毕业论文-基于单片机的无接触式测温语音播报器的设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的无接触式测温语音播报器的设计与实现 系 所：电子工程系 专 业：电子信息工程（微电子制造方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称：讲师 完成日期：2014年4月28日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 V基于单片机的无接触式测温语音播报器的设计与实现摘 要传统的温度计多采用物理原理，根据水银等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值，这种方法不太方便，而且耗时过长。随着现代科学技术的发展，传统的接触式测

2、温方式已不能满足现代一些领域的测温需求。非接触测温播报器就是针对这些问题而设计开发的，该系统是通过将微机技术、光学聚焦技术、传感器技术等技术相结合，以非接触式的方式测出人体温度，通过LCD1602来显示温度结果并利用语音芯片对测试结果进行语音播报。本文介绍的基于单片机实用温度实时检测和记录系统，是利用非接触式表面温度测温传感器，采集人体发射出的红外线，得到数字信号送入单片机，由STC单片机通过温度补偿来实现温度值的转换并送入LCD1602显示和超温声光报警功能。MCU采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，加上外围电源时钟电路、语音录放模块、LCD显示和红外测温传感器模块组成。STC1

3、2C5A60S2单片机完全兼容8051系列单片机，系统资源十分丰富，完全满足本系统设计需要。系统软件部分由C语音编写，易读，可移植性好。本系统主要包括红外测温模块、语音录放模块、LCD显示模块、按键模块和电源模块等五部分组成。关键词：非接触测温，语音播报器，时钟电路，单片机大连东软信息学院毕业设计（论文） 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大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387840140 h IAbstract PAGEREF _Toc387840141 h II第1章 绪 论 PAGEREF _Toc387840142 h 11.1 研究现状 PAGEREF _Toc387840143 h 11.2 研究目的和意义 PAGEREF _Toc387840144 h 11.3 课题预期成果

11、PAGEREF _Toc387840145 h 2第2章关键技术介绍 PAGEREF _Toc387840146 h 32.1 红外的基本概念 PAGEREF _Toc387840147 h 32.2 非接触红外测温原理 PAGEREF _Toc387840148 h 32.3 红外测温的方法 PAGEREF _Toc387840149 h 4第3章系统分析 PAGEREF _Toc387840150 h 53.1 系统结构 PAGEREF _Toc387840151 h 53.2 系统开发环境 PAGEREF _Toc387840152 h 53.3 系统主要模块的选择 PAGEREF _T

12、oc387840153 h 53.4 系统任务的可行性分析 PAGEREF _Toc387840154 h 63.4.1 经济可行性 PAGEREF _Toc387840155 h 63.4.2 技术可行性 PAGEREF _Toc387840156 h 74.1 主CPU的选择 PAGEREF _Toc387840157 h 84.2 设计中涉及到重要器件介绍 PAGEREF _Toc387840158 h 84.3 系统硬件电路设计 PAGEREF _Toc387840159 h 10第5章系统实现 PAGEREF _Toc387840160 h 135.1 系统完整电路图 PAGEREF

13、 _Toc387840161 h 135.2系统PCB版图 PAGEREF _Toc387840162 h 135.3 软件流程图 PAGEREF _Toc387840163 h 145.4 系统主要程序 PAGEREF _Toc387840164 h 155.4.1 TN901温度获取的主要驱动程序 PAGEREF _Toc387840165 h 155.4.2 LCD1602主要驱动程序 PAGEREF _Toc387840166 h 165.4.3 ISD4004-8语音主要驱动程序 PAGEREF _Toc387840167 h 18第6章系统测试 PAGEREF _Toc387840

14、168 h 216.1 系统软件调试 PAGEREF _Toc387840169 h 216.2 系统硬件调试 PAGEREF _Toc387840170 h 216.3 本章小结 PAGEREF _Toc387840171 h 22第7章结论 PAGEREF _Toc387840172 h 23参考文献 PAGEREF _Toc387840173 h 25致 谢 PAGEREF _Toc387840174 h 26附 录 PAGEREF _Toc387840175 h 27大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章 绪 论随着科学技术的不断进步，市面上传统的接触式测温方式已不能满足现代一些特

15、殊领域的测温需求，使用接触的方式测温不仅耗时、耗力，在某些领域完全无法使用，因此，本文就介绍了一种基于单片机而设计出的无接触式测温语音播报器。1.1 研究现状温度与人类生活密切相关，温度测量也是一直处于不断发展之中。目前，很多测温元件及温度传感器的发展，在各医学研究、科学技术、家用电器等领域广泛应用。测量温度的方法有许多，主要离不开下面两种测量基础，即接触式测和非接触式两种测温法，前者包括利用液体的膨胀冷缩来测温（通常为汞）、电量式测温、光热电测温，后者包括辐射温度测量，光谱，激光干涉仪测温，声学的微波测量温度。接触测温法在测温时必须要与被测物体或介质之间有充分地接触，在测时干扰性大。非接触式

