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儿童智能退热仪设计,儿童,智能,退热,设计
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儿童智能退热仪设计DESIGN OF INTELLIGENT ANTIPYRETIC INSTRUMENT FOR CHILDREN 摘要随着社会科学的持续发展，逐渐出现了人们对医疗保障要求变高的情况，各种各样的医疗设备出现。本文设计儿童智能退热仪，是一种采用半导体芯片制冷原理而达到降低温度目的的仪器，具有快速有效、热量吸收均匀、持续时间长、温度和时间可控，高烧智能报警等功能。据上所述，温度传感器、制冷设备的结构设计、运行原理等内容也需要工作人员研究透彻，接着再将单片机结合传感器技术应用于其中，完成它们的开发设计工作。本文使用DS18B20和STC89C52RC为核心并和其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好的儿童智能退热仪。数字传感器DS18B20主要用于高效率采集温度等数据，而STC89C53RC单片机的作用在于协助工作人员对此系统进行严密操控，选用JQ6500进行音乐播放，利用蜂鸣器进行报警。本文设计的儿童智能退热仪可实现智能定时、智能控温、快速退烧、持续控温、高烧报警、智能语音安慰和音乐播放等功能，是一种制作简单、使用方便、价格低廉的退热仪。关键词 DS18B20；单片机；退热仪Abstract With the continuous development of social science, people gradually have higher requirements on medical security, and various medical devices appear. This article designs the child intelligence febrile instrument, is one kind of USES the semiconductor chip refrigeration principle to achieve the goal which reduces the temperature the instrument, has the fast effective, the heat absorption uniformity, the duration is long, the temperature and the time is controllable, the high fever intelligence alarm and so on the function. According to the above, we are familiar with and master the general structure, working principle and characteristics of temperature sensor and refrigeration equipment, and develop and design by using single-chip microcomputer combined with sensor technology.In this paper, DS18B20 and STC89C52RC are used as the core and combined with other electronic technologies to design an intelligent febrile instrument for children with good technical level. Among them, digital sensor DS18B20 is selected to realize temperature collection. STC89C52RC single-chip microcomputer is mainly used to control the system. JQ6500 is selected to play music, and buzzer is used to alarm.The intelligent febrile instrument for children designed in this paper can realize intelligent timing, intelligent temperature control, rapid fever control, continuous temperature control, high fever alarm, intelligent voice comfort and music playback and other functions. It is a kind of febrile instrument with simple production, convenient use and low price.Key word DS18B20 single chip