电子体温计

机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目:电子体温计设计专业:机械电子工程班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十一月任务分配总体方案设计：软件系统设计：硬件系统设计：绘图：软件编程：附上整体效果图【图片】目录任务分配...................................................................................................0绪论...........................................................................................................1第一章任务要求.....................................................................................3第二章设计思路.....................................................................................4第三章系统设计.......................................................................................5第四章方案设计与论证.........................................................................6第五章硬件电路设计...............................................................................85.1传感器电路.....................................................................................85.1.1DS18B20四个比较重要的主要的数据部件..............................85.1.2数字温度传感器DS18B20介绍...............................................105.2单片机电路...................................................................................115.3LCD1602显示屏电路....................................................................145.4电源模块.......................................................................................16第六章软件设计.................................................................................186.1DS18b20的读操作........................................................................186.2DS18b20的温度数据处理............................................................196.31602显示部分..............................................................................20第七章系统调试与测量.........................................................................227.1系统调试.......................................................................................227.2测量数据.......................................................................................227.3误差分析.......................................................................................23设计总结.................................................................................................24参考文献.................................................................................................25附录.........................................................................................................26绪论体温测量的历史，最早出现在16世纪。当时空气热膨胀是Saatorio主要根据的原理，制出了第一支体温计，用于测量口腔温度体。到20世纪初，才开始设计采用水银来制作体温计，至今水银体温计在家庭等处，得到了广泛的应用。埃布斯坦在1928年发表的报告中指出，水银温度计当时除测量口腔及腋下的温度外，还可以用来测量颈部、外耳，大腿根部及尿温。水银体温计的原理就是玻璃球内积存的水银温度和被测量皮肤的温度相等。由于水银体温计精度很高、使用方便、并且易于携带，因而很多人喜欢采用水银体温计。再加上体温计测温方法及其结构都已完全成熟，并没太多的改进余地，人们对水银体温计的研究热情逐渐降低，到现在水银体温计几乎已经没有什么发展的余地。再加上由于测量体温用水银体温计很不方便，如果打破摔坏体温计，水银的污染也很严重等，为了准确测量人体的局部温度，促使人们不得不开发了多种多样的测温方式和测温器件设备。现在其它不同种类的电子仪器测量体温也日益普及，已有许多医院采用了电子体温计来测量体温。这一事实至少说明了，电子测温仪器的性能与水银温度计的性能已经很接近了。因此，鉴于传统的水银体温计多种因素，诸如汞的污染及其携带不方便易破碎，尤其是测量时间过长等缺点，本课题为解决此问题设计出一种数字式电子体温计。它在稳定性及响应时间上比传统的水银体温计有着显著的优势，精度要求也能和传统的水银体温计相媲美。单片机智能化仪表在测量仪表的方面，有着很大的发展趋势。它给日常生活带来多方面的进步，其中数字温度计就是一个典型的例子，家庭、医院等随处可见，为了能更加满足人们的需要，数字体温计正在不断的进行更新换代。现在所使用的温度计还有很多是水银、酒精或煤油。温度计的分辨力都是为1～0.1℃。这些普通水银温度计的刻度间隔通常都很密集，读2数比较困难，分辨的不准确，而且他们有着比较大的热容量，需要很长时间达到热平衡，因此温度数值很难读准，使用非常不方便。本设计所介绍的电子体温计，主要用于家庭等普通环境。与传统的水银温度计相比，电子体温计易于读数，广泛的测温范围，测温精度比较高等优点，其输出温度采用数字显示。现在温度计发展非常迅速，从最原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电偶温度计、热电阻温度计、集成的半导体数字温度计等。在电子式温度计中，最重要组成部分就是传感器。温度计的测量范围、精度、控制范围和用途取决于传感器的精度、灵敏度等等。现在的温度传感器被广泛的应用，目前已经研制出各种各样的新型温度传感器，从而现在温度监控系统的功能日趋强大。3第一章任务要求该系统的用于体温检测，能准确快速地测量人体体温，并且需要实时的显示当前的温度。与传统的水银玻璃体温计相比，电子体温计具有方便的读数，高精度的测量，测量时间比较短，能记忆并有与其它体温计不同的蜂鸣提示的优点。测温范围32°C~43°C，误差在±0.2°C以内，当温度超过37.5°C时，可以报警，采用LED数码管直读显示。并且能够实时的宽范围的温度检测，能清楚的显示与读出数据。4第二章设计思路本研究旨在设计一个电子体温计，主要控制器采用单片机STC89C52，传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20智能型传感器。该传感器检查的温度是32°C~43°C之间，检查的分辨率为±0.2°C。当温度出现不同寻常的时候，不在设置范围内时，可以报警，且是通过蜂鸣器。研究工作总体包括以下多个方面：了解电子体温计的工作原理，典型结构，发展历史及国内外的研究和发展的现状；研究电子体温计的两个最主要的核心模块：DS18B20传感器控制和STC89C52单片机主控制器。5第三章系统设计为满足系统的三个需求：（1）实时的温度检测。（2）数据能清楚的显示与读出。（3）温度变化的曲线能够实时的描绘出来。整个电子体温计系统应该设计必须含有以下几个模块：a.温度采集模块。b.显示模块。c.串口通信接口。d.核心系统模块。图3.1电子体温计系统框图串口通信接口5V稳压电路时钟振荡主控制器LED显示温度传感器6第四章方案设计与论证方案一：本电路设计的电子温度计，如图4.1，热敏电阻器件在测温电路中的感温效应。随被测温变化，采集的电压或电流，进行模数转换后，再用单片机进行加工处理采样的数据，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，存在测量时间较长等问题。图4.1基于热敏电阻的电子体温计系统框图方案二：红外体温计是非接触式的，算是高端的技术，最近几年才发展起来的。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来数据。但是这个方案制作成本费用高，耗时比较长，主要是体现在硬件电路与软件程序复杂。方案三：数字温度计采用单片机的温度传感器设计，各种各样的精度高的温度计不断出现，不断发展。数字温度检测要求必须满足的条件是检测的精度高于控制的精确度，否则无法控制的体温计测量精度的要求。所以电子体温检测的一项重要的性能参数其中有一项就是测量精度。因此数字体温检测追求的一个目标就是高精度。检测手段不断的现代化，现在检测能达到的很高的灵敏度、精度及测量范围等。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的技术支持。目前市场上出现了很多传感器，很多高精度的传感器已经出现，而且精度越来越高。DS18B20将会不断的完善，从而测量的更加精确、更加简单，更加人性化，更满足系统设计的需求。传统的传感器热电阻、热电偶等，只有通过外部硬件的支持，测出的电压，才会转换成对应的温度值。比如说模数转换是不可少的，还有其他的等等一些硬件电路，比较复杂。有如下缺点：软件调试复杂；硬件电路复杂；制作成本高。本电子体温计采用DS18B20作为检测元件，DS18B20是一种改7进型智能温度传感器，最高分辨率可达0.0625°C，测温范围为-55~125°C。其中在32ºC～45ºC的范围内的测量精度为±0.2ºC，此传感器可适用于体温检测。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。并且DS18B20采用单片机与三线制相连，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。综上所述，决定采取DS18B20作电子体温计为选择方案。方案确定根据以上需求分析，本次设计采用方案三来设计电子体温计。8第五章硬件电路设计5.1传感器电路美国DALLAS半导体公司设计生产一种DS18B20温度传感器，并且DS18B20是一种智能化的温度传感器。新出