电平，正常模式时接地GND或悬浮 PFUSE，PVIN 29，20 输入 测试闪烁存储器，正常模式时悬浮 2.3.3 SPCE061A功能描述1. CPUSPCE061A配备了凌阳科技开发的最新的16位微处理器nSP。它内含有8个寄存器：4个通用寄存器R1R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP和1个段寄存器SR。通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR，MR可被用作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外，SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断，并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。nSP不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算。2. 存储器1) RAMSPCE061A拥有2K字的SRAM(包括堆栈区)，其地址范围从$000000到$0007FF。2) 闪存（Flash）ROM全部32K字闪存均可在ICE工作方式下被编程写入或被擦除。对闪存设置保密设定后，其内容将不能再通过ICE被读写，也就可以使程序不被其他人读取。3. 输入/输出端口输入输出端口是系统与其它设备进行数据交换的接口。SPCE061A具有两个可编程输入输出端口：A口和B口。A口既是具有可编程唤醒功能的普通I/O口，又可与ADC的多路LINE_IN输入共用(IOA60与LINE_IN17共用；B口除了具有普通I/O口的功能外，在特定的管脚上还可以完成一些特殊的功能。4. 中断SPCE061A具有两种中断方式：快速中断请求FIQ(Fast Interrupt Request)中断和中断请求IRQ(Interrupt Request)中断。中断控制器可处理3种FIQ中断和14种IRQ中断，以及一个由指令BREAK控制的软中断。 相比之下，FIQ中断的优先级较高而IRQ中断的优先级较低。也就是说，FIQ中断可以中断IRQ中断服务子程序的执行，而CPU执行相应的FIQ中断服务子程序的过程不能被任何中断源的中断请求中断。5. 定时/计数器SPCE061A提供了两个16位的定时器/计数器：TimerA和TimerB。TimerA为通用计数器；TimerB为多功能计数器。TimerA的时钟源由时钟源A和时钟源B进行“与”操作而形成；TimerB的时钟源仅为时钟源A。定时器发生溢出后会产生一个溢出信号(TAOUT/TBOUT)。一方面，它会作为定时器中断信号传输给CPU中断系统；另一方面，它又会作为4位计数器计数的时钟源信号，输出一个具有4位可调的脉宽调制占空比输出信号APWMO或BPWMO(分别从IOB8 和IOB9输出)，用来控制马达或其它一些设备的速度。此外，定时器溢出信号还可以用于触发ADC输入的自动转换过程和DAC输出的数据锁存。6. 串行设备接口串行输入输出端口SIO提供了一个1位的串行接口，用于与其它设备进行数据通讯。在SPCE061A内通过IOB0和IOB1这2个端口实现与设备进行串行数据交换功能。2.3.4 最小系统原理图最小系统接线如图2.3所示，在OSC0、OSC1端接上晶振及谐振电容，在锁相环压控振荡器的阻容输入VCP端接上相应的电容电阻后即可工作。其它不用的电源端和地端接上0.1F的去藕电容提高抗干扰能力。图2.3 单片机最小系统原理图2.4 传感器电路设计2.4.1 红外测温原理简介红外体温计测温原理是基于黑体辐射定律。黑体是一种理想化的辐射体,它在任何温度下都能全部的吸收投射到其表面的任何波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,其表面的吸收率为1，同时它也向外界辐射能量。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,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，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通量。温度为T的黑体单色辐射出度为其中：是3.7418，是1.438。由此可以计算出在温度位T的黑体在全部波长范围内的辐射出度为其中：K是波尔兹曼常数。只要温度很小的变化,辐射出度就能迅速地发生变化。因此,通过对物体辐射能的测量就能求出物体的温度。由于人体皮肤不是理想的黑体,只有在大于5m波长范围才可以近似看成是黑体,所以在红外温度传感器上要装有大于5m波长才可以通过的滤波器。当环境温度一定时,红外温度传感器能将人体的辐射能转换成电信号,经过放大和温度补偿后其输出的电压与被测人体的温度成线性关系。