microcomputer endothermic apparatus56目 录摘要IAbstractIII1绪论11.1 研究目的11.2 国内外研究现状31.3 研究内容和设计指标要求41.4 研究意义42总体方案设计52.1 系统原理设计52.2 系统结构框图52.3 物理降温的类型52.4 本章小结73 电路设计83.1 儿童智能退热仪系统电路组成83.2 温度测量电路93.3 微处理器电路103.4电路电源113.5 显示电路123.6 报警电路143.7 按键电路153.8 制冷电路163.9音乐播放电路173.10 本章小结194 程序设计204.1 系统整体流程图204.2软件开发环境简介204.3程序设计流程204.4软件各功能模块设计224.5本章小结275系统调试及遇到的问题285.1电路调试285.2软件功能调试285.3小结29致谢31参考文献32附录331 绪论1.1 研究目的发烧（fever），俗称发热，是指细菌病毒直接作用于体温调节中枢、调节体温中枢的功能发生异常或其他因素引起的热量产生过多、热量消失减少，从而引发身体温度提高或超过正常范围的状况。大家健康体温都有细微的差异，所处环境、一年四季、个人体质等因素对体温有一定影响。通常认定当口腔内的温度高于37.5 ，腋下温度高于37，一天内身体机能温度涨幅1以上，这样就是发烧。发烧是病人最常见的症状，是病情加重的主要体现，发生在各式各样感染性疾病和非感染性疾病。但一些时候体温升高并不全是病毒引发的，一些情况下可以导致体温升高，比如高强度跑步篮球、身处高温环境或洗热水澡等都可以使身体温度提高，这些自己身体机能调理即能恢复正常。物理降温是发热病人除内服药片外，最便利、安全、有效的使体温下降的办法。物理降温就是用25%-50%酒精擦浴。当沾拭酒精擦拭病人皮肤时，即可影响发烧过度病人的皮肤血管使其变大，从而提高皮肤退热力。物理降温中的酒精有着易挥发的特性，能挥发体内巨大的热量，这样患者的体温就能下降、发烧情况变乐观。详细做法是：将家中常备或者使用的小毛巾蘸取合适量的酒精，加入少许水稀释，温柔缓慢的抹拭发烧病人的身体发热部位如额头、腋下等。值得注意的是这里的酒精含量不能太高，需要用水稀释或者将皮肤表面的水份吸收掉。为了研究临床应用物理降温仪对高烧病人疗效。采用随机抽样法对2015年6月至2018年6月使用降温仪治疗的高烧病人200人对比参照研究,平均分成2组且遵循随机原则，第一组对高烧病人物理降温,第二组使用物理降温仪降温,待两组病人体温恢复正常后对比。结果表明第二组降温处理后30min、60min、90min温度下降了(1.020.16)、(1.350.21)、(1.760.23),第一组分别为(0.340.12)、(0.710.18)、(0.340.21)。由此可知物理降温仪降温效果显然好过传统的物理降温方法,不仅能保证发热病人恢复的安全,还能为发热情况起到更好的效果,从而降低医生护士的工作量,所以推荐广泛使用。因此，开发一套性价比高的儿童智能退热仪，对保护儿童，降低因引发烧而引起其他疾病的概率，保证了儿童健康成长。近些年来电子设备在普通百姓的使用非常便利和广泛，以前仅仅用于帮助儿童退烧的儿童智能退热仪现在已经将多种技术应用于仪器的研发中，包括计算机电子技术、自控技术等在内的高科技技术使得儿童退热仪的设计更为多样化。如今的科学技术飞速发展，儿童智能退热仪会在生活应用中大放异彩。现在国内正在不断的向前发展，这就需要在数据采集方面有更高的要求，需要我们不断的完善相应的系统，开发出更加能够迎合现代发现的框架，更加的让相关系统拥有高价值。 正常的温度计主要是源于人们生活中的热胀冷缩物理常识，其中非常常见的还是水银温度计，但是最主要的缺陷就是必须要贴近身体测量，还有就是没有很高的精准性。那么正常的智能退热仪中热电阻智能退热仪是最常见的类型，这些仪器不仅有着水银温度计没有的优点，性价比高，耐高温等等，但是因为在传输的时候不准确，所以就需要进行补偿。在这几年来不断发展中，出现了PN温测仪仪器，这个的缺点就是不互通，没有统一性，也没有一定的稳定性，所以就容易收到外界因素的影响。但是在现在技术不断提升的时候，就应运而生了一种可以兼顾两者的智能退热仪，除了拥有常规智能退热仪以外，同时还加入了一些新特点，像是接口，转化器和储存器等等一些零件，这就能让输出的数据能够有效的进行转化，精准度有所提高，但是测量的范围还是不够广泛，一般只在50100%之间。在现在信息传播和处理在电路上不断应用的今天，已经取得了非常好的反响，并且传感器已经成为了这方面非常受关注的一个领域，在未来的发展中，传感器主要对四个方面进行研究。1.精准度2.大小3.多功能4.智能化智能退热仪在应用的时候运用无线传输，这样的方法成为了一种全新的手段，可以在很多方面都进行测量，这就改变了传统的应用方向和理念。随着社会的不断进步和发展，这种技术在我们日常生活当中越来越显著，并且运用于各种场景，性能非常稳，也很安全。所以，无线技术一定是温度采集中最需要的部分。 智能退热仪是现在最常见的，也是应用最广，时间最早的传感仪器。根据美国仪器学会的相关报道中可以看出，在1990年的时候，智能退热仪就直接在市场上独具鳌头，远远的超过其他的传感器。