基于单片机设计与实现的电子体温计.doc

1、湖北工业大学商贸学院毕业设计摘 要体温是人体健康的一个很重要的指标，体温过高或过低都是身体健康异常的信号。传统的测试体温方法，一般是用水银体温计测量体温，水银体温计测量固然十分准确，但是响应时间长，而且会造成环境的严重污染。随着科技的发展，单片机已经广泛的应用到了物理实验、医疗卫生、食品生产各个领域。本文设计一种基于单片机设计和实现的电子体温计。本设计分为硬件设计和软件设计两个部分，其中硬件设计部分主要包括温度采集电路、显示电路、报警电路，软件设计部分用 KEIL 作为编程软件，使用 C 语言进行编程。本设计采用传感器 DS18B20 采集人体的温度，经过模数转换后的电信号传输到 51 单片机

2、，最后再传输到 LCD 液晶显示器显示。该电子体温计响应时间短，工作稳定，读数方便，测量精度高，当超过人体体温正常值是会发出蜂鸣警报声。并且其中不含汞，不会对环境造成污染，在家庭、医院等场合都能得到广泛应用。关 键 词 ： 电 子 体 温 计 51 单 片 机 DS18B20 LCD湖北工业大学商贸学院毕业设计IAbstractTemperature is one of the most important indexes of human health, it is too high or too low signal a health exception. Temperature meas

3、urement method of traditional, is generally measured body temperature with a mercury thermometer, Mercury thermometer to measure is very accurate, but the long response time, and will cause serious pollution of the environment. With the development of science and technology, MCU has been widely appl

4、ied to physics experiments, medical and health, food production in various fields.This paper design a kind of electronic temperature meter based on 51 single chip microcomputer.The design is divided into two parts: hardware design and software design, the hardware design mainly includes temperature

5、acquisition circuit, display circuit, alarm circuit and keyboard control circuit, the part of software design uses KEIL as programming software , using C programming language. With sensor DS18B20 collecting temperature of human body, after it transfers to the analog to digital converter, the electri

6、cal signal will be transfer to a 51 single chip microcomputer, then transfer to the LCD liquid crystal display. The electronic thermometer with short response time, stable work, convenient reading, high measuring accuracy, when more than the normal human body temperature, it will sound a buzzer alar

7、m. And which does not contain mercury, harmless to the human body and the surrounding environment, particularly suitable for families, hospitals and other occasions.Keyword: Electronic thermometer 51 single chip microcomputer DS18B20 LCD湖北工业大学商贸学院毕业设计II目 录摘 要 .IABSTRACT .II目 录 .III引 言 .11 设计任务及方案分析

8、.21.1 设计任务及要求 .21.2 设计总体方案及方案论证 .21.3 体温测量的方案与分析 .31.3.1 元件的选择 .31.3.2 总体结构框图 .41.3.3 测温流程图 .42 主要元器件功能的介绍 .52.1 单片机 .52.1.1 AT89C52 芯片简介 .52.1.2 AT89C52 的引脚功能介绍 .62.1.3 AT89C52 的特殊功能 .82.1.4 AT89C52 的数据存储 .82.1.5 AT89C52 的中断 .82.1.6 AT89C52 的两种工作模式 .92.2 温度传感器 .102.2.1 DS18B20 简介 .102.2.2 DS18B20 的

9、引脚说明 .102.2.3 DS18B20 的测温原理 .112.2.4 DS18B20 的外形和内部结构 .112.2.5 DS18B20 的应用电路 .122.2.6 使用 DS18B20 的注意事项 .132.3 LCD1602 .152.3.1 LCD1602 液晶的介绍 .152.3.2 LCD1602 液晶的引脚功能简介 .152.3.3 LCD1602 液晶的操作控制 .162.3.4 LCD1602 液晶的指令集 .173 系统硬件电路的设计 .203.1 硬件总体设计思路 .203.2 单片机时钟电路与复位电路的设计 .203.2.1 时钟电路设计 .203.2.2 复位电路

10、设计 .213.3 温度传感器模块 .213.4 液晶显示模块 .21湖北工业大学商贸学院毕业设计III3.5 报警电路模块 .244 系统软件设计 .254.1 软件 KEIL 和 PROTEUS 的简单介绍 .254.1.1 软件 Keil 简介 .254.1.2 软件 Proteus 简介 .254.2 系统程序的编写 .264.2.1 系统主程序 .264.2.2 温度传感器初始化 .274.2.3 温度转换命令子程序 .274.2.4 温度数据的计算方法 .284.3 源代码 .285 性能测试与分析 .28结 束 语 .30参 考 文 献 .31致 谢 .32附 录 .33湖北工业