2.4.2 TSEA01-4A的测温原理简介红外温度传感器TSEA01-4A是红外体温计的关键部件,它是由温差热电堆和热敏电阻以及运算放大器组成的，如图2.4所示。图2.4 红外温度传感器在温差热电堆的热端贴有热量吸收器,它用来吸收被测物体辐射的红外线并转化为热能,然后通过热电堆将其转化为电信号。此电信号是反映热电堆冷热两端的温度差,也就是被测物体与热电堆冷端(即环境温度)的温度差,而不是反映被测物体的真实温度。因此,还需要测出热电堆冷端的温度(即环境温度补偿),而通过红外传感器中负温度系数的热敏电阻的阻值变化即可得知环境温度。由图2.4可知，TSEA01-4A是采用模拟电路处理方法进行环境温度补偿,即通过调整2个运算放大器的放大倍数,可使得输出信号Vout只与被测物体的温度成线性关系,去除由环境温度而产生的输出分量,由此可确定被测物体的温度。TSEA01-4A的性能参数如下:测温范围:2060;分辨率:0.1;测温精度:0.5;输出信号:2.34.4VDC;工作电压:518V。输出电压Vout与被测物体温度的关系见表。被测物体温度（）2030405060Vout（V）2.3122.7593.2923.7994.442表2.5 输出电压Vout与被测物体温度表由上述参数可知,传感器TSEA01-4A在3050间其线性度最好。而用于体温测量时的温度范围是3444之间,所以它可以满足红外体温计的性能要求。通过测量输出电压Vout值,就可由公式T=30+(20/1.04)(Vout-2.759)间接地算出相应的温度值。2.5 LCM12832ZK显示电路设计液晶显示模块(LCD Module,简称LCM)是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件,由于其具有显示内容丰富、体积小、重量轻、寿命长、使用方便、安全省电、无辐射等优点,因此广泛应用于移动通讯、仪器仪表、电子设备、家用电器等各个领域。文设计使用了一种具有串/并多种接口方式,且内部含有GB2312一级、二级简体中文字库的图形点阵液晶模块LCM12832ZK,该模块是由北京青云创新科技发展有限公司推出的。2.5.1 LCM12832ZK性能特点LCM12832ZK是具有串/并行接口、内部含有中文字库的图形点阵液晶显示模块,其内置的控制/驱动器采用台湾矽创电子公司生产的ST79202,因而具有较强的控制显示功能。LCM12832ZK的液晶显示屏为12832点阵,可显示2行,每行8个汉字。该模块具有2MB的中文字型ROM(CGROM),共提供8192个1616点阵中文字型;同时,为了便于英文和其它常用字符的显示,具有16KB半宽字型ROM(HCGROM),提供128个168点阵的字母符号字型;另外,绘图显示画面还提供一个64256点阵的绘图区域(GDRAM)及240点的ICONRAM,可以和文字画面混合显示,且内含CGRAM可提供4组软件可编程的1616点阵造字功能。LCM12832ZK模块采用LED背光,工作电压/电流分别为3V/1.2mA或5V/2mA,具有2.75.5V的宽工作电压范围,还具有睡眠、正常及低功耗工作模式,可满足系统各种工作电压及便携式仪器低功耗的要求。为了适应多种微处理器和单片机接口的需要,模块提供了4位/8位并行、2线/3线串行多种接口方式。另外,模块还提供了画面清除、光标显示/隐藏、显示打开/关闭、显示字符闪烁、光标移位、显示移位、反白显示、睡眠模式等操作指令。该模块可实现汉字、ASCII码、点阵图形的同屏显示,广泛用于各种仪器仪表、家用电器及通信产品中。2.5.2 模块引脚定义和用户命令为了更好地阐述LCM12832ZK的接口方式及控制方法,先介绍该模块的引脚定义及用户命令。 1. 模块引脚定义LCM12832ZK模块的引脚定义如下所列。引脚 名称 方向 说明1 V0 X LCD 亮度调整，外接电阻端2 VR X LCD 亮度调整，外接电阻端3 GND X 地4 VCC X 3V/5V5 NC X 未用6 RS(CS) I 选择寄存器(并行) 0：指令寄存器 1：数据寄存器片选(串行) 0：禁止 1：允许7 R/W(SID) I 读写控制脚(并) 0：写入 1：读输入串行数据(串)8 E(SCLK) I 读写数据启始脚(并行) 输入串行脉冲(串行)916 D0D7 I/O 数据线0717 PSB I 控制界面 0：串行 1：并行8/4 位18 /RST I 复位信号，低有效19 LK X 背光源负极20 LA X 背光源正极2. 用户命令说明LCM12832ZK的指令集包括基本指令集(RE=0)和扩充指令集(RE=1)两大类,用户可以通过这些命令使模块执行相应的显示或控制功能。下面简要介绍部分常用的操作命令:1) 设定DDRAM(Display Data RAM)地址:RSRWDB7DB6DB5001AC6AC5DB4DB3DB2DB1DB0AC4AC3AC2AC1AC0设定DDRAM地址到地址计数器(AC)。第一行AC范围为:80H87H;第二行AC范围为90H97H2) 设定CGRAM(Character Generator RAM)地址:设定CGRAM地址到地址计数器(AC)。