温度计发明于十九世纪，是由伽利略所发明的，从那以后，人们就开始用温度计进行测量，并且在1821年，德国的物理学家发明了电热偶传感器，大概五十年以后，铂电阻传感器由著名的公司西门子所开发，并且在半导体技术出现以后，根据半导体相应的技术所开发的集成智能退热仪，pn结智能退热仪等等都慢慢的出现，这就是波还有日常之间的作用所导致的，智能退热仪，传感器还有红外传感器也都慢慢的出现在人们的视野当中。智能退热仪主要是在1905年左右出现的，又被人们称作是数字温度计，到现在为止，全世界已经有非常多不同类型的智能退热仪所出现。这种仪器主要是融合了计算机当中的很多技术，还有微电子，自动测试技术等等。在仪器的内部还有CPU，传感器，电板还有储存室等等，有的一些产品当中还有不同的像是RAM,ROM等不同的选择器在里边，我们可以根据智能退热仪显示的温度数据，来和不同的控制器进行配合，并且通过相关软件的开发来完成一些数据的测试，软件开发水平决定了智能退热仪发展的好坏。智能退热仪在当中融入无线传播技术已经是当代发展的新手段，这样不仅可以测量不同类型不同方向的环境，更是让我们在观点上就已经进行了转变，已经是现在研究新方向。随着现在社会的不断发展，这种技术的优点已经被逐渐发现。而且这种技术更加的完善和稳定，没有任何的框架，可以用作各种环境，所以，无线技术一定是温度采集系统最好的选择。1.2 国内外研究现状欧美国家相关专业机构最近宣称，2008年，世界各地总售出约3360亿美元的医疗器械，较2007年的3000亿美元提高了12%。虽然2008年发生全球金融风暴，但各地医疗器械市场整体销量不错，由此可以看出医疗器械增长实力强大。通过对比全球医疗器械行业销售额占各地行业的百分比可以看出医疗器械行业整体实力越来越强。 根据报告数据得知，2008年，全球医疗器械类产品的销售额占比全球医药市场的一半之多。由此数据得知，医疗器械产业是一个蒸蒸日上的产业，已然成为医药业的一个领头分支。因为全球金融危机的爆发，预计2012年医疗器械销售额会有小幅度下降，但其增长率依然乐观并可保持在15%上下。亚太区、中东区的发展潜力极大。 中国、日本、印度在全球以“远东三大工业经济强国”著称。因为中日印三国的医学治疗使用设备市场总额约占全亚洲医学治疗使用设备市场总额的70%。高新医疗设备技术是当代发展增长最迅速的行业之一，它将各种当代合理匹配技术和高新技术相结合进而开发成高新产品，使其拥有如此高竞争力的重点技术是嵌入式计算机软件。高新医疗设备拥有数字化和计算机化的特点，结合了多种学科、领域交流的当代高级技术。这一类产品科技含量高，其价值高，各国及其公司争相研究这一类产品技术。就目前来看高新医学治疗使用设备市场由美国公司的产品主导，各个国家紧随其后，其他欧洲国家的优势只表现在一些专业项目上，包括General Electric Company、Johnson & Johnson、，SIEMENS AG FWB、Toshiba、HITACHI和ROYAL PHILIPS。 。2008年中国高新医学治疗使用设备总销售额为900亿元左右，对比全球只占4%左右，往后的10年，中国医疗器械市场总销售额将突破并以15%增长率平稳发展。放眼国内市场，医疗器械制造外企的产品同比我国大医院普及率超过了70%。近些年我国药品对比医疗机械售出量比例为10：1，然而这一数据在发达国家达到了1：1，目前我国高新医学治疗使用设备产业正在以平稳飞快的发展，每年增长率可达1315%。我国经过多年的努力，使得一些自主生产的高科技产品也走向世界，并且拥有自己的知识产权，涌现了一批高成长型企业，如此的市场发展必然是个好兆头，但是问题随之而来，中国高新医学治疗使用设备90%以上为技术低、档次低的一般产品。2009年，我国进口国外医疗设备所花总金额为61.05亿美元，较往年增长17.03%。其中美国、德国、日本、瑞士和荷兰排名位于进口目标市场前五位，销售占有率为71.47%。2009年中国高新医疗设备同比涨幅18.2%，并且增加到39亿美元。展望未来中国的发展力依旧强劲且平稳，未来几年内增长率涨至21%，并且2013年飙升至86亿美元。 就这些年来看我国整体高新医学治疗使用机构的装备水平依然很落后，其中全国乡镇及农村相关医药机构的就医器械和设备中，令人震惊的是有15%的设备还依旧是1940年左右的产物，更有60%的设备是1980年前后的产物，这些老设备急需跟新换代并且跟国际设备接轨，2010年发展强劲，预期市场销售额将达到1200亿元。近些年中国推出了新医改，各地落后的城市与乡村城镇和社区医疗相关治疗设备的需求量激增，不仅是医用设备的发展，家用设备更是如此，要一同以“迅速”“平稳”的姿态发展。据推算2012-2017的五年间家用便携式医疗设备的发展速度要提高至30%左右。完善和加快医用家用医疗设备的发展和普及更是发展我国经济的一项极其关键并具有远见的实举。1.3 研究内容和设计指标要求儿童智能退热仪是一种采用半导体芯片制冷原理而达到降低温度目的的仪器，具有快速有效、热量吸收均匀、持续时间长、温度和时间可控，高烧智能报警等功。本次毕业设计的单片机选用为整个系统中的关键部分，而实现温度采集功能的仪器主要是数字传感器DS18B20，STC89C52RC单片机则作为操控芯片，用来完成系统最核心的操控任务。选用JQ6500实现音乐播放，利用当温度高于设定值进行蜂鸣器报警。 该系统指标要求如下： 1. 实现智能定时功能。2. 实现智能控温功能。3. 实现高烧报警功能。4. 