竇圓，趙紫微，汪方麗，朱星月，李澤銀

(安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽合肥，230601)

1 緒論

1.1 研究背景

在現(xiàn)如今經(jīng)濟快速發(fā)展的中國，人們的生活水準(zhǔn)越來越高，但隨著近些年疫情的大規(guī)模來襲，如今體溫檢測成了人們出行生活中不可缺少的一部分。

基于調(diào)查的基礎(chǔ)上，響應(yīng)社會需求和國家政策，利用pvc體溫卡的快速檢測體溫的功能[1]， 就可以減少防控人員在疫情防控中的工作，使人們可以隨時掌握自己的身體情況，在一定程度上降低疫情的傳播，為防疫工作提供幫助。主要研究目的是在疫情的大環(huán)境之下，改善傳統(tǒng)的人工檢測體溫方式,實時監(jiān)測人體體溫并記錄,更加方便急重病患者，老人，嬰幼兒的使用。

1.2 技術(shù)環(huán)境

以pvc為基本建設(shè)材料，AT89C51單片機為核心，模擬電路為硬件電路核心，c語言為基礎(chǔ)語言設(shè)計軟件電路[2]，并在Altium Designer protel這一軟件上面進(jìn)行仿真功能，最終確定設(shè)計系統(tǒng)的可行性。

1.3 功能概述

在此系統(tǒng)中，單片機為核心部件進(jìn)行控制，溫度轉(zhuǎn)換器采用pt100鉑熱電阻實時將收集到的溫度送至AD轉(zhuǎn)換器ADC0808,通過ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后之后將此信號送入單片機中[3]，并最終通過8個7段的LED數(shù)碼管顯示模塊顯示。

2 系統(tǒng)總體方案

2.1 單片機

(1)選擇單片機有一定要求,如果單片機型號選擇得合適,單片機應(yīng)用系統(tǒng)就會得經(jīng)濟,工作可靠；如果選擇得不合適,就會造成經(jīng)濟浪費,影響單片機應(yīng)用系統(tǒng)的正常運行,甚至根本就達(dá)不到預(yù)先設(shè)計的功能。

(2)應(yīng)購買價格較為便宜并且耐用的單片機。

(3)選用的單片機要有可靠的可以開發(fā)手段，如程序開發(fā)工具、仿真調(diào)試手段等。

(4)要從單片機的技術(shù)指標(biāo)角度,對單片機芯片進(jìn)行選擇,以保證單片機應(yīng)用系統(tǒng)在一定的技術(shù)指標(biāo)下可靠運行。

2.2 系統(tǒng)功能

由想要的設(shè)計目標(biāo)確定了以下系統(tǒng)功能：

(1)使用溫度傳感器進(jìn)行溫度采集。

(2)運用ADC0808進(jìn)行A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換。

(3)采用溫度顯示模塊顯示具體溫度。

2.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

(1)溫度采集功能：溫度傳感器采用pt100鉑熱電阻，其溫度測量范圍為-50℃～150℃。在其采集溫度后通過ADC0808轉(zhuǎn)換模塊與51單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[4]，其主要運用了串口通訊技術(shù)。

(2)溫度顯示功能：通過8個7段的LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值，并精確到小數(shù)點后一位。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖

圖1 設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

3.2 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)是能夠使單片機正常運作的最小電路，是單片機正常運行的關(guān)鍵。電源、時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)[5]。以下為構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)的各部位。

單片機芯片：51單片機是整個單片機最小系統(tǒng)的最重要器件，需要讓其正常工作，首先是要給他額定范圍內(nèi)的電壓供電，本系統(tǒng)設(shè)計采用40PIN，DIP封裝的單片機，單片機不可直接焊接在PCB上，因其承受不了高溫，直接焊接易造成MCU燒壞的風(fēng)險，所以都是使用40pin的DIP插座，單片機直接插上即可。20pin和40pin 分別為51單片機的GND、VCC，給其5V供電電壓。單片機的9pin為RESET引腳，51單片機高電平復(fù)位，所以，要使MCU可以正常工作，不能直接拉高，否則單片機復(fù)位，程序帶不動[6]。P0口內(nèi)部開漏輸出，無論是否使用I/O口，都是需要外接上拉電阻的。如果不接上拉電阻，開漏電路不能輸出高低電平。同時，如果不加上拉電阻，該電路就會處于不穩(wěn)定的狀態(tài)中，易受外界干擾，以及ESD打壞I/O外設(shè)。通常，加的上拉電阻為10千歐，該電阻不能太小，加太小，I/O口輸出低電平，倒灌流太大,導(dǎo)致I/O輸出的低電平不夠低。

