电子体温计的设计与实现

2021年2月28日发(作者：加倍的爱情激素)
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本科生毕业设计

（申请学士学位）

论文题目电子体温计的设计与实现

作者姓名涂玉娇

专业名称电子信息工程

指导教师李汉书

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2014
年
5
月

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学生：（签字）

学号：
2010210055
答辩日期：年月日

指导教师：（签字）

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目录

摘
要
.................................................. ................................................................................................ ........................1
Abstract............ .................................................. ..............................
................ .................................................. .....1
1
绪
论
........................ .................................................. ........................
...................... .............................................2
1.1
课题设计的背景与意
义
........................ .................................................. ....................
......................2 1.2
电子体温计的设计要
求
....................... .................................................. .....................
......................2 < br>2
系统方案论
证
............................ .................................................. ....................
.......................... .......................2
2.1
系统方案论
证
.................................................. ............................................
.. ......................................2
2.2
硬件选
择
..................................... .................................................. .......
....................................... ..........3
3
系统硬件电路设
计
............. .................................................. ...................................
........... ............................4
3.1
AT89C51单片机电
路
................................... .................................................. .........
...........................4
3.2< br>温度传感电路设
计
............................... .................................................. .............
...............................6
3.3
报警电路的设
计
........................ .................................................. ....................
.......................... .........7
3.4
显示电路的设
计
............. .................................................. ...............................
............... ....................7
4
系统的软件设
计
.... .................................................. ............................................
.. ..........................................8
4. 1
主控程序设
计
............................... .................................................. .............
................................. .......8
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4.2
中断程序设
计
........................... .................................................. .................
............................. ...........9
5
仿真结
果
................ .................................................. ..................................
............ ........................1..0...............
参考 文
献
........................................ .................................................. ..........
.................................... ....1..2................
附录一主程
序
....... .................................................. ...........................................
... ..........................1..3...............
附录二元器件清
单
.................................. .................................................. ................
......................1..8.... .........
致
谢
.......................... .................................................. .......................
....................... .....................1..9.................
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电子体温计的设计与实现

摘 要：本设计是基于单片机
AT89C51
的电子体温计，传感器采用美国
DALLAS
半导体公司生产的

新型可编程
DS18B20
温度传感器。只需要 将传感器
DS18B20
与人体接触，
DS18B20
就可以感应温

度并且直接送入
AT89C51
单片机中，经过单片机的信号处理将其送出，然后温度 通过
LCD1602
数

码管进行显示。当温度超过
38
°
C
，报警电路中红灯亮；当温度低于
36
°
C
时，报警电路 中绿灯亮；

当温度在
36
℃
~38
℃之间绿灯和红灯都不亮。

关
键
词
：
电子体温计；
DS18B20
传感器；
AT89C51
单片机；
LCD1602
显示屏

Thedesig nandimplementationoftheelectronicthermometer
A bstract:Thisdesignisbasedonsinglechipmicrocomputer AT89C51electronicthermometer,
sensorproducedby DALLASsemiconductorcompaniesintheUnitedStatesofnew programmable
edtosensorDS18B20withhumanbodycontact,DS18B20
temperaturecanbeinducedanddirectlyintothesingl echipmicrocomputerAT89C51,through
singlechipmi crocomputerofsignalprocessingwillbesentout,andthen thetemperaturethrough
etemperaturemorethan38
°
C,redlightalarm
circuit;Whenthetemperaturebelow36
°
C,th egreenlightalarmcircuit;Whenthetemperaturein
3 6
℃
~38
℃
betweengreenandredlightsaren otbright.
Keywords:electronicthermometer;tempe raturesensorDS18B20;AT89C51singlechip;LCD1602
display
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1
绪论

温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、半

导体集成数字温度计等。在电子式温度计中，传感器是它的重要组成部分，传感器的精度、灵敏度

基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。

现在所使用的温度计 还有很多是分辨力为
1
～
0.1
℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的

刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，此外还有测温速度慢、环境污染严重、携 带不

方便等缺点。本设计所介绍的电子体温计，与传统的温度计相比，具有读数方便、测温范 围广、测

温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或 科研实验室使

用。

1.3
课题设计的背景与意义

由于水银体温计使用方便、精度高，因而应用很广。再加上测温方法及其结构都已成熟，没多

大改进的余地，人们对它的研究失去了信心，至今几乎没有什么进展。但是用水银体温计进行体温

监测很不方便，水银污染的可能也很严重等，为了正确测量人体局部温度，促使人们开发了各种不< br>
同的测温仪器和测温方法，虽然水银体温计仍是一个精度高、价格便宜、使用方便的测温仪器。 现

在已有许多医院采用了电子体温计，用其它电子仪器测量体温也日益普及。这一事实至少表 明，电

子测温仪器的性能已接近水银温度计的性能。

温度是常用的测量及被控参数，在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域，尤其在热学实验中，

有特别重要的意义。传统的水银体温计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，本论文为解决此问题设计出了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< br>
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。电子体温计能快速准确地 测

量人体体温，尤其是电子体温计不含水银，对人体及周围环境无害，特别适合于家庭、医院 等场合

使用。我们都知道水银有剧毒，如果破损可能会带来玻璃扎伤或水银污染的隐患。

1.4
电子体温计的设计要求

本设计旨在设计一个电子体温计，主要控制器 采用单片机
AT89C51
，传感器采用美国
DALLAS
半导体公司生产 的
DS18B20
智能型传感器。测量出的温度采用
LCD1602
直接显示 ，当温度超过
38
°
C
，

报警电路中红灯亮；当温度低于
36
°
C
时，报警电路中绿灯亮；当温度在
36
℃
~38
℃之间绿灯和红灯

都不亮。

2
系统方案论证

2.3
系统方案论证

方案一

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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< br>
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。

1.5
硬件选择

智能温度传感器
(
亦称数字温度传感器< br>)
是微电子技术、计算机技术和自动测试技术
(ATE)
的结晶
, < br>是在智能温度传感器的基础上发展而成的，典型产品有
DS18B20
。
DS1 8B20
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
LCD1602
液晶模 块，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
。

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报警显示


按键输入


L
CD1602
显示

屏

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

1.6
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
3-1AT89C51
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，
P 0
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。< br>
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
3-1P3
口的第二功能定义

引脚第二功能说明

P3.0RXD
串行数据输入口

P3.1TXD
串行数据输出口

P3.2INT0
外部中断
0
输入

P3.3INT1
外部中断
1
输入

P3.4T0
定时器
0
外部计数输入

P3.5T1
计时器
1
外部计数输入

P3.6WR
P3.7RD
外部数据存储器写选通输出

外部数据存储器读选通输出

1.7
温度传感电路设计

DS18B20
的性能特点：

（
1
）多个
DS1 8B20
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< br>）
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。

图
3-2DS18B20
传感器电路

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DS18B20
有六条控制命令，如表
3-2
所示。

表
3-2DS18B20
控制命令

指令约定代码操作说明

温度转换
44H
启动
DS18B20
进行温度转换

读暂存器
BEH
读暂存器
9
个字节内容

写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的
TH
、
TL
字节
复制暂存器
48H
把暂存器的
TH
、
TL
字节写到E2RAM
中

重新调
E2RAMB8H
把
E2RAM
中的
TH
、
TL
字节写到暂存器
TH
、
T L
字节

读电源供电方式
B4H
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
DS1 8B20
通讯协议，必须

经过三个步骤：每一次读写之前都要对
DS18B 20
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。

1.8
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

1.9
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
。
1602
采用并行接口方式，有
16
跟引线，各线的功能及使用方法如 下所述：

VSS
（
1
）：接地电源。

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