具有智能语音安慰和音乐播放功能。 1.4 研究意义随着现在社会不断发展的过程中，很多科技方面的研究都不仅仅需要对温度提升准确度，而且更是要让技术偏于实用，对于工作当中的采集也就更加的严格，但是在工作当中并不是时刻都是安全的，而且也不能完全的保证工作人员的安全，当现场采集比较危险的时候，就需要有一个完整而且智能化，能够进行多方面远距离传输的测量仪器。而且对于整个仪器安装还有维护方面的考虑来说，这个仪器必须要能使用很长时间，这样看来，设计一套能够进行温度采集并且进行统计的系统就非常重要，这对于需要进行温度测量的一些方面来说，时间紧迫而且至关重要，不管是在正常的科学当中，还是在日常的各种动植物的种植养殖当中，或者是关于发生火灾时的自动报警系统、铜须工具、机房、医疗室等等很多方面都需要非常先进的仪器和系统进行辅助。这样来说，这个课题的出现就非常重要。该课题儿童智能退热仪以温度测量为核心，利用半导体进行降温，在生活中有着实用并且牢靠的作用。2总体方案设计2.1 系统原理设计STC89C52单片机在儿童智能退热仪中起着控制整体系统的关键性作用，选用DS18B20温度传感器采集环境温度，选用JQ6500实现音乐播放，利用对比原始设定值温度进行蜂鸣器报警，并利用LCD1602液晶进行显示测量、设计选定的数据。这项应用于结构构造的研究技术水平高超，且整体系统的结构稳定，这些情况均有利于这项方案的顺利实施。2.2 系统结构框图图2-1 系统硬件结构图2.3 物理降温的类型根据物理降温的类型不同，降温方式主要有如下：1.多喝水：经常给孩子烧白开水喝，提高身体含水量，很明显这就是基本的物理降温方法，并且异常有效果，对于所有发热的小宝宝都适合。静脉输液之所以受大多数家长欢迎并且广泛使用，离不开静脉补充体液这个原理。某些发热的小宝宝出于喜欢喝饮料不喜欢喝白开水等各种原因而拒绝喝水，发热的时候喝白开水最能缓解状况，没有必要迁就宝宝选择各种果汁饮料，就给他们喝白开水。2.温水擦身：还有一种很好的降温方法，这就是用常温水擦拭全身，这个方法各个年龄的孩子都能使用，用温度3234的水擦拭。采用这种方式退热，要求为发热者进行10分钟以上的身体擦拭。具体的擦拭部位包括颈部、腋下、手肘等身体常见皮肤皱褶处。处。而那些高烧或者年纪大一点的孩子就能采用沐浴，水温不能比体温过低合适温度即可，温度过低孩子更会感冒。3.降低环境温度：一个物体需要散热当然需要外界吸收其热量孩子更是如此所以引出环境温度这一说法，当然这种环境温度越低退热效果越好，退热环境温度最适宜的是2024（各种季节温度会不一样），这种环境温度有助于体温慢慢降低。对小宝宝来说，尤其在夏天，你只需帮婴儿脱掉厚外套，并把他领到阴凉舒适的地方，他的体温慢慢就会下降。假如患病儿童发热前期有畏寒、打寒战的症状，说明他不仅发烧还要感冒，需要及时就医不能用这种方法。4.使用退热贴：退热贴因为其面积极小，所以没有较好退热效果，对于那些发高烧的孩子只能稍微缓解其脑袋热的状况，并不是主要治疗方式只能用做辅助治疗。而用冰放在他们头上则过冷，极有可能会引起孩子皮肤毛细血管扩张，对散热不利。特别是伴随感冒症状的患病儿童更不能使用冰块降温。5.酒精擦浴：由于婴儿拥有很薄的皮肤，再加上酒精的渗透皮肤的能力很强，所以容易被皮肤所吸收，但是有时会出现婴儿酒精中毒的症状。并且酒精擦皮肤也会刺激婴儿脆弱的皮肤，引起婴儿皮肤毛细血管扩张收缩，不利于散热。儿童特别是小婴儿不推荐使用这种方法。6.多排泄。多喝白开水、多去厕所小便是另一种良好的驱散体内热量的方法，还有一种不错的选择就是大便排泄。提前买开塞露一只，如果患病儿童发热这几天包括当天没有排泄，就用一次辅助排泄的药物，排出体内存储积累的食物残渣，排泄的同时更能带走热量缓解高烧，因为这种原理的可行性，中医也经常使用这种方法并且把他们称为清除下焦之热。然而中药里大多含有大黄、石膏、瓜蒌、槟榔等，所以要小心服用他们。总结比较以上降温方式，主要通过热传递的方式，对儿童进行降温。渐渐从服用药物变为使用物理降温的方法，这很大程度上影响着孩子的健康。注重于把传统普通产品变为更加智能的仪器，使物理降温实现了“智能定时、智能控温、快速退热、持续退热、时时护脑、安全便捷等特点，从源头上改善了传统产品“退热慢、麻烦、非智能”的落后现状，开启快速、便捷、智能化的物理降温新时代。2.4 本章小结本章主要介绍了儿童智能退热仪的基本功能、仪器组成、仪器运行机制等内容已经生活中常用到的退热方式后，设计一类产品就要弄清它的市场需求和患者需求，以上内容简单介绍了儿童智能退热仪以及遇到高烧情况下的各种措施，因此我们在儿童智能退热仪的基本情况已经有了一个深刻的认识，而下文，则要对该仪器的设计研究过程进行更为全面的探讨。3 电路设计3.1 儿童智能退热仪系统电路组成儿童智能退热仪的组成部分为：温度测量和微处理器采用的电路、以及电源电路、报警电路、按键电路等一系列电路技术的组成不仅构成了整个儿童智能退热仪，还很好地协助其发挥工作效能。儿童智能退热仪的电路原理图如下图：图3-1 电路原理图3.2 温度测量电路在温度测量电路中，实现传导并感知温度的温度传感器主要采用的是DS18B20。DALLAS在作用于温度传感器的过程中为用户节省一定的花销，且提供了更多样的形式供用户选择，这都基于它支持“一线总线”接口的这一特殊功能。而用户在构建温度传感网络装置时的难度也大大降低，首支概念的应用也随之产生，广泛用于传感装置的构建。