16、测温法不需要与被测物接触，不会影响温度场，但是往往被测物表面的状态或表面不同介质会影响测量结果。老式的热电偶热电阻，相对来说技术成熟，结构简单，使用方便，已广泛应用于温度场的测量。随着一些新技术的发展，预计其应用范围会更加拓展。随着光电及红外探测技术的发展，市场上出现很多红外测温仪。它具有测量精度高，响应快，受介质影响小，应用范围广等特点。虽然温度测量方法很多样，然而，对于一些特殊的温度测量，要得到准确可靠的结果还是很不容易的。因此，特殊的对象还是选择适当的方法来测量。对于以后的发展，还需不断的探求先进的温度测量方法，以满足社会的不断进步。1.2 研究目的和意义老式的温度计一般都是利用物理原理

17、来实现，根据汞等物质随温度升降而热胀冷缩的特殊性质，再通过读取刻度值来收集温度值，这种方法通常不太便利，而且测量所需的时间也过长。所以当前对非接触并且远距离测温技术的提升要求越来越大。例如，随着生活节奏的加快，父母帮助孩子来测量温度，但因为孩子是不稳定的，好动，而浪费了大量时间和精力；老年人活动不便，传统的温度计的使用是不容易的，而且因为传统的温度刻度值太小，观察温度值也是不易的；现在有着各种突发的传染病，传染性强，如果是在学校或大型机构中依旧使用老式的测温办法进行全员的温度测量是很不易的。本文所设计的非接触测温播报器就是为了解决这些麻烦而开发的，该系统是将微机技术、光学聚焦技术、传感器技术等

18、技术相结合，可以非接触式的测出人体温度，通过LCD1602来显示温度结果并利用语音芯片对测试结果进行语音播报。当年甲型H1N1流感盛行一时，甚至能够通过呼吸传染，在医院的隔离室里，患者采用无线测温的方法，可以及时地了解到各个病号患者的体温状况，既节省时间又节省人力，在某种程度上可以避免一些悲剧的发生。因此此课题的实现具有现实意义。1.3 课题预期成果本设计是以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为中心，软硬件相结合，设计一款非接触式测温语音播报器，主要完成非接触测温及语音报温等功能。本文重点介绍基于单片机的温度实时检测记录系统。它利用非接触式表面测温传感器，收集由人体发射出

19、的红外线，获取数字信号并输进单片机，由STC单片机以温度补偿的方式来实现温度值数字信号的转换并在LCD1602显示并且通过超温声光监测。本研究在现实意义中具有很高的价值，并且在未来的测温领域会有更大的发展空间。MCU的主控制器为单片机STC12C5A60S2，加上外围电源时钟电路、语音录放模块、LCD显示和红外测温传感器模块组成。STC12C5A60S2单片机完全兼容8051系列单片机，系统资源十分丰富，完全满足本系统设计需要。该方案利用LCD1602液晶屏对当前时间进行显示，并通过采用ISD系列语音芯片所组成的语音电路实现实时时间的语音播报。利用红外测温传感器，实现对温度的测量。利用非接触表

20、面温度传感器进行温度的采集。该传感器应用薄膜技术将多个具有热电效应的热电偶集成在硅底板上。热电偶冷端热端之间，由氮化硅膜的热吸收区分开，热端接收红外射线转化为热量。热电偶的热转换为成比例的电压进行输出。热敏电阻集成在传感器内部。用于测量环境温度，以实现温度的环境补偿作用。随着温度的变化。传感器的电阻值也会发生变化。本设计实现的非接触式测温语音播报器具有“一键播报”按键，可以实现对温度的实时测量并进行语音播报功能。系统软件部分由C语音编写，易读，可移植性好。本系统主要包括红外无接触测温模块、语音的收录播放模块、液晶显示模块、按键模块和电源模块等五部分组成。 第2章关键技术介绍2.1 红外的基本概

21、念红外线是不可见光，在1800年英国科学家 HYPERLINK /view/137366.htm t _blank 赫歇尔于发现红外热辐射的光学特质，他利用太阳光进行 HYPERLINK /view/91427.htm t _blank 三棱镜分解色带，分别在不同色带下面放置了温度计，旨在测量各色光带的加热效应。最终发现，放置在 HYPERLINK /view/383036.htm t _blank 红光外侧的温度计指数上升最快。最后得出结果：在太阳光谱中，存在着一个看不见的光，这是红外。也可以当作传输之媒介。太阳光谱中的红外线的波长比可见光长，波长为0.75 1000m。红外线可分为三种类别