RSRWDB7DB6DB50001AC5DB4DB3DB2DB1DB0AC4AC3AC2AC1AC03) 进入点设定(Enter Mode Set)在数据的读取与写入时,指定光标的移动方向及显示的位移。I/D：位址计数器递增递减选择。当I/D=1，光标右移，DDRAM的位址计数器+1；当I/D=0，光标左移，DDRAM的位址计数器-1；S：显示画面整体位移SI/DDESCRIPTIONHH画面整体左移HL画面整体右移4) 显示状态开/关RSRWDB7DB6DB500000DB4DB3DB2DB1DB001DCB控制整体显示、光标、显示、光标位置反白的ON/OFF。D=1,整体显示ON;D=0,整体显示OFFC=1,光标显示ON;C=0,光标显示OFFB=1,光标位置显示反白ON;B=0,光标位置显示反白OFF5) 清除显示RSRWDB7DB6DB500000DB4DB3DB2DB1DB000001将DDRAM添满“20H”(space code),并设定DDRAM的地址计数器(AC)到“00H”。6) 功能设定RSRWDB7DB6DB500001DB4DB3DB2DB1DB0DLXREXXDL=1,为8-bit MPU控制界面;DL=0,为4-BITMPU控制界面；RE=1,为扩充指令集;RE=0,为基本指令集。7) 光标或显示移位控制RSRWDB7DB6DB500000DB4DB3DB2DB1DB01S/CR/LXX设定光标的移动与显示的移位控制,该指令并不改变DDRAM的内容。S/CR/LDESCRIPTIONAC ValueLL光标向左移动AC=AC-1LH光标向右移动AC=AC+1HL显示向左移动，且光标跟着移动AC=ACHH显示向右移动，且光标跟着移动AC=AC8) 读取忙碌标志(BF)和位址计数器RSRWDB7DB6DB501BFAC6AC5DB4DB3DB2DB1DB0AC4AC3AC2AC1AC0 读取忙碌标志(BF)可以确认内部动作是否完成,同时可以读出位址计数器(AC)的值。9) 写入资料到RAMRSRWDB7DB6DB510D7D6D5DB4DB3DB2DB1DB0D4D3D2D1D0写入资料到内部RAM,写入后会使AC改变。10) 读取RAM的值RSRWDB7DB6DB511D7D6D5DB4DB3DB2DB1DB0D4D3D2D1D0从内部RAM读取数据,读取后会使AC改变。2.5.3 接口方式LCM12832ZK具有串/并行多种接口方式,易与各种型号单片机、微处理器连接。1. 并行接口数据传输当LCM12832ZK的PSB脚接高电平时(或模块背面S/P的短路电阻在“P”侧),模块将进入并行传输模式。在并行传输模式下,可由指令位(DL FLAG)来选择8位或4位接口方式,主控制系统将配合“RS”“、RW”“、E”、D0D7来完成指令/数据的传送。在4位传输模式中,每一个8位的指令或数据都将被分为两组:较高4位(D7D4)的数据会被放在第一组的D7D4部分,而较低4位(D3D0)的数据则会被放在第二组的D7D4部分,在4位传输模式中,D3D0界面未使用。2. 串行接口数据传输当PSB脚接低电平时(或模块背面S/P的短路电阻在“S”侧),模块将进入串行接口模式。在串行模式下将使用2条线作串行数据的传输,主控系统将配合传输同步时钟线(SCLK)和接收串行数据线(SID)来完成串行传输的动作。当片选CS为高电位时,同步时钟线(SCLK)输入的讯号才会被接收,否则数据传输将被终止,并且将待传输的串行数据计数重设为第一位。LCM12832ZK还允许同时接入多个液晶显示模块以完成多路信息显示功能。此时,要利用片选端CS构成3线串行接口方式。通常情况下,当系统仅使用一个液晶显示模块时,模块片选脚CS可固定接高电平。2.5.4 字符显示及模块使用说明1. 字符显示LCM12832ZK按照每个中文字符1616点阵将显示屏分为2行8列,共16个区,每个区可显示1个中文字符或2个168点阵全高ASCII码字符。LCM12832ZK内部提供1282字节的字符显示RAM缓冲区(DDRAM)。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同,可分别在液晶屏上显示CGROM(中文字库)、HCGROM(ASCII码字库)及CGRAM(自定义字型)的内容。三种不同字符/字型的编码选择范围为:00000006H显示自定义字型,02H7FH显示半宽ASCII码字符,A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字库字型。2. 模块使用说明使用LCM12832ZK显示模块时,应注意以下几点：1) 引脚RST和PSB可悬空,不接时,为并行接口方式;引脚VR和V0之间必须接可变电阻(2.2k10k),该可变电阻一端接VR,调整端接V0,另一端悬空。2) 模块在接收指令前,单片机必须先确认模块内部处于非忙状态,即读取BF标志时BF为“0”,方可接受新