DS18B20可对-55C至125C之间的温度进行精确的测定，且在一定的限定条件下，其精度起伏上下波动也不会超过0.5C。“一线总线”的数字传输方式的采用，有效地屏蔽了系统中不必要的干扰因素，多应用于现场温度测量困难或是环境恶劣的情况。种类多样的封装可供选择的现况决定着我们自行构造适应于自身条件的测温装置系统的可行性。DS18B20的引脚： （1）数字信号输出端为DQ；（2）接地端为GND； （3）外部电源输入端为VDDDS18B20温度测量电路如下图：图3-2 DS18B20温度测量电路3.3 微处理器电路STC89C52是微处理电器中实施精密操控的关键部分。可顺利进行Flash存储编程的STC89C52隶属于CMOS8位微控制器的一种，其能量损耗值低却能表现出超高的性能指标。数据精准且灵敏度高的STC89C52在嵌入式控制系统中的应用均有赖于芯片中的8位CPU和可编程Flash，这一结合使用使得整个系统的缺陷得到基本的解决思路。包括8K字节Flash，512字节RAM，看门狗定时器，内置4kbeeprom和MAX810复位电路等在内的标准功能，以及3个16位定时器/计数器和一六向量两级中断结构等结构体系更是该体系完善健全的基本体现。可轻松达到0H赫兹静态的STC89C52单片机通过精密细致的操作可进入两种类型的节电模式。其一为空闲模式，与CPU中断工作进程相反，RAM、定时器等系统组成结构开始参与工作。其二则为保护模式，RAM工作内容存档，在后续的硬件复位之前，单片机会持续保持工作状态。此外，系统频率选择也有一定的要求。微处理器电路如下图：图3-3 微处理器电路3.4电路电源5V的电源电路设计工作需要借助LM2576来完成。作为3A集成稳压电路的一种，LM2576可以开关的形式控制电压升降，且固定频率震荡器和基准稳压器的投入组成，使系统电路能顺利流通的同时去除了一定的安全隐患。系统对电流通过采取控制，并使用了热关断电路及相关零件，这些零件的采用再加上外围器件的使用，保证了器件电路的高效和电压的稳定。将LM2576-5投入使用到电路的设计中，再利用发光二极管的电源指示用途，从而完成电源电路的构建。其如下图：图3-4 LM2576-5电源电路选择LM2576-5作为儿童智能退热仪是因为其电源电路的最大输出电流为3A，并且它的输出电压为5V，符合日常生活中使用的标准，并且只需要电池便可以对整个系统供电。这个电源电路的内部组成为：1.52kHz振荡器、2.1.23V基准稳压器3.热关断器4.电流限制器5.放大器6.比较器7内部稳压器3.5 显示电路LCD1602主要用途在于完成显示电路的设计和使用。作为液晶显示器件的一种，可显示多种字符LCD1602点阵型液晶模块在同一时刻可跳出高达几十个字字符，这一优良特质决定了它的投入使用。每个点阵字符位均对应着一个字符且其间隔设置明确，另外显示电路中含有多种点阵字符位，这样的特征使得系统中字符间距设置精确无误。诸如清屏、光标闪烁一类的指令在LCD1602的复位电路操纵系统中得以完成。且数据储存器DDRAM中包含80个字节，其内部可完成192个5x7点阵的字符发生器CGROM8个自定义的5X7的字符发生器CGRAM。LCD显示屏一定要根据个人的设计进行初始化才能使用，有两种情况会初始化：开机通电，自动初始化；按下复位按钮后。下面是初始化的步骤:（1）清屏。顾名思义，就是清除屏幕上内容的意思，在单片机中可以将显示内容全部替换为空格来实现，再将光标移回到初始的位置。计数器全部清除。（2）功能设置。本设计将LCD设置为显示两行文字并且显示8位数据，因为这样设置的字体大小较为合适。（3）设置是否闪烁。本设计设置：当光标移动到某一位上时，原本显示的内容，会随着光标一起闪烁，提示用户光标所在的位置。（4）设置输入的方式。本设计的光标本不需要左右移动。本产品选用LCD1602作为显示模块的理由，是因为相对于传统的数码管能够显示更多更清晰的内容，从而带来更好更方便的人机交互界面，成本上却不会增加太多。显示电路如下图：图3-5 显示电路LCD1602引脚功能说明：1号引脚：VSS为地电源。 2号引脚：VDD接电源正极。 3号引脚：VL引脚接入一个103卧式可调电阻后，就可以通过调整电阻接入电源的亮来调整显示器的对比度，接入的电源越多对比度越高，反之则低，可能会出现模糊重影的问题，可以根据个人的喜好调整字体显示的清晰程度。4号引脚：RS 引脚主要用于选择内外部存储器，当接收到低电平时就选择指令存储器，接收到高电平则反之。5号引脚：R/W引脚主要是判断信号的读写，当接收到高电平时，读取信号，接收到低电平时，写入信号。6号引脚：E引脚为使能引脚，当该引脚的电平从低变高时，显示器执行程序。714号引脚：这几个引脚的作用都是作为双向的信号线。15号引脚：背光源正极。 16号引脚：背光源负极LCD显示屏一定要根据个人的设计进行初始化才能使用，有两种情况会初始化：开机通电，自动初始化；按下复位按钮后。下面是初始化的步骤:（1）清屏。顾名思义，就是清除屏幕上内容的意思，在单片机中可以将显示内容全部替换为空格来实现，再将光标移回到初始的位置。计数器全部清除。（2）功能设置。本设计将LCD设置为显示两行文字并且显示8位数据，因为这样设置的字体大小较为合适。（3）设置是否闪烁。