22、，即近红外线的波长为（0.75-1）至 （2.5-3）m；中红外线的波长为（2.5-3）至（25-40）m； HYPERLINK /view/264788.htm t _blank 远红外线的波长为（25-40至l000m）。红外线的 HYPERLINK /view/1015.htm t _blank 电磁波波长介于可见光与微波之间的，它是一种波长比红光长的不可见光。包括室温带发射的热辐射。在透薄雾方面能力比可见光厉害。广泛应用于通信，检测，医疗，军事等方面。 俗称红外光。红外线辐射是自然界中广泛存在，自然界中的各种物质都会在常规情况下进行原子或者分子的无规则运动，同时不断对外进行热辐射，分子

23、和原子辐射的能量随着不断运动而增强，反之，辐射出来的能量也变小。一个在绝对零度以上的物体也会因为红外辐射的分子运动而增加温度。红外探测器在将物体辐射出来的功率信号转化成电信号后，成像装置就将物体的温度空间分布模拟出来，再通过电子系统进行处理，最后显示到显示屏上，与扫描物体表面热分布相应。使用这种方法，可以远程实现热状态的成像。2.2 非接触红外测温原理光电探测仪将红外聚焦能量转化为对应的电信号。信号在通过放大器和信号处理电路之后按照机器特定的运算处理规则之后进行校准，最后显示出温度值。此外，还应该考虑到目标温度和环境条件影响，必要是对影响因素进行排除或者纠正。所有的在绝对零度以上的物体都在对外

24、源源不断的进行红外辐射。物体的表面温度与红外辐射的能量、波长都有着很密切的联系。因此，监测物体发射出来的辐射能量值，就能体现物体的实际温度值，这是红外测温的最基础条件。黑体辐射的规律：黑体是辐射体中最理想的，它能吸收所有物体波长所辐射的能量，黑体表面的发射率仅仅为1，不会进行任何的能量发射和透射。当然自然界中其实并不存在真正意义上的黑体，但是科学家们为了弄清并且获得红外辐射的分布规则，就需要在理论研究中设想出一个合适的模型，即普朗克提出的量子化振子模型，以此得到了普朗克黑体辐射定律，包括关于辐射的波长的黑体光谱，这是所有的红外辐射的理论起点，所以称为黑体辐射定律。物体发射率对辐射测温的影响：自

25、然界现实存在的物体，跟黑体毫无关系。所有现实物体的辐射量不仅依赖于辐射的波长和物体的物理温度，还与物体的所含材料类别、制作的方法以及物体表面即时状态、环境条件等因素有联系。因此，为了使黑体辐射定律在所有实际物体中适用，就必须整理出一个与材料的性质及表面即时状态有关的一个特定系数，称为发射率。该发射率表示黑体的热辐射与自然物体辐射的相似程度，其阈值在0和1的数值中间。根据物体的辐射规则，在知道材料的发射率的情况下，就很容易计算出一切物体的红外辐射的特征。非接触式表面温度测温传感器应用微结构薄膜技术在硅底板上集成了许多个基于热电效应的热电偶。热电偶的热端和冷端之间用隔热的SiNx隔膜分隔，热端的吸

26、收区把接收的红外线转换成热量。热电偶则把热量成比例地转换成电压输出。传感器内部还集成了一个热敏电阻。用于测量环境温度，以实现温度的环境补偿作用。随着温度的变化。传感器的电阻值也会发生变化1。一般红外测温传感器的输出信号很微弱，为达到使用要求。采用运算放大器进行放大。该运放最低工作电压为2.5V。静态工作电流为50uA，在关断状态下工作电流最大值为0.5uA，因此红外测温具有低压、低耗、高精准的特点。2.3 红外测温的方法通过热辐射波长的测量来确定物体的辐射温度的方法称为全辐射测温法；通过物体在特定波长下测量单色辐射亮度来确定物体温度的方法称为亮度测温法；通过设定单色辐射对象的比例来确定两个波长

