基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

2021年3月2日发(作者：深圳人流妇科医院)

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

In this paper, a temperature detection system based on a single- chip microcomputer
is
designed
to
detect
human
body
temperature,
display
it
in
digital
form,
and
play
the
detected human body temperature specific value through the mode of voice playback.
The
system
is
composed
of
several
parts:
SCM,
sensor,
LCD,
and
voice
module.
The
hardware
structure
is
designed
with
the
microcontroller
STC89C52
as
the
core.
It
detects the human body temperature through the temperature sensor DS18B20, displays
the human body temperature value on the
LCD1602, and then plays the detected value
through
the
voice
module. .
Part
of
the
system
software
through
the
software
keil
C
language program development and design, debugging.
The
designed
electronic
body
temperature
detector
has
realized
temperature
detection, digitization, and electronization, which is of great help to the development of
future
thermometers.
The
electronic
thermometer
can
gradually
replace
mercury
(toxic
element)
thermometers,
which
greatly
improves
the
use
value
of
thermometers,
makes
readings
clear,
and
reduces
Human
body
damage,
safety
and
environmental
protection
have further improved the smart life of people.

Keywords
: Body temperature detector; Electronic; STC89C52 microcontroller;LCD1602








I

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

目录

摘要
. .................................................. ........................................
错误！未定义书签。

Abstract
............... .................................................. ....................
错误！未定义书签。

目录
.................................................. .................................................. .......................
I
I
1
绪论

.
.............................. .................................................. .................................................. .......... 1
1.1
背景

.
......... .................................................. .................................................. .................... 1
1.1.1
项目背景

.
............................................. .................................................. ....................... 1
1.1.2
国内发展状况

.
......................................... .................................................. ................... 1
1.1.3
项目研究内容和要求

.
......................................... .................................................. ....... 2
2
系统分析与设计

.
......... .................................................. .................................................. ........... 3
2.1
系统分析

.
...... .................................................. .................................................. ............... 3
2.1.1
系统流程

.
.................................................. .................................................. .................. 3
2.2
概要设计

.
................................................. .................................................. ...................... 3
2.2.1
程序流程
.
........................................... .................................................. ......................... 3
2.2.2
功能模块介绍

.
.......................... .................................................. .................................. 3
3
系统实现

.
............................ .................................................. .................................................. .. 12
3.1
读
ROM
地址
............. .................................................. ................................................ 12
3.2
读取温度

.
................. .................................................. .................................................. .. 13
3.3
显示温度

.
.............. .................................................. .................................................. ..... 14
4
测试结果

.
............. .................................................. .................................................. ................. 16
4.1
测试计划

.
................................................. .................................................. .................... 16
4.2
仿真结果

.
.............................................. .................................................. ....................... 18
5
总结与展望

.
............................................ .................................................. ................................ IV
参考文献
< br>............................................... .................................................. .................. V
致谢
.................. .................................................. .......................
错误！未定义书签。











II




基于单片机的体温探测仪设计

1

绪论

1.1

背景

< br>体温是人们身体状况的重要指标之一。
体温的高低影响着人们的健康状况，
会
引 起一系列的疾病，所以在生病的时候，体温的数值至关重要，而温度检测仪是人
们常用的手段。

1.1.1

项目背景

在正常的健康状态下，体温是稳定的，保持 在约
36.2
至
37.2
℃，具体的温度
数值产生状况
可以 区分为：低热：
37.4
℃～
38
℃；中等度热：
38.1
℃～
39
℃：高热：
39.1
℃～
41
℃；超高热：
41
℃以上。
体温的变化会影响人们的健康，所以检测体温
就显得非常重要。在现代 发展过程中，体温探测器是最重要的手段之一。我们经常
使用的水银温度计就是其中之一。然而，由于包 含有毒元素和电子技术的水银温度
计的发展，电子温度计逐渐发展并渐渐取代水银温度计。
< br>最早的温度计产生在
16
世纪，
由意大利发明家伽利略发明，
后来伽利 略的学生
和其他科学家，在这个基础上反复改进，华氏温度计诞生了；华氏温度计制成后又
经过
30
多年，瑞典人摄尔修斯改进了华伦海特温度计的刻度，他把水的沸点定为
100< br>度，把水的冰点定为
0
度。后来施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来，就成
了 现在的百分温度，即摄氏温度，用℃表示，成为了人们常用方式。

