单片机控制的电子体温计Word格式文档下载.docx
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还有一种是不接触式，红外测温法就是代表。
这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。
红外温度仪表可用于很宽温度范围的测温，从－50℃直至高于3000℃。
在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温（0℃~100℃）范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。
红外测温具有不少优点：
与被测对象不接触，在测体温时不会造成不必要的感染；
测温速度快，速通常测量时间小于1s，一般不会超过2s。
因此十分适合于在SARS预防检测中应用。
不过它的缺点也不少，红外温度检测仪测量的是额头表面的温度，体表温度不仅跟人体温度相关，而且受环境温度、湿度、气流、体表下血液循环和导热状况、以及表面换热条件的影响，致使现有的各种红外测温仪在测量人体温度时出现较大的测量误差，不容易测出被测对象实际温度。
另外，仪表本身准确度不如接触式的医用温度计，通常不会优于0.2℃。
还有仪表本身比较复杂，使用也比接触式医用温度计复杂，使用者要经一定培训才能正确使用。
由于此类体温计的价格较高，所以并不能深入到普通百姓的生活中。
基于以上几点，此次设计的电子体温计是采用接触式测温法。
体温计采用AT89S52作为核心器件实现对系统的自动控制，并且采用双单片机结构。
外界温度通过温度传感器采集，温度的变化转换为线性电压信号，再经由OP07构成高精度低温漂的放大电路处理后，作为A/D芯片的模拟输入信号，由A／D转换，得到8位的数字信号送入单片机1（AT89S52）。
单片机1将采集到温度值在LED数码管上显示出来，通过与单片机2的通信将温度信号传到单片机2（AT89S52）。
此外温度预制，报警电路模块功能也由单片机1完成。
单片机2完成温度值的语音播放功能。
2.2控制方案的选择
2.2.1温度传感器的选择
温度传感器有四种主要类型：
热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器（RTD）和IC温度传感器。
IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。
热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从－200℃到2000℃。
它们的特点是：
低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。
另外，热电偶需要外部参考端。
热电偶一般体积较大，使用不方便，价格相对较高。
作为一个电子体温计的温度传感器，要求体积小，使用方便，便于携带，故此方案不合适。
RTD精度极高且具有中等线性度。
它们特别稳定，并有许多种配置。
它们的最高工作温度能达到400℃左右。
它们也有很大的TC，且价格昂贵（是热电偶的4～10倍），并且需要一个外部参考源。
基于这些特点，RTD也不适合用于此体温计。
模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度（如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出）、低成本、高精度（大约1%）、小尺寸和高分辨率。
它们的温度范围有限（－55℃～＋150℃），并且需要一个外部参考源。
数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢（100ms数量级）。
虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。
与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有诸多优点如：
高线性、精度高、灵敏度高、体积小、使用方便、低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量，所以此次采用集成温度传感器。
根据实验室现有材料可选取AD590。
AD590的测温范围为-55℃～+150℃，能满足本设计的0℃～50℃测量要求。
根据相关技术资料：
AD590线性电流输出为1
A/K,正比于绝对温度；
AD590的电源电压范围为4V～30V，并可承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
该方案能完全满足此设计的要求，故采用此方案。
2.2.2A／D转换器的选择
常用A/D转换芯片有很多，AD574是其中的一种。
它是一种低功耗、低电压的完整的l2位逐次逼近型带三态缓冲器的A/D转换器，最大非线性误差小于1LSB，转换时间9μS，工作电压为+2.7～+5.5V，AD574与单片机接口的实现有两种选择，一是使用普通端口，利用程序实现串行输入。
另一种则是直接使用串行接口。
AD574精度高，但与8位的单片机接口较复杂，且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量，其响应时间的要求不高。
故不选用此芯片。
ICL7135也是常用的A/D转换芯片。
它是一种四位半的双积分A/D转换器，具有精度高（精度相当于14位二进制数）、价格低廉、抗干扰能力强等优点。
这类芯片比较适合于低速测量仪器，适用于精度高，速度要求不高的系统设计中。
ICL7135的输出为动态扫描BCD码，与单片机的接口较复杂。
且它的满量程输入为2V电压，如在本设计中使用要进行衰减，较难保证转换精度。
还有一种是选用ADC0809。
ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚双列直插式封装，片内除数A/D转换部分还有多路模拟开关部分。
ADC0809数字量是8位，转换时间为100μs，输入模拟电压为单极性的0－5V。
由于本设计的要求精度不是很高，ADC0809可以达到要求，故最终选用此方案。
2.2.3语音提示模块
方案有两种，一种是通过A/D转换器、单片机，存储器，D\A转换器实现声音信号的采样、处理、存储和实现。
首先将声音信号放大，通过AD转换器采样将语音模拟信号转换成数字信号，并由单片机和处理存放到存储器中，实现录音操作。
在录、放音过程中由单片机控制D/A转换器，将存储器中的数据转化成声音信号。
此方案安装调试复杂，集成度低。
还有一种是采用ISD2560语音录放集成电路。
这是一种永久记忆型语音录放电路，它具有抗断电、音质好，使用方便等优点。
录音时间为60S，可重复录放10万次。
该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样值可直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。