27、的温度的方法为比色测温法7。亮度测温法不需要环境温度的补偿，发射率的误差小，测温的精度也高，但由于只能在短波区工作，所以只适于在高温进行测量。比色测温法的光学系统可进行部分遮挡，受雾霾等环境的影响小，测温精度高，但每次使用前为了使波段的发射率相差不大必须去选择恰当的波段，使用麻烦。而本设计则选用全辐射测温法来测量物体的即时温度，全辐射测温法以所有波长范围内的总辐射为依据来确定温度，当然选用这种方法也是考虑目前中低温物体的波长比较大，而且辐射信号较弱，除此之外次设计成本较低也是选择此类设计方法的原因。第3章系统分析3.1 系统结构根据该系统的设计功能的要求，采用单片机软件系统进行红外温度测量系统

28、的设计，利用单片机的按键控制与单片机的自动控制能力，来实现温度的检测，显示，报警，传输；因此本系统的软件同样采取了模块式的设计方案，它把整个系统分成多个模块并分别予以解决，它包含主从控制器的单片机，非接触测温模块，键盘控制模块、蜂鸣器模块、LCD显示模块、语音模块、电源模块。单片机模块主要完成系统的初始化功能，温度的检测，串行口通信，键盘和显示等功能，其中系统初始化包括：液晶显示的初始化，信号传输的初始化；非接触测温模块包括：获取温度相关数据，计算温度值。键盘扫描模块 ：获取按键信息，处理按键请求等；显示模块：获取并处理相应的温度数据并显示出来；系统结构框图如图3.1所示。图3.1 系统结构框

29、图3.2 系统开发环境 操作系统： Window 7软件开发工具：Keil Vision4画图工具：Altium Designer Release 10硬件控制器：STC12C5A60S23.3 系统主要模块的选择（1）非接触测温模块 该系统采用的温度测量模块是台湾燃太TN901，TN901采用IR-SoC 技术(红外片上系统) 和批校验技术使得产品尺寸和成本达到了最低限。极低的成本。电池电压不超过9V的低电压技术。内部有温度补偿电路和线性处理电路，输出数字信号，它的响应速度快、精度高、稳定性好。（2）控制器模块STC12C5A60S2不仅与8051指令，引脚兼容，并且它内部程序存储器容量也很

30、大，此类单片机的内部就自带着60K 闪存,而这种工艺给使用客户提供了很大的方便，因为它可以以电的方式快速擦除和改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。很明显，开发这种单片机需要的设备要求很低，开发出来的时间也会缩短。此类单片机程序的编写也可加密，这样它可以很好地保护自己的劳动成果2。（3）显示模块为了使设计的产品显示信息更加直观，我们要选用显示功能更强大的液晶LCD，这种显示方式更有可读性，也更便捷的帮助人们读取数值。液晶LCD1602与同类显示屏相比有着明显的优点：低功耗，尺寸更小，携带方便，显示信息量大，字迹整齐，视觉舒适度高，更快捷地进行控制。（4）语音模块美国ISD公司推出了ISD

31、系列语音芯片3。该系列语音芯片采用更多的专利技术，比如说多电平直接模拟存储，声音也不需要经过A/D压缩、转换，对于每个采集数据直接储存至片内的闪存，中间就不会存在转换误差这样的问题，而语音效果也更加自然，干净。排除了一般固体录音电路压缩、量化造成的杂音的问题。（5）蜂鸣器蜂鸣器一般是一体式的结构，供电则采用直流电压，通常在 HYPERLINK /view/3314.htm t _blank 计算机、复印机、儿童玩具、报警器、电子设备、电话机、定时闹钟等电子产品进行应用。3.4 系统任务的可行性分析3.4.1 经济可行性采用单片机STC12C5A60S2系统的主控制器，目前市场价格在4元至6元之

32、间，非接触式温度测量模块采用了台湾燃太公司的TN901，经济价值约150元，显示部分的液晶LCD1602市场价格在13到15元左右， 通过上述的价格分析，本设计整体费用在200元上下，并且同时可以满足本设计的各项要求，可见在经济上具有可行性。3.4.2 技术可行性本系统所采用的关键技术包括语音模块，非接触测温模块的设计、蜂鸣器报警模块的驱动电路设计及各功能模块的主逻辑芯片的时序控制，我们可以通过网上收集和查阅相关的书籍去得到技术的具体使用说明与相关的设计文档，另外之前学习的数字电路，模拟电路，以及相关的单片机课程，都对本设计提供了扎实的技术理论基础。系统软件部分则由C语音编写，易读，可移植性好

33、。因此，本毕业设计使用的相关技术都是可行。第4章系统设计4.1 主CPU的选择对于非接触测温语音播报器而言，在设计中使用一款不仅价格便宜，而且接口资源丰富的CPU十分重要，对于本设计是非常重要的。单片机又称微控制器，或称嵌入式控制器。现在的智能家电无一例外是采用微控制器来实现的，所以家用电器是单片机应用最多的领域之一，单片机是家用电器实现智能化的大脑。由于家用电器体积小，故要求其控制器的体积更小以便能嵌入结构之中4。而家用电器品种多，功能差异也大，所以要求其控制器有灵活的控制功能。单片机以微小的体积和编程的灵活性等特点而产生多种控制功能，完全可以满足家用电器的需求。目前市场上较为流行的有意法半