在现代技术的高速发展，电 子体温检测仪逐步出现发展壮大，渐渐取代普通体
温计，电子体温计由温度传感器，
LCD显示器，和集成电路等电子元件组成。电子
体温检测仪可以快速准确地测量一个人体温，与传统的水 银温度计相比，电子温度
检测仪具有读数方便，测量时间短，精度高，记忆性好等优点。特别是电子体温 计
不含水银，对人体和环境没有影响，特别适合家庭，医院等场合使用。


1.1.2

国内发展状况

中国的电子温度计产业起源于
1998
年，发展速度超过
30
％，并在一年内超过
10
年。利润率 ，政策壁垒和技术壁垒低一倍甚至
10
倍以上，吸引了大量公司进入
该行业。
目前，
拥有
80
多个电子温度计的国产品牌是行业领先的国外品牌，
如“欧< br>姆龙”
，
“夏尔”
，
“网关”
等。
有
“海尔 ”
，
“
Delcon
”
，
“
Yucon
”
和
“
Hypercon
”
。
华辰，华安，康复，冲等迅速发 展。未来国内品牌扩张，试图进入该行业的厂商将
达到
50
家以上。
由于电子 温度计行业逐步标准化和高新类的电子产品的兴起，
电子
体温计产品行业进入空前高速发展阶段 。

常用的电子温度计有三种类型：硬棒温度计：广泛应用于家庭的温度计，使用
腋下 测量和口腔测量。软棒类型：
软头电子体温计可以任意弯曲，
多方位，无死角，
适合所 有部位的测量，一般可以使用口，腋，肛三种测量方法。安抚奶嘴类型：婴
儿安抚奶嘴电子体温计是根据 宝宝的生理特点精心设计和制造的。所有部件都设计
1

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

成圆弧形，曲率基于婴儿嘴巴的形状。硅胶 奶嘴中的温度传感器包含一个温度传感
器。
与以往传统市场的体温计相比，
它的误差一 般不超过±
0.1
℃，
易于读取和携带，
但是当由体温，时间和外界空气，体 内不同部位测得的体温和温度差异导致稳定性
差。

1.1.3

项目研究内容和要求

在本项目中，设计的体温检测仪要求便于携带，精度准确，具有 播报功能。所
以在设计中选取了单片机
STC89C52
为核心，因为
STC 89C52
它具有便携性，易用
性和高性能等优点，它内部具有存储器
4K
， 宽度
8bit
，
128
内存，本设计使用它可
以满足我们所有的需求 。此外还选用了温度传感器
DS18B20
为主的检测体温模块，
检测体温温度，用
LCD1602
显示体温数值作为体温检测仪的显示器，
最后加以来实
现体温检测到的数值播报功能。在本项目中研究的主要是体温检测，经过温度传感
器进行温度采集，再进 行数字转换，通过单片机转发给显示模块
LCD1602
，在进行
数值播报这一系列功 能实现的过程。

具体功能：

1
、显示温度范围
0
摄氏度到
85
摄氏度。

2
、温度精确到小数点后一位。

3
、
LCD1602显示
DS18B20
检测到的温度数值。

4
、当温度超过一定 上限的数值，
会进行温度交警，
LCD
显示
“
temp is too high
”


















2

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

2

系统分析与设计

2.1

系统分析





在这个设计当中选用了单片机
STC89C52< br>作为核心，主要起主控作用，控制着
整个系统的运行。这个体温检测仪系统采用了温度传感器DS18B20
进行温度的检
测，当传感器检测温度之后，会在
LCD1602< br>上显示相应的温度数值。

