Pvc體溫卡的系統設計

竇圓，趙紫微，汪方麗，朱星月，李澤銀

(安徽三聯學院，安徽合肥，230601)

1 緒論

1.1 研究背景

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

基于調查的基礎上，響應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境之下，改善傳統的人工檢測體溫方式,實時監測人體體溫并記錄,更加方便急重病患者，老人，嬰幼兒的使用。

1.2 技術環境

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

1.3 功能概述

在此系統中，單片機為核心部件進行控制，溫度轉換器采用pt100鉑熱電阻實時將收集到的溫度送至AD轉換器ADC0808,通過ADC0808模數轉換模塊轉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數碼管顯示模塊顯示。

2 系統總體方案

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,單片機應用系統就會得經濟,工作可靠；如果選擇得不合適,就會造成經濟浪費,影響單片機應用系統的正常運行,甚至根本就達不到預先設計的功能。

(2)應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手段，如程序開發工具、仿真調試手段等。

(4)要從單片機的技術指標角度,對單片機芯片進行選擇,以保證單片機應用系統在一定的技術指標下可靠運行。

2.2 系統功能

由想要的設計目標確定了以下系統功能：

(1)使用溫度傳感器進行溫度采集。

(2)運用ADC0808進行A/D數模轉換。

(3)采用溫度顯示模塊顯示具體溫度。

2.3 系統功能實現

(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轉換模塊與51單片機進行數據傳輸[4]，其主要運用了串口通訊技術。

(2)溫度顯示功能：通過8個7段的LED數碼管顯示當前數值，并精確到小數點后一位。

3 系統硬件設計

3.1 設計結構框圖

圖1 設計結構圖

3.2 單片機最小系統

單片機最小系統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鍵。電源、時鐘電路和復位電路構成了最小單片機系統[5]。以下為構成單片機最小系統的各部位。

單片機芯片：51單片機是整個單片機最小系統的最重要器件，需要讓其正常工作，首先是要給他額定范圍內的電壓供電，本系統設計采用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單片機高電平復位，所以，要使MCU可以正常工作，不能直接拉高，否則單片機復位，程序帶不動[6]。P0口內部開漏輸出，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定的狀態中，易受外界干擾，以及ESD打壞I/O外設。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，也是單片機設計的核心部分，因此在設計時，必須保證時鐘電路硬件的穩定性。

復位電路：在單片機執行程序的過程中因為某些因素使得單片機內部的程序陷入死循環或者內存溢出，這是為了使單片機能夠重新恢復工作，此時只能將單片機繼續復位或者進行重啟操作，當然單片機的復位或者重啟都會使單片機推出低功耗模式轉成常規工作模式。第9pin是51單片機的復位引腳，是高電平復位。但通常，為了保證MCU能跳轉到程序的啟動地址，需要對單片機進行上電復位。單片機的上電復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，上電時刻，電容沒有充電，兩端電壓為零，此時，提供復位脈沖，電源不斷的給電容充電，直到電容兩端電壓為電源電壓，此時電路進入正常工作狀態。

由以上三個核心部位構成了最小單片機系統，其最小系統圖如圖2所示。

圖2 最小系統圖

3.3 系統各部分電路設計

（1）溫度傳感器模塊

為了使測量的溫度更加準確，采用PT100溫度傳感器進行溫度測量，其硬件圖如圖3所示。

圖3 硬件圖

（2）A/D轉換模塊

通過A/D轉換模塊將采集到的模擬信號轉變為數字信號，其硬件圖如圖4所示。

圖4 硬件圖

（3）LED數碼管顯示電路

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

圖5 LED數碼管顯示電路實物圖

4 系統軟件設計

其主要流程是使用溫度傳感器進行溫度采集，將此溫度信息送到轉換模塊運用ADC0808進行A/D數模轉換[8]，最后采用7段數碼管顯示具體溫度。

圖6 系統主程序流程圖

5 結論

在設計方案之前，要多多翻閱書本、上網收集資料、有不懂的問題及時詢問老師或者朋友，及時解決問題，夯實相關的基礎知識，多購買與該論文相關的專業性書籍閱讀，或者閱讀相關文獻，了解最新的發展，借鑒前人的經驗，避免出現不必要的錯誤與麻煩，從而使設計更加的完善。其次，組成不僅只有一個部分組成，應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，不出現失誤，對于選擇芯片，應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，學到了很多書本學不到的知識，也對學習方法等能力的學習得到了升華，使我收獲了許多。其中對我改變最大的就是做事情時的態度。對于出現的任何問題和偏差都不能掉以輕心，要準確的對出現的問題做出判斷，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品制作的時候能夠有更加完美的效果。