34、导体公司生产的STM32系列单片机，德州仪器公司生产的MSP430系列，当然目前我们最为熟悉的就是51单片机。STM32系列单片机是32位的，相应的数据处理能力也得到很大的提升，但是程序较复杂，对于我们新手来说处理起来也太麻烦，所以不采用此芯片。第二种为德州仪器的MSP430，它又称为混合信号处理器，其为16位的，它虽然精简，低耗，但是由于价格昂贵，且不能在PROTUES环境中进行仿真。因此作为本次项目的设计也不是一款合适的单片机。最终我们采用STC12C5A60S2单片机作为本设计的核心芯片，STC12C5A60S2单片机完全兼容8051系列单片机，系统资源十分丰富，技术也相当的成熟，而且价

35、格低廉，能在PROTUES环境中进行仿真，对于我们新手来说很适用，因此选择此单片机完全满足本系统设计需要5。4.2 设计中涉及到重要器件介绍本设计中主要涉及到的主要器件有STC12C5A60S2单片机、红外测温模块、ISD4004语音芯片和LCD1602液晶显示器。（1）STC12C5A60S2系列单片机的介绍STC12C5A60S2是基于80C51高性能框架结构的处理器，是由STC单片机有限公司生产的单芯片微控制器。工作电压为5V，采用增强内核，一般在在16个时钟周期内执行指令，比标准的8051系列芯片快6倍以上，同时完全兼容传统的8501系列。在系统编程（ISP）和应用编程（IAP）方面支

36、持用户升级系统中的程序和数据。 ISP允许用户下载新的代码，去除不需要的程序得到自己想要的最终产品程序; IAP意味着该设备可以在闪存中的写入非指令关键字的数据，此外，STC12C5A60S2单片机内部集成了专用的复位电路MAX810（外部晶体在12M以下时，复位脚可将1K的电阻接地），外部设有高精度的时钟，可以通过外部振荡，获得高精度的时钟信号，同时内部时钟在要求不高时也可以使用。8路的高速A/D转化速度更可以高达250K每秒。所以本芯片在使用方面具有超高的性价比，比同类芯片具有更大的优势6。（2） LCD1602液晶介绍液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在嵌入式

37、应用系统中得到越来越广泛的应用，本设计中使用的LCD1602 液晶显示模块（其内部控制器为 HYPERLINK /stock_hd44780.html t _blank HD44780芯片），它可以显示两行，每行16 个字符，因此可相当于32 个LED HYPERLINK /product/file465.html t _blank 数码管，而且比数码管显示的信息还多。采用单+5V HYPERLINK /info/15.html t _blank 电源供电，外围电路配置简单，显示效果也很好。（3）ISD4004-8语音芯片ISD4004的ChipCorder系列芯片提供高品质语音功能，它的工作

38、电压为3伏，使用了单芯片记录/回放的解决方案，广泛应用于移动电话和其它便携式产品。基于CMOS的高密度多层闪存阵列工艺器件上包括了一个片上振荡器、抗混叠滤波器、平滑滤波器、音频放大器。ISD4004系列是以微处理器或微控制器为基础的而设计的系统8。地址和控制是通过串行外设接口（SPI）或Microwire串行接口来完成，以尽量减少引脚数量9。录音存储到片内的闪存单元，这样更便于客户随时进行擦写和改写。这种独特的单芯片解决方案利用新唐科技的多级存储专利技术。语音和音频信号很自然地被直接存储到存储器阵列中，以此保证了高品质语音的实现10。图4.1为芯片ISD4004的管脚图图 4.1 ISD400

39、4芯片管脚图4.3 系统硬件电路设计本系统硬件电路涉及到的主要模块包括单片机最小系统电路设计，液晶显示电路设计，语音模块以及非接触测温模块等组成。(1) 单片机最小系统电路设计单片机最小系统包括一个复位电路和一个时钟电路11。复位电路又分为上电复位电路和开关复位电路。我使用的复位是上电复位电路，如图4.1所示。时钟频繁率低于12MHZ时可以不用C1，而是R1接1K电阻到地，反正高于的时候，我们一般使用第二复位功能脚，可以不用C1，R1接到地。在使用内部振荡器时钟时，XTAL1与XTAL2都必须浮空，在使用外部有源晶振，时钟从XTAL1输入，XTAL2浮空。图4.2 STC12C5A60S2单片