2.1.1

系统流程

系统设计流程图如图
1-1
所示。





图
2-1
系统设计框图


2.2

概要设计

2.2.1

程序流程

程序流程图如图
2-2
程序流程图所示


图
2-2
程序流程图

2.2.2

功能模块介绍

单片机系统模块
：
主要由
STC89C52
单片机、
复位电路和晶振电路三个部分组成。

3

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

STC89C52
单片机是
ATMEL
公司制造的低电压，高性能
CMOS
8
位微控制器。

它采用
ATMEL
的高密度非易失性存取技术，
内置
8
个字 节的只读存储器
（
EPROM
）
和
128
字节内部
RAM
，
k
字节
Flash
闪速存储器。
STC89C5 2
单片机拥有较高的
性能，而且成本低，可用于各种控制领域，它集成了微型计算机的主要组件 ，包括
CPU
，存储器
,
可编程
I / O
端口，定时器
/
计数器和串行端口。

芯片参数：

1
、工作电压：
3.3V--5.5V
2
、工作频率范围：
0 --40MHz
3
、
8
位
CPU
4
、片集成
256
字节
RAM
。

5
、
4
个
8
位的并行
I/O
接口：
P0,P 1,P2,P3
6
、单片机下载程序直接通过
P30 P31 RXD
和
TXD
串行端口。

7
、具有
EEP
ROM
功能。

8
、
2
个
16
位定时
/
计数器

9
、
5
个优先级别的
5
个中断源

10
、定时器可以用来模拟许多异步串行端口。

它的基本结构如图
3-1
所示。











图
2-3
单片机基本结构图






电源
电路：此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的
USB< br>口供
给，也可使用外部稳定的
5V
电源供电模块供给。电源电路中接入了电源指 示
LED
，
图中
R2
为
LED
的限流电阻。当LED
发亮时，这表示
USB
电源电路供电成功。

4

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现



























图
2-4
电源电路图


晶振电路
：电路中的
C1
非极性电容器和
C2
非极性电容器是启动电 容器。

当
12MHz
晶体振荡器工作在高频时，
它会产生一定的寄生电感。

为了平衡电感并产生
谐振，可以添加两个
10-33pf
的非极性电容。
单片机内部有一个振荡电路，
我们需要将晶振电路连接到外部工作。

晶体和电
容以及内部电路组成一个振荡电路。

只要
MCU
接通电源，
电容就开始振荡，
晶体振
荡器工作，从而使
MCU
具有连 续的时钟信号。
51
单片机有一个
12
路分频器，所以
时钟周期为
t = 1 /12000000
≈
1us
。









5


图
2-5
晶振电路图

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

LCD
显示模块
：
LCD1602
是一种用于显示字母，
数字，符号等的点阵式液晶模
块。
由 多个
5X7
或
5X11
点阵字符位组成，
每个点字符位都可以显示一 个字符，
每一
位在点线之间有一个间隔，每行也有一个间隔，它会播放一个字符间距和行。间距
的作用。
LCD1602
指显示内容为
16X2
，表示可显示两行， 每行
16
个字符的
LCD
模块
（可显示字符或者数字）
。< br>我们可以通过单片机的端口来控制
LCD1602
的数据
引脚，
数据命令和使能引脚由
SCM
的
P1.5
，
P1.6
和
P1.7
端口控制。

通过遵循
LCD1602
通信时序控 制，我们可以显示要显示的数据，通过
P2
端口发送给
LCD
实
时显 示。


图
2-6
LCD
显示电路图



LCD1602
采用标准的
16
脚接口，其中：

1
：
GND
是电源地

2
：
VCC
连接到
5V
电源的正极。

3
：
V0
是
LCD
对比度调节端子。当正电源连接时，对比度最弱。当 电源接地时，
对比度最高。

（对比度过高，
会产生
“鬼影”
，
使用时可用
10K
电位器调节对比度）
。

4
：
RS
为寄存器选择，高电平为
1
时选择数据寄存器，低电平为
0< br>时选择指令
寄存器。

5
：
RW
是读
/写信号线。读操作在高电平（
1
）下执行，写操作在低电平（
0
）下执行。

6
：
E
（或
EN
）端为使能端，高电 平时读信息（
1
），负跳时执行指令。

7
?
14
：
D0
?
D7
为
8
位双向数据终端。第
15
至第
16
脚：空脚或背光电源。

15
：针背光正极

16
：针背光负极。

功能特点：
3.3V
或
5V
工作电压，对比度可调，包括复位电路，提供多种控制
命令，如：清屏，字符闪烁，光标闪烁， 显示移位等功能，具有
80
字节数据显存
DDRA
内存是
192个字符发生器
CGROM
与
5X7
点阵和
8
个用户可定 义的
5X7
字符发生
器
CGRAM
。