11、大学商贸学院毕业设计0引 言早 在 16 世 纪 ， 伽 利 略 就 发 明 了 水 银 体 温 计 ， 但 是 由 于 各 种 原 因 ， 直到 300 年后才设计出使用方便、性能可靠的体温计。当水银受热膨胀时，它会沿着玻璃管上升，即使微小的温度变化也能够引起水银大幅度的上升，当水银的温度和被测皮肤温度相同时，水银停止上升，此时便可读取温度值了。测量完成后，还需有力甩体温计，使水银回到玻璃球，方能继续测量体温。在此之后，人们也陆陆续续的发明了各式各样的体温计，1714 年，加布里埃尔华伦海特研制了在水的冰点和人的体温范围内设定刻度的水银体温计，最终因为体积过大而未被医生们所接纳，1868 年

12、，当时体温计的体积依旧过大，测量体温大概要花 20 分钟。水银体温计测量精度高，便于携带，各方面都已经非常成熟了，人们也就没有再研发其他种类的体温计，但随着工业发展的步伐加快，环境遭到了严重的破坏，环境保护俨然迫在眉睫，促使人们开发出对环境无害的电子体温计。计算机的发展十分迅速，短短几十年就已经普及到我们生活、工作等各个领域，我们的生活因此得到了极大的便利。近些年来，微型计算机（单片机）的发展与应用更是在数码家电产品中引发了一场革命。鉴于单片机的强大功能，具有可编程性，体积小，价格低廉，人们开发出了基于单片机控制的电子体温计。本文介绍一种基于 51 单片机控制的电子体温计，由温度传感器 DS1

13、8B20 负责温度的采集和模数转换，单片机将采集到的温度经过转换，最后在 LCD 上显示出温度值，当被测皮肤温度高于预定温度时，会发出蜂鸣警报声。此设计的关键是编程，从而实现温度的采集、转换、显示、上下温度报警，结构比较简单，易于实现。与传统水银体温计相比，电子体温计采集温度的能力更强，响应时间短，测量精度高，更安全，不必担心因为水银泄漏而造成的人体伤害和环境污染。湖北工业大学商贸学院毕业设计11 设计任务及方案分析1.1 设计任务及要求本设计是以 51 单片机为核心设计的电子体温计。其中数字温度传感器和单片机相连，对其采集到的温度电信号进行滤波和放大，然后把温度的标准电信号经过 A/D 转换

14、，最终得到测量的温度值并用液晶显示器显示出来。设计出的电子体温计在功能上应达到以下要求。(1）体温计的测量范围为 0C50C，显示精度为 0.1C。（2）当温度高于 37C 或低于 32C 时，LED 亮，达到警报的目的。（3）用液晶显示器显示出温度值。1.2 设计总体方案及方案论证随着生活水平的不断提高，人们对体温计的要求越来越高，例如要求体温计响应时间短，测量准确。传统的测温元件一般是热电偶，是通过将采集到的电压转换相应的温度，这不仅需要很多繁琐的硬件支持，而且调试起来非常复杂，应用起来需要大笔的花销。DS10B20 作为常用的温度传感器，具有精度高，抗干扰能力强，成本低廉，体积小等特点。

15、该传感器具有独特的单线接口方式，只需要和单片机连接一条线即可实现单片机与传感器的双向通讯，并且在使用过程中不需要外接任何元件，因此它的硬件电路比较简单。其测量范围是 0C50C，固有误差 1C，可以满足本次设计的要求。工作电压是 3.05.5V/DC,适用于小电源工作电路。故采用温度传感器 DS18B20 作为本次设计系统中的温度检测元件。根据设计要求，整个系统有 5 个部分构成：单片机 AT89C52，数码管显示电路，键盘控制电路，报警电路，温度传感器。方案设计的目的是为了使软件编程更为简单，测量精度更高，实现起来更加容易，测温范围更广。1.3 体温测量的方案与分析1.3.1 元件的选择本次