40、机最小系统应用(2) 液晶显示电路设计LCD1602的显示电路如图4.3所示。管脚“1”为VSS，管脚“2”为电源正极，管脚3为液晶显示偏压信号，管脚“4”RS为寄存器选择，管脚 “5”为读写操作，管脚“6”为使能信号，管脚“7至14”为数据总线，管脚“15”为背光5V电源。管脚“16”为背光接地。图4.3 LCD1602电路原理图(3) 非接触测温模块的电路设计本设计使用的温度传感器探头是热释电红外线传感TN901，它能接收人体发射出的红外线并使之转化为数字信号。这种传感器内部集成了滤波、放大和数模转换的功能（如图4.4），主要使用的是SPI的协议流程，通过SCK和Data完成数据传输，它的

41、工作温度是-33220，特别适合测量人体的温度12。图4.4 非接触测温模块接口电路(4) ISD4004语音芯片录放电路在本设计中，ISD4004的语音播放录入功能对于实现本设计功能至关重要，如下面的4.5录放电路图所示，我们可以事先将代码烧入到芯片中，然后通过对语音的存储，实现对全数字语音播报功能的需求13。图4.5 ISD4004语音录放电路第5章系统实现5.1 系统完整电路图系统完整电路图如图5.1所示，包括语音模块，非接触温度传感器模块，蜂鸣器模块，LCD1602模块，按键模块，电源模块，串口通信模块等。图5.1 系统总电路图5.2系统PCB版图完整电路图如图5.3所示。该电路图的设

42、计适用于印制好的PCB板，为了节约成本和空间，我们使用的10*10的正方形尺寸，这也是目前最常用的尺寸之一。布线本着先难后易，主控模块优先的原则。使器件的布局具有良好电性能，通常连线关系比较密切的元器件要尽量放在一起，尤其对一些高速线，布局时就要使它尽可能地短14。在满足电路性能的前提下，还要考虑元器件摆放整齐、美观，便于测试等。本版图绘制通过软件Altium Designer 10来实现，在软件中我们先新建一个pcb project，加载数据库里面的器件库资料，并且通过原理图生成网络表对这些器件进行整体的移动和布局，然后标好元件值便于对元件进行自动标注（一般都是自上而下的顺序标注），在完成此

43、步骤之后我们开始对整个器件之间进行布线，连接时切忌绕线，搭线。最后我们要进行DRC校验，主要是为了检查有没有没布的线。图5.2 系统总PCB图5.3 软件流程图系统上电后，软件会对系统进行初始化，包括对各种变量初始化，LCD1602液晶显示初始，串口和定时器的设置初始化，有了这些初始化才能保证系统数据的可靠性和正确性15。软件控制流程图如图5.3所示。图5.3 软件控制流程图系统中包含按键对系统参数进行相关设置，非接触测温模块用于测量目标物温度，语音芯片的使用为了实现语音播报功能，LCD1602用于显示系统的当前进程、相关参数及系统状态。5.4 系统主要程序系统主要包括的程序是LCD1602液

44、晶显示的驱动程序、语音播报模块驱动程序、非接触测温程序以及按键设定程序。系统中较为复杂的是非接触测温程序、LCD1602部分驱动的设计和ISD语音模块的驱动程序设计。下面我们主要对些代码进行部分说明。5.4.1 TN901温度获取的主要驱动程序TN901采用SPI总线与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的温度相关信号16。下面的TN_IR_GetData()函数主要为TN901红外传感器获取目标温度数据测量的子程序，返回值为测量结果的出错标识，返回0为正确读出目标温度数据，具体代码如下：unsigned char TN_IR_GetData()unsigned char iI

45、tem,MSB,LSB;unsigned char Back_Data; /定义返回变量,返回0表示读出正确数据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; /取读到第一个字节数据delay();if(iItem=0 x4c) /判断第一个字节数据是否正确MSB = (TN_Data_Buff1); /取读到第二个字节数据LSB = (TN_Data_Bu

46、ff2); /取读到第三个字节数据if(TN_Data_Buff4 = 0 x0d) /判断是否读到结束标志iTemp = MSB*256 +LSB; /计算温度值，计算方法请参考红外测温模块iTemp = iTemp/16 - 273.15;Back_Data = 0; /返回变量赋0TN_IRACK_UN(); /Unable the TNreturn Back_Data; /返回Back_Data其中TN_ReadData()函数主要用于获取单次测温所需要的数据，将获取到的数据存在数组TN_Data_Buff中，在判断数组合法的情况下，对获取到的数据进行数据处理，进而求得温度，并将结果显