特点应用： 微功耗，体积小，显示内容丰富，超薄轻便，常用于袖珍仪器和低
功耗应用。
LCD1602< br>指令、功能令、指令码如下图所示：


6

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现





图
2-7


LCD1602
指令集图



测温模块
：由
DS18B20
传感器组成，单总线结构 ，
DS18B20
的
DQ
与单片机
P3
口连接，
通 过上拉电阻接电源，
只要发送
DS18B20
传感器相应的
ROM
地 址，
就
能访问该器件。
本系统通过
DS18B20
传感器检测到人体 温度，
再调用单片机中的读
取
DS18B20
温度的程序
:
向总线放启动温度转换命令，启动连接总线上的
DS18B20
模块温度装换——根据传感器的
64
位
ROM
地址，
发送到总线匹配对应的传感器模
块—— 向总线发读取暂存器命令读
DS18B20
模块转换的温度值。
















图
2-8


测温模块电路图

7


基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

DS18B20
传感器的工作原理 ：
DS18B20
的读写时序和温度测量原理与
DS1820
相
同，
但由于温差取得的位数不同，
温度转换延时时间从
2s
到
750ms
不等。
DS18B20
温度测量原理：低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小， 用于产生固定频率的
脉冲信号给计数器
1
。高温度系数晶体振荡器随着温度显着地改变 其振荡速率，并
且所产生的信号用作计数器
2
的脉冲输入。计数器
1
和温度寄存器预设为对应于
-55
°
C
的基准值。
计数器
1
对由低温度系数晶体振荡器产生的脉冲信号进行倒计数。
当计数器
1
的预置值 减小到
0
时，温度寄存器值将增加
1
，计数器
1
的预置再次 被
加载，并且计数器
1
重新启动。对由低温度系数晶体振荡器产生的脉冲信号进行计< br>数，并且重复该周期直到计数器
2
达到
0.
温度寄存器值的累积被停止 。此时，温度
寄存器中的值是测量温度。斜率累加器用于补偿和校正温度测量过程中的非线性，
其输出用于校正计数器的预设值。技术性能：

1
、独特的单线接口模式，
D S18B20
只需要一条端口线即可连接微处理器，实现
微处理器与
DS18B20< br>的双向通信。

2
、温度范围
-55
°
C
?
+
125< br>°
C
，固有温度误差（注意，不是分辨率，以前出错
了）
1
°
C
。

3
、
支持多点联网功能，
多个
DS 18B20
可以并行连接在三根线上，
最多只能并联
8
根，实现多点温度测量 ，如果数量过多，会使电源电源电压过低，导致信号传输
不稳定。

4
、电源：
3.0
?
5.5V / DC
（数据线寄生供电）

5
、不需要使用任何外部组件

6
、测量结果以
9
?
12
位串行传输

7
、不锈钢保护管直径
Φ
6
8
、适用于
DN15
?
25
，
DN40
?
DN250
各种传媒行业管道 和狭小空间设备的测温

9
、标准安装螺纹
M10X1
，
M 12X1.5
，
G1 / 2
“可选

10
、
PV C
电缆直接出线或德式球接线盒出线，方便与其他电器设备连接。

接线方法：

面对传感器平坦的一面，
左正右负，一旦逆转，它们会立即变热，并可能燃烧！
同时，
反过来也是传感器始终显示
85
°
C
的原因。

在实际操作过程中，
正负旋转反
转，传感器立即发热，液晶屏不显示读数，正负极端显 示
85
°
C
。

另外，如果使用
51
单片 机，中间引脚必须连接
4.7K-10K
的上拉电阻，否则，由于高电平不能正常
输入
/
输出，
或者在电源显示
85
°
C
后立即或