此外，ISD2560还省去了A/D和D/A转换器。
其集成度较高，内部包括前置放大器、内部时钟、定时器、采样时钟、滤波器、自动增益控制、逻辑控制、模拟收发器、解码器和480K字节的EEPROM。
ISD2560内部EEPROM存储单元均匀分为600行，有600个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每一个地址单元的地址分辨率为100ms。
ISD2560可不分段，也可按最小段长为单位来任意组合分段。
因此，选择ISD2560语音录放集成电路。
2.3总体方案设计
根据题目要求，将系统分为若干模块，以单片机为核心，完成多项功能。
图1系统框图
系统框图如图1，温度传感器AD590把采集的外部温度信号转换成相应的电压，再经过OP07运放放大后作为ADC0809的模拟输入信号，ADC0809将此模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到单片机1。
单片机1把这些信号处理后通过LED数码管显示出来。
同时单片机1还处理按键、报警模块。
单片机1把温度值通过串行通信传送给单片机2，控制语音芯片报出相对应的温度值。
2.主要电路的设计与参数计算
3.1电源电路模块
图2电源电路图
如图2所示，220V交流电经变压器市降压、桥式整流、电容滤波后由7812、7805、7905三端集成稳压管分别得到＋12V、+5V、-5V电压。
给整个电路供电。
7805三端集成稳压管简介
7805系列为三端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。
内含过流、过热和过载保护电路。
带散热片时，输出电流可达1A。
虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。
7805三端集成稳压管主要特点：
●输出电流可达1A
●输出电压有：
5V
●过热保护
●短路保护
●输出晶体管SOA保护
7805三端集成稳压管极限值（Ta=25℃）：
●输入电压（VO=5~18V）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35V
●热阻（结到壳）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5℃/W
●热阻（结到空气）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65℃/W
●工作结温范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯0~125℃
●贮存温度范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-65~150℃
3.2温度检测、放大模块
图3AD590温度检测、放大电路图
如图3所示，温度检测、放大电路主要器件的作用：
OP1:
电压跟随器；
OP2：
OP3：
差分放大电路；
AD590：
温度传感器；
SVR：
零位调整。
AD590当温度增加1℃时，其输出电流会增加1μA。
即AD590的温度系数为1μA/℃。
所以在T（℃）时的电流I1（T）为
，而温度每变化1℃时，V2的电压变化是为
，表示温度每增加1℃，V2会增加10mV。
在0℃时V2就已经有电压存在，其值为
，则T（℃）时
，
。
如图3所示，OP3组成差动放大器，电压增益为
零位调整SVR1则用于抵补0℃的电压值，由差动放大器的公式
可得知，若调整SVR1使V1的电压为2.732V，则0℃时，差动放大器的输出VO为0V。
也就是说，若温度是在0℃至50℃之间，则差动放大器的输出电压是在0V至5V之间，亦即每0.1V的输出代表温度上升1℃。
与设计要求相符合。
OP07简介
●工作电压Max.（V）:
36
●工作电压Min.（V）:
6
●每通道IQ（典型值）（mA）:
5
●带宽GBW（典型值）（MHz）:
0.600
●转换速率（典型值）（V/us）:
0.300
●输入失调电压（25℃）（Max.）（mV）:
0.150
●失调漂移（典型值）（uV/℃）:
0.500
●输入偏置电（Max.）（pA）:
7000
●共模抑制比（Min.）（dB）:
100
●噪声电压（典型值）:
9.800
●单电源供电:
No
●满幅:
●封装/温度（℃）:
PDIP-8/0~70
●描述:
精密,低噪声运放
OP07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。
可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大，尤其适应于宇航、军工及要求微型化、高可靠的精密仪器仪表中。
OP07的引脚图见图4。
图4OP07的引脚图
AD590简介
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。
它的主要特性如下：
●流过器件的电流（A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：
式中：
—流过器件（AD590）的电流，单位为A；
T—热力学温度，单位为K。
●AD590的测温范围为-55℃～+150℃。
●AD590的电源电压范围为4V～30V。
电源电压可在4V~6V范围变化，电流
变化1A，相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
●输出电阻为710M。
●精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±
0.3℃。
●良好的隔离性。
AD590的封装与等效电路如图5所示，是TO-52型金属外壳包装。
他是两端子的半导体温度感测组件，另有一端子是外壳接脚，可接地以减少噪声干扰。
AD590如同一个随温度而改变输出电流的定电流源，输出电流与外壳的开氏（K）温度成正比。
开氏温度与摄氏温度的单位相等，0℃等于273.2K，100℃等于373.2K。
当温度为0℃时，AD590的输出电流是273.2μA。
而温度为100℃时，输出电流是373.2μA。
温度每升高1℃，输出电流增加1μA，及温度系数为1μA/℃。
图5AD590封装与等效电路图
2.3A/D转换模块
图6A/D转换电路图
如图6：
ADC0809把从放大电路传送过来的模拟信号转变成数字信号，并行传送给单片机的P0口，让单片机处理。
A/D转换器芯片ADC0809简介
8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。
图7ADC0809引脚图
ADC0809的内部逻辑结构图如图8所示。
图8ADC0809内部逻辑结构