47、示到LCD1602上，如果温度超出预定值，则驱动蜂鸣器响进行报警提示。5.4.2 LCD1602主要驱动程序1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器一般为HD44780，带背光的比不带背光的厚，带背光、不带背光在应用中并无出入。它的主要技术参数如表5.1，图5.4所示。表5.1 1602内部控制指令图5.4 LCD1602读操作时序对LCD1602进行初始化程序如下：void Init_LCD1602(void) /初始化子函数write_cmd(0 x38); / 16*2显示，5*7点阵，8位数据接口0 x38指令6delayMS(100);write_cmd(0 x0C); /

48、显示器开、光标开、光标允许闪烁0 x0C指令4delayMS(100);write_cmd(0 x06); / 文字不动，光标自动右移指令3delayMS(100);write_cmd(0 x01);delayMS(100);下面是写入命令的程序。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语音主要驱动程序语音播放与录入的时候。写入数据1至9分别对应汉语一到九,10为十，11为点，12为摄氏度，13为当

49、前温度。语音模块有6个键，按6读报当前温度，按键1，为录制第一段，按键2，读报当前第一段录音，按键三确定第一段录音存入，按键4，再次读报确认录音，在完成1只4键的顺序，第一段录音完成，依次进行第二至十三段的录音录入17。void PLAY_one(unsigned int add_sect)PLAY_now(add_sect); /放第一段while(ISD_INT=1); /当前段放音结束ISD_Stop(); /放音完毕，发送 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);/当前温度为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启动定时器

51、/计数器1EA = 1; /Open master interrupt switchwhile(1)if(KEY1=0)REC_now(m); /录第一段m+; if(m=5) m = 0; while(KEY1=0);ISD_Stop(); /发送停止命令 ISD_StopWRDN(); if(KEY2=0)PLAY_now(j); /放第一段j+;if(j=5) j = 0;while(KEY2=0);ISD_Stop(); /放音完毕，发送 stop 指令 ISD_StopWRDN(); 第6章系统测试在完成本设计所有功能之后，我们需要对本系统的软硬件都要进行完整的测试。来保证所有功能的

52、实现。软件代码测试主要测试代码是完成本设计所需的相应功能，而硬件测试则主要测试代码在器件上性能完成的情况。6.1 系统软件调试 软件代码的修改调试主要通过Keil uVision4软件来进行，通过对编写过程中出现的语法错误的纠正之后再次生成代码源文件，通过DOWNLOAD按键烧到STC12C5A60S2。经过反复修改并生成最新的编译文件，会使错误接近于零18。进行系统软件调试，可以依次按静态检查和动态检查两步来进行。在自己草稿上编写完代码后，为了使编写代码更加通俗易懂，且有理有条，我们需要依次从头到尾人工审查一遍，将代码结构化的，当然我们也可以尽可能多的加备注，使最终的代码文件条理清晰。同时也

53、方便我们对后续工作进行调整梳理。人工检查完之后，如无问题，便可进行上软件调试。我们使用Keil uVision4进行编译完成后，我们可以得到代码相关的语法错误，我们只需要依次对提示的问题就行修改就行，这也需要我们对提示错误信息的真题把握。有时提示出来的不一定能帮主我们能直接明了的得到错误的原因。在软件调试过程中，我们同样需要分别对语音模块，主控制器模块，LCD显示模块的代码进行验证。等每个模块调整完毕后，我们就可以对系统整体软件部分整合起来检查，这样虽然较为麻烦，但是结果更加明确，修改方向也更为正确。通过以上不同阶段的测试，初始状态、进入系统测试、各传感器灵敏度测试功能的测试，所有功能都达到预

54、期的设想。6.2 系统硬件调试所用仪器：示波器，数字万用表，电烙铁，剪刀，剥线钳，镊子，吸锡器等。（1）焊接与调试过程调试系统板方面：1.开始电路不工作，用万用表检查之后发现有几处发生虚焊，补焊后部件正常。2.接上电源开关后后液晶无法正常显示。导致此问题的原因是：由于刚开始的时候使用程序不够完善，而且整个电路板需要尽可能减少跳线情况。重新整理电路板的线路布局后显示正常。3.刚开始时无法测量温度，然后经过查阅资料及向老师同学请教，发现原来是对红外模组的时序理解错了，最后进行了改正。（2）测温系统的误差分析由于红外测系统是非接触性的测量，这样在实际测量中会发生各种误差。测温范围越窄,精度就越高19