使用几个月后温度升至
85
°
C
并正常。
特点：

独特的第一线接口只需要一个端口通信，简化了分布式温度检测应用。不需要
外部组件来提供数 据总线电力。电压范围为
3.0 V
至
5.5 V.
不需要备用电源。测量< br>温度范围为
-55
°
C
至
+ 125
°
C< br>。华氏度相当于
-67
°
C
至
257
°
F -10
°
C
至
+85
°
C
±
0.5
°
C
8

基于单片机体温检测仪系统的设计与实现

温度传感器可编程分辨率为
9
至
12
位，温度转换为
12
位 数字格式，最大可达
750
毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置，应用包括温度控制，工 业系统，
消费类电子产品温度计，敏感系统。

描述
DS18B20
的数字温度计提供
9
到
12
位
（可编程设备温度读数）
。< br>由于
DS18B20
是一种端口通信，中央微处理器只有一个与
DS18B20
的端口连接。对于读写和温度
转换，可以从数据线本身获得能量，无需外部电源。由于每个DS18B20
包含一个唯
一的序列号，所以同一条总线上可以同时存在多个
DS 18B20
。这使得温度传感器可
以放置在许多不同的地方。它有许多用途，包括空调环境控制 ，建筑物中温度设备
或机器的传感，以及过程监控和控制。

DS18B20
使用单线通信接口，由于第一线通信接口，必须先完成
ROM
设置，否
则存储器和控制 功能将不可用。主要提供以下功能命令之一：
1.
读取
ROM 2. ROM
匹配
3.
搜索
ROM
4.
跳过
ROM 5 .
报警检查。这些指令在没有设备的
64
位平版
ROM
序
列 号上运行。可以选择一条线上的多个设备来选择一个设备。同时，总线可以知道
总线上有多少设备以及总 线上有哪些设备。

如果指令成功完成
DS18B20
温度测量，则数据将存 储在
DS18B20
的存储器中。
控制功能指示
DS18B20
执行 温度测量。测量结果将被放入
DS18B20
的存储器中，并
可由存储器功能的指令器 读取，读取内容的片上存储器。温度报警触发
TH
和
TL
有
一个字节 的
EEPROM
数据。
如果
DS18B20
不使用警报检查指令，< br>则这些寄存器可用于
一般用户存储目的。
片内还包含配置字节以理想地解决温度数字转换 问题。
写入
TH
，
TL
指令和配置字节是使用存储器功能指令完成的 。通过寄存器读寄存器。所有数据
的读写从最低位开始。

部件描述：
DS1 8B20
的存储器由暂存
RAM
和电可擦除
RAM
组成，电可擦除< br>RAM
又包括温度触发器
TH
和
TL
以及配置寄存器。
内存可以完全确定第一线端口的通信，
用写入寄存器的命令将数字写入寄存器，然后读取寄存器的命令 也可用于确认这些
数字。
当进行确认时，
可以使用命令复制寄存器将这些数字传送到电 可擦除
RAM
中。
当寄存器中的数字被修改时，此过程确保数字完整性。
< br>高速缓冲存储器
RAM
由
8
个字节的存储器组成
;
读 取寄存器的命令可以读取第九
个字节。该字节用于验证前八个字节。

64
位 光刻
ROM
，
其前
8
位是
DS18B20
自己的代 码，
接下来的
48
位是连续的数字
代码，最后
8
位是
CRC
校验的前
56
位。
64
位光刻
ROM
还 包含五个
ROM
功能命令：
读取
ROM
，匹配
ROM
，跳转
ROM
，查找
ROM
和报警查找。

外部电源连接 ：
DS18B20
可以使用外部电源
VDD
或内部寄生电源。当
VD D
端口
连接到
3.0V
至
5.5V
的电压时，
使用 外部电源
;
当
VDD
端口接地时使用内部寄生电源。
无论是内部寄生 电源还是外部电源，
I / O
端口线都必须连接一个约
5K
Ω
的上拉电
阻。

配置寄存器配置有不同的位数，以确定温度和转换次数。可以看出，
R1
和
R0
9