滁州学院本科毕业设计
2 系统方案论证
2.1 系统方案论证
方案一
红外体温计是非接触式的，主要是靠红外传感器感应接收人体辐射的红外线,通过模数转换后，用单片机处理采样的数据，显示电路就可以显示出数据。但是这个方案制作成本高，耗时比较长，主要是硬件电路与软件程序复杂。 方案二
本电路利用热敏电阻器件在测温电路中的感温效应，随着被测温度的变化，采集的电压或电流，进行模数转换后，用单片机进行加工处理采样得到的数据就可以通过显示电路显示出来。但是热敏电阻测量体温有许多问题，比如说存在测量时间较长。方案三
本设计电子体温计采用温度传感器作为检测元件，温度传感器有精度高的优点，可适用于体温检测。它具有小型化、性能高、耗能低、抗干扰能力强、易配微处理器等优点。并且经过单片机处理之后输出到液晶屏，可以直接读出被测的温度值，而且减少了外部的硬件电路设计，具有低成本和易使用的特点。
根据以上需求分析，本设计采用方案三来设计电子体温计。
2.2 硬件选择
智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶,是在智能温度传感器的基础上发展而成的，典型产品有DS18B20。DS18B20是Dallas半导体公司继DS1820后推出的一种改进型智能数字温度传感器，与传统热敏电阻相比，只需一根线就能直接读出被测温度，并可根据实际需求编程实现9～12位数字值的读数方式，所以温度传感器采用DS18B20。
MCS系列单片机集成了完整的中央处理单元。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。单片机的典型代表Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS51系列单片机。MCS51单片机在我国得到了广泛的推广应用，成为电子系统中普遍的应用手段，并在工控、交通运输、家电、仪器仪表等领域取得了大量应用成果。基于以上，选择AT89C51单片机。
LCD液晶显示器是一种利用液晶的扭曲/向列效应制成的新型显示器。它具有体积小、质量轻、功耗低、抗干扰能力强等优点。LCD1602是字符式LCD液晶显示器，该显示器可以显示两行字符，每行16个字符，显示容量为16X2字符。带有背光源，采用时分割驱动的形式，并行接口，可与单片机I/O端口直接相连，是当今显示器的主流，所以采用LCD1602作为显示器。
该系统的总体设计思路如下：温度传感器DS18B20把所测得的温度发送到AT89C51单片机上，经过51单片机处理，将把温度在显示电路上显示.本系统显示器为点阵字符LCD 1602液晶模块，
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检测范围5摄氏度到60摄氏度。本系统除了显示温度以外还可以通过按键设置两个上下限温度值，对所测温度进行监控报警，当温度高于或低于上下限时，进行信号灯报警，系统框图如图2-1。
报警显示LCD1602显示屏按键输入AT89C51时钟复位DS18B20传感器信号灯 图2-1 电子体温计系统框图
3 系统硬件电路设计
3.1 AT89C51单片机电路
AT89C51单片机可应用许多场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。由于价格低廉，经济实惠，很适合作为各种小型设计的需要。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计，使用系统可用二节电池供电，也可用USB接口供电，主要特性如下： (1) 与MCS-51 兼容
(2) 4K字节可编程FLASH存储器 (3) 128×8位内部RAM (4) 32可编程I/O线 (5) 两个16位定时器/计数器 (6) 5个中断源 (7) 可编程串行通道 (8) 低功耗的闲置和掉电模式 (9) 片内振荡器和时钟电路
AT89C51的引脚图如图3-1：
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图 3-1 AT89C51引脚图
引脚说明：
1．VCC：接+5V电源 2．GND：接地
3．P0口：P0口为一个8位漏级开路的双向I/O口。当AT89C51扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P0口作为地址总线（低8位）及数据总线的分时复用端口。P0口也可作为通用的I/O口使用，但需加上拉电阻，这时为准双向口。当作为通用的I/O输入时，应先向端口输出锁存器写入1。P0口可驱动8个LS型TTL负载。
4．P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。P1口是专为用户使用的准双向I/O口，当作为通用的I/O口输入时，应先向端口锁存器写入1。P1口可驱动4个LS型TTL负载。
5．P2口：P2口为一个具有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。当AT89C51扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高8位地址总线用，输出高8位地址。P2口也可作为普通的I/O口使用。当作为通用的I/O口输入时应先向端口输出锁存器写入1 。P2口可驱动4个LS型TTL负载。
6． P3口：P3口是一个带内部上拉电阻的8位准双向I/O口。P2口可作为普通的I/O口使用。当作为通用的I/O口输入时应先向端口输出锁存器写入1 。P2口可驱动4个LS型TTL负载。P3口还可以提供第二功能。如下表3-1所示。
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表3-1 P3口的第二功能定义 引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD 说明 串行数据输入口 串行数据输出口 外部中断0输入 外部中断1输入 定时器0外部计数输入 计时器1外部计数输入 外部数据存储器写选通输出 外部数据存储器读选通输出
3.2 温度传感电路设计
DS18B20的性能特点：
（1）多个DS18B20可以并联在三线上，使多点组网的功能得到实现； （2）无须添加外部器件；
（3）可用数据线或干电池供电，范围为3.0～5.5V的电压； （4）待机没有功率消耗；
（5）仅需一个端口引脚进行通信独特的单线接口； （6）温度以9或12位数字显示；
（7）识别并标志超过程序限定温度的器件；
（8）具有负电压特性，电源极性反接时，温度计不会烧毁，但无法正常工作。
（9）DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器及高速暂存器。
DS18B20传感器电路如图3-2所示。
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图 3-2 DS18B20传感器电路
DS18B20有六条控制命令，如表3-2所示。
表3-2 DS18B20控制命令
指令 温度转换 读暂存器 写暂存器 复制暂存器 重新调E2RAM 读电源供电方式
约定代码 44H BEH 4EH 48H B8H B4H
操作说明
启动DS18B20进行温度转换 读暂存器9个字节内容 将数据写入暂存器的TH、TL字节 把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节 启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
DS18B20遵循单总线协议，每次测温时都必须有4个过程：初始化，传送ROM命令，传送RAM命令，数据交换。比如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20通讯协议，必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
3.3 报警电路的设计
如图3-3所示，温度在经过AT89C51处理后，将其和设定的上下限温度进行比较，判断温度值大小，当被测温度在设定上下限范围内，两灯不亮，表示人体体温正常。当被测温度超过上限范围红灯亮，低于下限范围绿灯亮，表示人体体温度异常。
图3-3 报警电路的显示
3.4 显示电路的设计
LCD液晶显示器根据显示内容和方式的不同可以分为字段式（又称笔画式）、点阵字符式和点阵图3种。在此设计中我们采用点阵字符LCD，这里采用常用的2x16的1602液晶模块。如图3-4。
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