時鐘電路：是單片機運行工作的基本條件，通過時鐘信號同步單片機內(nèi)部的的各個時序電路，使單片機能夠正常工作。51單片機反向放大器的輸入是 XTAL1引腳，而輸出是 XTAL2引腳。通過XTAL1引腳和XTAL2引腳連接到無源晶振，其中要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號并無特殊要求，保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz，通常C1和C2一般取30pF，便可實現(xiàn)單片機的時鐘電路。時鐘電路是單片機工作的基本條件，也是單片機設(shè)計的核心部分，因此在設(shè)計時，必須保證時鐘電路硬件的穩(wěn)定性。

復(fù)位電路：在單片機執(zhí)行程序的過程中因為某些因素使得單片機內(nèi)部的程序陷入死循環(huán)或者內(nèi)存溢出，這是為了使單片機能夠重新恢復(fù)工作，此時只能將單片機繼續(xù)復(fù)位或者進(jìn)行重啟操作，當(dāng)然單片機的復(fù)位或者重啟都會使單片機推出低功耗模式轉(zhuǎn)成常規(guī)工作模式。第9pin是51單片機的復(fù)位引腳，是高電平復(fù)位。但通常，為了保證MCU能跳轉(zhuǎn)到程序的啟動地址，需要對單片機進(jìn)行上電復(fù)位。單片機的上電復(fù)位對時間有一定的要求，在上電的瞬間提供一個與正常工作狀態(tài)下相反的電平。一般利用電容電壓不能突變的原理[7]，將電容與電阻串聯(lián)，上電時刻，電容沒有充電，兩端電壓為零，此時，提供復(fù)位脈沖，電源不斷的給電容充電，直到電容兩端電壓為電源電壓，此時電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

由以上三個核心部位構(gòu)成了最小單片機系統(tǒng)，其最小系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 最小系統(tǒng)圖

3.3 系統(tǒng)各部分電路設(shè)計

（1）溫度傳感器模塊

為了使測量的溫度更加準(zhǔn)確，采用PT100溫度傳感器進(jìn)行溫度測量，其硬件圖如圖3所示。

圖3 硬件圖

（2）A/D轉(zhuǎn)換模塊

通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，其硬件圖如圖4所示。

圖4 硬件圖

（3）LED數(shù)碼管顯示電路

在此電路中采用LED七段數(shù)碼動態(tài)顯示電路，用來顯示當(dāng)前溫度，其顯示范圍為0～100℃。硬件圖如圖5所示。

圖5 LED數(shù)碼管顯示電路實物圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

其主要流程是使用溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，將此溫度信息送到轉(zhuǎn)換模塊運用ADC0808進(jìn)行A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換[8]，最后采用7段數(shù)碼管顯示具體溫度。

圖6 系統(tǒng)主程序流程圖

5 結(jié)論

在設(shè)計方案之前，要多多翻閱書本、上網(wǎng)收集資料、有不懂的問題及時詢問老師或者朋友，及時解決問題，夯實相關(guān)的基礎(chǔ)知識，多購買與該論文相關(guān)的專業(yè)性書籍閱讀，或者閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，了解最新的發(fā)展，借鑒前人的經(jīng)驗，避免出現(xiàn)不必要的錯誤與麻煩，從而使設(shè)計更加的完善。其次，組成不僅只有一個部分組成，應(yīng)多多了解與熟悉其他的組成部分，使各個部分之間能夠完美的工作，不出現(xiàn)失誤，對于選擇芯片，應(yīng)該選擇自己最熟悉的、最合適的。

6 展望

在這次的論文完成過程中，我感覺自己的知識儲備增加了，學(xué)到了很多書本學(xué)不到的知識，也對學(xué)習(xí)方法等能力的學(xué)習(xí)得到了升華，使我收獲了許多。其中對我改變最大的就是做事情時的態(tài)度。對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不能掉以輕心，要準(zhǔn)確的對出現(xiàn)的問題做出判斷，要通過采取正確的途徑去解決，而不是遇到了困難就擱置困難不去解決，我們應(yīng)該迎難而上，有充分的耐心與信心去解決難題?；蛟S換一種方法與思路，困難就不會那么難了，端正自己的態(tài)度，所有的難題都會迎刃而解也不要害怕失敗，失敗是成功之母，失敗就是在積累經(jīng)驗，不停地試錯，才會無限接近成功。日后我定會更加努力，在日后接觸到此類的產(chǎn)品制作的時候能夠有更加完美的效果。