16、设计所采用的测温元件是温度传感器 DS18B20，DS18B20 数字温度传感湖北工业大学商贸学院毕业设计2器接线方便，因此硬件电路比较简单，成本低，在管道式，螺纹式等多种场合都比较适用，该传感器有多种型号，如 LTM8874，LTM8877 等。其封装形式多样，不同的应用场合下其外观也不同。封装后的 DS18B20 在农业大棚测温上可以得到应用，电缆沟温度测量，机房温度测量，高炉水循环温度测量，洁净室温度测量等各种非极限温度场合。使用便捷，所占空间小，适用于各种狭小空间中的数字温度测量和控制领域。单片机 AT89C52 属于 51 系列单片机，它能够和计算机进行通讯，完成数据的传输，还能够独

17、立控制多点 DS18B20 的工作，它安装起来比较方便，体积也小，硬件的实现也比较容易，最关键的是，针对 51 系列单片机的软件编程自由度很大，大多数的逻辑控制和算术算法都可以通过软件编程实现。为了使显示更加清晰，本次设计的显示电路所采用的是串口显示，这样做是为了减少使用的资源。该系统使用 LCD1602 液晶显示数码管构成显示电路，从 P3 口 TXD，RXD 串口输出段码。该系统之所以使用单片机 AT89C52 控制 DS18B20 温度传感器测量温度并使温度值在液晶显示器上显示，是因为这样的系统会有很强的扩展性、能够根据实际需求设置上下限报警温度值、测量温度的响应时间短。为了使在处理数据

18、的同时显示时间，可以在系统设计中使用时钟芯片来获取时间的数据。某些时间点的温度数据可以存储在单片机 AT89C52 中，此时单片机 AT89C52 俨然成为了一个存储元器件。键盘的作用是温度查询与调时，测得的温度数据能够通过PC 机的接口和单片机 AT89C52 进行串口通讯，使温度数据的采集与整理变得格外方便。湖北工业大学商贸学院毕业设计31.3.2 总体结构框图温度传感器 DS18B20 负责采集温度，采集到的温度信号传输给单片机AT89C52，单片机再将输出信号传输给数码管显示电路，如果超过预定值，单片机还会发送信号给警报电路，蜂鸣器会发出警报声。按键电路（连个按键）和主控制器相连。图

19、1.1 电子体温计的系统总体结构框图1.3.3 测温流程图图 1.2 测温流程图湖北工业大学商贸学院毕业设计42 主要元器件功能的介绍2.1 单片机2.1.1 AT89C52 芯片简介本次设计所采用的主控制器是 AT89C52，它是由 ATMEL 公司生产的，生产过程中使用非易失性、高密度技术，使得其性能十分稳定。AT89C52 是一个 8位单片机，具有高性能、低电压的特点。片内含有 256 字节的 RAM(随机存取数据存储器）和 8 KB 的可反复擦写的 FLASH ROM(只读程序存储器)，最多可擦写1000 次。AT89C52 兼容 MCS-51 指令系统，因此对于单片机初学者来说是一个

20、不错的入门级学习工具。AT89C52 是 AT89C51 的增强型，AT89C52 较之AT89C51,RAM 空间更大，AT89C51 的 RAM 空间只有 AT89C52 的一半；FLASH 更大，AT89C51 内部的 FLASH ROM 的容量只有 4 KB；中断源更多，AT89C52 在 AT89C51的基础上增加了一个定时器/计数器 T2。图 2.1 单片机的引脚排列图湖北工业大学商贸学院毕业设计5该单片机体积较小，允许低电压供电，只需要两个端口就能满足设计电子体温计系统的需求，因此它可以用两节电池供电。 2.1.2 AT89C52 的引脚功能介绍（1）P0 口：P0 口也可以说是

21、地址/数据总线复用口，它是一组漏极开路型双向 I/O 口，有 8 位。当对 P0 端口写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在作为输出口使用时，其输出缓冲级可驱动 8 个 TTL 逻辑门电路。程序校验时，输出指令，校验时，要求外接上拉电阻。 ，而在 Flash 编程时，P0 端口接收指令。（2）P1 口：P1 的每位能输出电流能驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。它一个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，共 8 位，在作为输入口用时，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流，这是因为其内部有上拉电阻存在。当对端口 P1 写“1”时，现在 P1 可当做输入口，这是因为内部上拉电阻将端口拉到高电平。AT89C52 的 P1.0 与 P1.1 还能够分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入和输出，因此总的来说，AT89C52 是 AT89C51 的增强型。图 2.2 P1.0 和 P1.1 口的附加功能