本设计设置：当光标移动到某一位上时，原本显示的内容，会随着光标一起闪烁，提示用户光标所在的位置。（4）设置输入的方式。本设计的光标本不需要左右移动。本产品选用LCD1602作为显示模块的理由，是因为相对于传统的数码管能够显示更多更清晰的内容，从而带来更好更方便的人机交互界面，成本上却不会增加太多。3.6 报警电路蜂鸣器和发光二极管可用来参考构建报警电路。三极管S9013主要用于协助蜂鸣器的正常工作，而这一操作思想是由于51单片机的电流在输出过程中易受到限制，影响整个电路。因此，当儿童智能退仪感受到温度的变化后，一旦温度超过临界值，通过端口输出电流控制S9013三极管的饱和与截止，而当三极管饱和时，蜂鸣器便会工作，发出警报声，我们需要知道的是，和蜂鸣器串联的限流电阻也不能太大，不然蜂鸣器声音不够响亮，所以我们选择1的电阻。蜂鸣器就将发出警报。本设计采用有源蜂鸣器，由蜂鸣片振动来发声，接上5V直流电源便可以工作，由于其体积小工作稳定，很多电子产品都会用到其作为发声器件。因为单片机输出的电流较小，是无法用来直接供给蜂鸣器电源的，需要由三极管来放大并且驱动，因此蜂鸣器电路必须要有蜂鸣器、三极管以及一个保护电阻。蜂鸣器通过三极管与单片机的P21端口相连，当单片机输入一个低电平给三极管的基极时，三极管导通，蜂鸣器工作；反之当单片机输出一个高电平时，三极管关闭，蜂鸣器不工作。其具体电如下图：图3-6 报警电路3.7 按键电路独立按键的操作设计被用于按键电路的构建中。由于电源与上拉电阻之间构成联系，独立按键被默认为高电平模式，而独立按键的使用会使其变为低电平。另外，独立按键还需要经过定期扫描，这一操作主要借助于单片机IO引脚的扫描方式，在对其输入状态做出判定后，单片机就可根据独立按键的状态对系统参数进行精密设置。按键接地，当按下按键时，整个电路就与地线接通，同时输出一个低电平。而单片机的端口初始值设定为高电平，因此电路有一个电势差，意味着电路导通，输出一个电信号给单片机进行处理。报警上限值通过键盘电路设置，S1按键为设置键与单片机的端口相连，按一下进入设置界面并且可以通过S2、S3设置调整温度报警值，再按一下设置键，光标跳到温度行，再按S2、S3就可以设置报警值。S4按键是手动报警按键，当有被测儿童高烧时，可以通过该按键降温和报警。图3-7 按键电路3.8 制冷电路本文选择半导体制冷片为TEC12701，半导体制冷器在各个地方都可以发挥作用，比如车载冰箱、饮水机、冰柜等都是由它为基础制作的。电子的流通过程从负极开始，在电源被接通之后，它先后经过P型半导体、N型半导体，最终将在P型半导体中吸取的热量释放。在这个过程的重复循环过程中，反复传递热量并形成温度差值，最终冷热端也由此产生。表3-1 TEC12701指标参数外形尺寸：40*40*5.0mm工作环境：温度范围-5583额定电压： 12V致冷功率： 10W存放条件： -4060工作电流： Imax=1A（额定电压启动时）本文使用两个三极管和一个二极管进行电流的放大，使得制冷片可以工作。其具体工作电路如下：图3-8 制冷电路需要注意的是：因为其制冷片工作性质决定，该制冷片工作时，一面制冷，一面会发出热量。设计该产品时需要考虑到儿童头部的热量产生问题，以及制冷面的降温情况。如果直接用半导体接触儿童的额头，则会对儿童造成过低温度的影响。所以我们需要增加对制冷面缓冲的介质，以及缓冲发热面发热问题的介质。具体原理图如下：3.9音乐播放电路本文需要JQ6500作为语音模块，是一个提供串口的MP3芯片，串口指令可以支配FAT16、FAT32文件系统，并按照发出指令播放符合其意愿的音乐，这就是一个低廉简单的方法用来处理固定语音播放。该芯片可以兼容FAT16、FAT32文件系统，拥有超过32G的TF卡，超过32G的U盘、64M字节的NORFLASH。每个文件夹的容量峰值是1000首音乐，但是在使用文件夹进行储存工作时，文件夹数量被限制在最多100个。图3-8 语音模块1.语音模块硬件参数JQ6500语音模块主要硬件参数如下表：2.语音模块通信格式以异步串口通讯模式为基础,经过串口接受上位机发送的指令，具体通信参数如下：u 通讯标准:9600 bpsu 数据位 :8u 校验位 :noneu 流控制 :none语音模块通信格式，如下表：表3-3 语音模块通信格式音乐播放电路具体工作电路如下：图3-9 音乐播放电路3.10 本章小结本章对儿童智能退热仪中的多项电路类型被互相联系，并对其进行灵活应用，报警系统电路的设计就是按照着这样的流程完成的。具体的电路包括温度测量电路、微处理器电路、电源电路、报警电路、显示电路等。4 程序设计4.1 系统整体流程图温度测量、测量值显示、设定值、判断报警这四个部分的系统最终完成了儿童智能退热仪的整体系统构建。利用DS18B20温度，根据设定温度控制制冷半导体片的通断，当温度超过设定值时，进行报警。4.2软件开发环境简介本系统侧重的重点为51系列单片机并且基于此来开发的，这个系列的单片机技术已经开始被现代人们灵活使用了，人们熟悉并能明确单片机的指令发布程序，且能正确对指令进行发布，这样一来，软件的开发设计过程中的难度被大大降低，而C语言是完成系统语言开发的最好选择。作为一门常见的计算机编程语言，C语言在学习过程过程中难度不高且容易上手。C语言不仅可以利用来对低级存储装置等以简易的方式进行编程，还能在任意的运行环境下完成这些语言编程工作。