图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。
地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表1为通道选择表。
表1通道选择表
ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：
IN7～IN0——模拟量输入通道。
ALE——地址锁存允许信号。
对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START——转换启动信号。
START上升沿时，复位ADC0809；
START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；
在A/D转换期间，START应保持低电平。
本信号有时简写为ST。
A、B、C——地址线。
通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。
其地址状态与通道对应关系见表1。
CLK——时钟信号。
ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。
通常使用频率为500KHz的时钟信号。
EOC——转换结束信号。
EOC=0,正在进行转换；
EOC=1,转换结束。
使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
D7～D0——数据输出线。
为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。
D0为最低位，D7为最高。
OE——输出允许信号。
用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE=0，输出数据线呈高阻；
OE=1，输出转换得到的数据。
Vcc——+5V电源。
Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。
其典型值为+5V（Vref（+）=+5V,Vref（-）=-5V）。
3.4温度设置、显示及报警电路模块
图9温度设置、显示及报警电路图
如图9：
通过按键可以事先设定报警温度值。
由P1口输出段选码，P3.5、P3.6和P3.7口输出位选码来驱动数码管发亮。
由于3位LED所有段选皆由一个8位I/O口控制，因此在每一瞬间，3位LED会显示相同的字符。
要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。
在此瞬间，段选控制I/O口输出相应的字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为LED为共阴，故应送低电平），以保证该位显示相应的字符。
如此轮流，使每位分时显示该位应显示的字符。
当显示的温度值超过设定的温度值时，单片机就会从INT0脚发出一连串脉冲，驱动蜂鸣器发出报警声。
3.5串行通信模块
图10串行通信电路图
如图10所示，单片机1把温度值发送数据到单片机2,单片机2接收数据并控制语音芯片报出当前的温度值。
单片机的基本通信方式有两种：
并行通信和串行通信。
并行通信是指数据的各位同时进行传送的通信方式。
其优点是传送速度高；
缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。
例如，89S51单片机与打印机之间的数据传送就属于并行通信。
串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。
它的突出优点是只需一对传输线，这样就大大降低了传送成本。
此次设计的电子体温计是采取串行通信方式。
而串行通信的传送方式通常有3种：
单向（或单工）配置，只允许数据向一个方向传送；
半双向（或半双工）配置，允许数据向两个方向中的任一方向传送，但每次只能有一个站点发送；
全双向（或全双工）配置，允许同时双向传送数据，因此，全双工配置是一对单向配置，它要求两端的通信设备都具有完整和独立的发送和接收能力。
此次设计的电子体温计是采取单工方式。
AT89S52简介
主要性能
●与MCS-51单片机产品兼容
●8K字节在系统可编程Flash存储器
●1000次擦写周期
●全静态操作：
0Hz～33Hz
●三级加密程序存储器
●32个可编程I/O口线
●三个16位定时器/计数器
●八个中断源
●全双工UART串行通道
●低功耗空闲和掉电模式
●掉电后中断可唤醒
●看门狗定时器
●双数据指针
●掉电标识符
功能特性描述
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器（见图11），具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，两个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
图1189S52引脚结构
3.6语音播放模块
图12录音、放音电路图
语音播放模块如图12所示。
主要由单片机AT89S52与语音芯片ISD2560组成。
3.6.1录音、放音简介
如图12所示，首先通过麦克风向语音芯片ISD2560录入“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10，点，度”等音符。
当单片机2接收到单片机串行发送过来的温度值时，就会自动地去寻找相对应音符的地址，并把这些音符通过扬声器播放出来。
3.6.2ISD2560简介
ISD2560为28脚的DIP器件封装，如图13。
图13ISD2560管脚图
各引脚功能如下：
1～7：
A0/M0～A6/M6地址/模式选择；
8～10：
A7～A9输入地址线；
11：
AUXIN辅助输入；
12、13：
VSSD、VSSA数字地和模拟地；
14、15：
SP、SP-扬声器输出；
.
16：
VCCA模拟信号电源正极；
17、18：
MIC、MICREF麦克风输入端和输入参考端；
19、AGC自动增益控制；
20、21ANAIN、ANAOUT模拟信号输入和输出；
22、OUF溢出；
23、CE片选（低电平允许芯片工作；
）
24、PD芯片低功耗状态控制；
25、EOM录放音结束信号输出；
26、XCLK外部时钟；
27、P/R录/放控制选择；
28、VCCD数字信号电源正极；
3.6.3芯片工作原理
ISD2560有10个地址输入端A0～A9，录址能力可达1024位，地址空间为0～1023。
其分配情况是：
地址0～599作为分段用，地址600～767未使用，地址768～1023为工作模式选择（即A8、A9均为高）。
2500系列的地址线有两种用途，一是作为工作模式控制，二是作为分段录放音的起始段地址。
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