55、。反之，其测温精度也就降低，尤其在低端测温，影响红外测温的因素如下：1.辐射率，辐射率是描述一个物体相对于黑体辐射能力大小的物理量,红外测温系统从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的辐射率成正比,不同物质的辐射率是不同的。2.距离，测温系统到目标的距离对精确度有很大的影响。3.传感器本身也会对测温结果造成影响20。（3）系统性能分析经过反复的调试，本测温系统取得了很好的效果，如表6.1所示。表6.1 接触式和非接触式的温度比较表接触式目标温度/C36.5036.8537.0737.3036.80环境温度/C12.5018.8018.8111.0511.05非接触式目标温度/C36.8236.7

56、237.4537.0237.06环境温度/C12.4319.3218.5111.1111.13本设计能够较精确的完成测温功能，在固定了传感器与被测人体的距离后，误差实现0.6C左右；(4) 如何减小误差1.在体温测量前，需先打开测温系统一段时间，让其适应周围的环境，根究调试经验，如果一开始就通电测量体温，会造成很大的误差，主要是本测温系统也会辐射红外线，刚开始时也会有一些发热，所以影响测温结果。2.由于超出一定距离后，距测温目标越远，辐射越弱，故需拟合测温曲线以补偿。6.3 本章小结通过对本系统的软硬件系统测试，我们发现本系统功能基本能实现，但受限于硬件的原因，以及本人在此方面的相关知识的缺失

57、，本设计的测温方面还或多或少存在些问题，不能够在一定范围内移动测量，只能够把红外传感器固定，人与传感器的距离固定，才能够测出较准确的数据。这会在后面的学习中慢慢的改进。第7章结论 从去年十一月份开始进行选题到限制完成已经差不多4个月了，在这段时间里，通以网络收集资料，去图书馆查阅相关图书为基础，自己去认真学习并且琢磨。大致上已经明白了单片机最基础的软硬件设计、非接触式红外测温方式及原理并且能实现ISD系列芯片的使用， 最重要的是，在此次设计期间，虽然自己走了不少弯路，但是收获却总比失去的多，给自己的人生经历中增加了很多趣味和经验，在遇到困难时，更要坚定信心去解决，当然同学和老师的帮助让我受益匪

58、浅。 在选题初期，我们可以说是一头雾水，没有思路，之后在老师的指导下，我们发现其实这些单片机方向里面，可以有很多的创新，而且如果想法实现了，也是非常有乐趣的，刚开始我想到了冬天大家最需要的电热毯，想设计一款能自动调节温度且能够在温度达到要求时，自动切断电源的电热毯，之后在与老师沟通之后，我发现虽然实现起来很简单，但是产品出来演示的话还是存在困难，于是放弃了，在一次偶然之间看到电视上播放新闻，讲解到一所幼儿园给学生测量体温，发现给一大群学生测温不仅在时间还有消耗人力资源方面还是太大了，我就想如果设计一款区别于传统水银温度计的测温器件，那样子就能省时省力，于是红外测温的方案进入我的实现，在之后的反

59、复考证之后，我添加了语音播报温度的功能，因为现实中，还有很多老人，因为视力下降，看显示屏也不是很方便，于是在之前基础之上，我又添加了语音播报温度的功能。在与老师沟通之后，最终确定了非接触式测温语音播报器的设计方向。之后，在确定论题阶段，这个阶段主要是翻译外文文献，写课题申报表和开题报告的基础性工作。在翻译外文阶段，也是遇到了很大的麻烦，对于我来说，翻译整片外文，还是非常有难度的，经常遇到解释不清的关键单词，当然有些可以通过查阅英文词典或者网络翻译，解决部分，但是有些必须是结合文章整体配合自己的相关专业知识，用最实际最清楚的汉语描述出来，在这方面还是遇到空前的难题，最后在跟同学讨论之后也成功解决

60、了。最后，在实物的设计和调试阶段方面，虽然也遇到了问题，但是利用之前所学的专业知识和网上查阅资料还是很方便的解决软硬件方面遇到的技术难题，当然在设计主要模块的驱动程序方面耗时还是很多的，在TN901无线测温模块遇到的困难也是最多的，设计也比较繁琐。自己也总结出来虽然理论是设计基础，但是在实践过程中还是不易的，外在因素很多，最重要的是在实践中获得的深刻经历，为以后再工作中提供了很大的参考和警示。当然，这件实物产品也是本人的第一次独立且完整的来实现，所以不管软硬件方面还是存在或多缺陷和不足。但总的看来，基本实现之前预想规划的红外无线测温播报器的主要功能。参考文献1高丽红外测温仪的选用方法J，山西科