Keil被用以进行本系统的编程工作。Keil 的开发公司名为为Keil Software company，且也属于C语言编程系统。C语言与其他编程方式相比，在入门级编程学员中更为受欢迎，而它的特性也证明它更适合入门级学员学习。包括C语言编译器、宏汇编、库管理和仿真调试器等在内的系统因C语言而产生了健全的研发思路。WINXP、WIN7、WIN10等系统在使用Keil软件时也是必不可少的。那么Keil肯定会符合要求，就算不使用C语言编程，仿真调试工具则会是一个合理、简便的方法。 4.3程序设计流程 DS18B20传感器数据采集、液晶显示、参数设定等部分软件组成了儿童智能退热仪的整体软件构成。程序运行的最初阶段，由传感器和音乐播放模块通信串口对DS18B20传感器采集的数据进行收集汇总，并借助液晶显示对数据进行采集以及以此为依据进行参数设置，蜂鸣器会在参数数据的数值超过了设定值时响起并启动制冷。下图为儿童智能退热仪的系统流程图：图4-1 系统流程图4.4软件各功能模块设计1.DS18B20温度传感器初始化由DS18B20传感器用户手册可知，设置其寄存器便可以使温度传感器初始化温度传感器初化2. 1602液晶模块初始化 根据1602液晶手册，对1602液晶的寄存器进行设置，并对1602液晶进行清屏。3.温度传感器数据采集由DS18B20用户手册可知，想要进行数据采集，只需驱动DS18B20即可。4.按键程序流程图 设定温度值和系统工作时间，并在液晶进行实时显示。 4.5本章小结本章对儿童智能退热仪单片机系统软件流程、传感器信息采集与示警模块软件设计等进行了详尽的说明和介绍，此外，也对组成系统的模块流程和功能运行进行了详细分析，正是因为这些软件之间产生的协同作用，儿童智能退热仪才能顺利工作并实现其预期效能。5系统调试及遇到的问题单片机系统的调试系统由硬件调试和软件调试两部分组成，且这两部分关系紧密，硬件若是出现漏洞，最终需要依靠软件调试进行解决。而软件调试一般在电路检查完毕无误后即可投入使用。系统功能出现的问题漏洞查验及功能性检测需要依靠调试系统来协助完成的同时，还能依据调试系统结果给出具体问题的解决方案参考。5.1电路调试依据系统的设计所需要达到的要求，该系统特意设计了儿童智能退热仪。这篇文章结合了以下几种技术:温度传感器、半导体芯片制冷片和STC89C53RC单片机技术以及其他一些电子技术，设计出了这种具有高技术水平的儿童智能退热仪。为了实现高灵敏度、响应速度快抗干扰强的温度采集，选用了DS18B20，这种芯片还具有价格优惠和使用年限长的优点，选择了半导体芯片制冷片来当做制冷设备，选取STC89C52RC单片机来当做系统的主控芯片，而音乐播放和数据的采集处理以及蜂鸣器报警则选用了JQ6500。本章使用并调测自己的设计电路，最后通过功能测试。完成电路接线后，可以先检查电源(极性、有没有短路)、再检查每个器件的连接的正确性；确保该电路连接正确后，才能对其通电。选择一种安全的方式调试，串接一个保险管在电源，用来保护整体电路。出现电路有烧坏的状况，必须断电检查完成后再调试。5.2软件功能调试软件调试首先是保证儿童智能退热仪的系统和硬件是完全正常，其次是验证程序执行的正确性以及逻辑结果与要求是否是一样的，是否能达到预期效果，这就是软件调试。这篇文章主要是依据LCD1602,DS18B20和JQ6500这三个驱动芯片的时序，开发他们底层的硬件程序。而软件功能调试泽选用了在线联调的方式，以此来保证儿童退热仪的每个部分的软件功能模块可以正常的运行。研究开发一个产品时，不仅仅是理论的体现，如设计部分的各种错误以及缺陷都无从所知，进行儿童智能退热仪设计时，我们需要了解儿童智能退热仪的系统和硬件的正常性，所以我们需要进行软件功能调试，来验证设计的儿童智能退热仪的程序是否正确，逻辑结果是否正确。下图为软件调试图：图5-1 软件功能联调5.3小结本章大致说明了显示方面的调控，收集数据方面的调控，通过不断的测试可以发现一些问题，并且进行解决，来保证能够正常的运行，在调控的时候，能够懂得很多，提高自身对于这方面的理解，随机应变的能力。结论本篇文章主要以智能退热片为内容，根据和其他的电子进行结合来完善半导体制冷片和STC89c52RC为核心的单片机，设计出一种非常适合儿童的智能退热仪，对智能退热仪当中的测量温度，处理器，报警，电源，显示，制冷等多方面的电路进行设计，根据相应的编程软件，采用c语言进行编程，实现对这些功能的应用。这个儿童智能退热仪可以实现包括数据，温度各方面的显示，也能进行物理降温，是一个架构非常简单，性价比非常高的一款儿童智能退热仪。经过两个多月的研究设计，完成了以下的五个任务：（1）对基于单片机的儿童智能退热仪原理分析。搜集目前国内外的发展状况，和与此相关的论文进行研究，充分了解该产品的理论基础以及不足之处。（2）完成儿童智能退热仪的总体框架图，完成对系统电路的选择，并要对其硬件电路的构成和作用都有初步的了解。（3）全面设计硬件电路，绘制详细的硬件电路图。（4）进行软件设计和程序编写，选用c语言编写智能退热仪系统部分，并要求这部分都能完成各自的功能并且稳定。（5）对硬件电路和软件部分进行模拟仿真，仿真无误后完成整个儿童智能退热仪的功能调试。通过对儿童智能退热仪的设计，了解开发系统步骤，为以后参加工作奠定了坚实基础。致谢 参考文献1 张毅刚,刘杰.MCS-51单片机原理及应用M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2007.2 熊诗波,黄长艺.机械工程测试技术基础 第3版M.北京:机械工业出版社,2006.06.3 王伯雄，王雪，陈非凡.工程测试技术M.北京:清华大学出版社,2006.01.4 张国雄.测控电路 第4版M.北京:机械工业出版社,2011.04.5 张毅刚.单片机原理及接口技术 C51编程M.北京:人民邮电出版社,2011.08.6 邱宣怀.机械设计M.北京:高等教育出版社,2004.05.7 成大先.机械设计手册 第5卷 第6版M.北京:化学工业出版社,2016.04.8 熊幸明主编.电气控制与PLCM.北京:机械工业出版社,2011.01.9 顾绳谷编著.电机及拖动基础M.北京:机械工业出版社,2007.10康华光.电子技术基础 模拟部分 第4版M.北京:高等教育出版社,1999.06.11陈腾炜,许翔.科技视界M.上海市科普作家协会,2017.04.0512康华光.电子技术基础M.高等教育出版社,1999.06.0413刘涛. 从技术和策略两个层面应对校园安保风险B.安防科技.2010.07.3014John Potter Shields.How to Build Proximity Detectors and Metal LocatorsJ.Merrill Co,1972.ISBN: 0672208814 15Charles Garrett.Successful Coin HuntingJ.Ram Publishing,1996 16E.B. Priyanka,C. Maheswari,S. Thangavel. Online Monitoring and Control of Flow rate in Oil Pipelines Transportation System by using PLC based FuzzyPID ControllerJ. Flow Measurement and Instrumentation,2018.17Adam Milik,Edward Hrynkiewicz. Hardware Mapping Strategies of PLC Programs in FPGAsJ. IFAC PapersOnLine,2018,51(6).附录1. 1602液晶模块初始化 设置1602的寄存器以用来初始化。 void init_1602() wr=0; en=0; write_com(0x38); delay(5); write_com(0x0C); delay(5); write_com(0x06); delay(5); write_com(0x01);2. DS18B20传感器初始化设置DS18B20的传感器。void dqinit1(void) uchar x=0; DQ1 = 1; delaydq(8); DQ1 = 0; delaydq(500); DQ1 = 1; delaydq(15);3. 音乐播放的串口初始化串口设定参数为：9600,8，N，1；void UART_init(void) SCON = 0x50; TMOD |= 0x20; TH1 = 0xFD; TL1 = 0xFD; TR1 = 1; EA=1;4. DS18B20传感器数据采集根据DS18B20传感器数据手册，对DS18B20传感器进行驱动。/读数据uchar re1820b1(void) uchar i=0; uchar dat = 0; for (i=8;i0;i-) DQ1 = 0; / 给脉冲信号 dat=1; DQ1 = 1; / 给脉冲信号 if(DQ1) dat|=0x80; delaydq(8); return(dat);/写数据void wr1820b1(uchar dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ1 = 0; DQ1 = dat&0x01; delaydq(4); DQ1 = 1; dat=1; /温度转换unsigned char ReadTemp1(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned char t=0; dqinit1(); wr1820b1(0xCC); / 跳过读序号列号的操作 wr1820b1(0x44); / 启动温度转换 delaydq(100); dqinit1(); wr1820b1(0xCC); /跳过读序号列号的操作 wr1820b1(0xBE); /读取温度寄存器等（共可读9个寄存器） 前两个就是温度 delaydq(100); a=re1820b1(); /读取温度值低位 b=re1820b1(); /读取温度值高位 if(b127) b=(256-b);a=(256-a);fflag=1; /负温度求补码 temp_value=b4; temp2=a&0x0f; /小数的值 xs=temp2*0.0625*10; /小数位,若为0.5则算为5来显示 xs小数 return temp_valu
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