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1、蓝牙通信STC59C52单片机非接触红外电子体温计的设计摘要体温在医学领域是一个重要的生理参数同时也是衡量人体健康指数的一个 重要的指标。但是传统的水银体温计在测量人体温度时反响时间较长，并且在多 人共用同一个体温计同时消毒不彻底的情况下还有可能会带来病菌的传播造成 病人间的交叉感染。所以设计一款反响时间短，非接触式的电子体温计意义非凡。本次设计的控制核心为STC59C52单片机，使用超声波测距模块检测体温计 与人体的距离，当距离到达一定的值时，MLX90614红外传感器开始工作进行温 度数据的采集，采集到的数据先送至单片机进行处理，然后送LCD1602上显示 当前温度值。假设当前温度不在单片
2、机设置的温度范围内蜂鸣器就会报警。同时还 设置了一个蓝牙模块，我们可以通过蓝牙模块在手机端查看单片机存储的历史温 度数据。关 键字：89c52单片机；红外测温；温度存储；蓝牙数据传输1) Pl. O-Pl. 7： 一般 I/O 口接线RST：复位信号输入引脚2) P3. 0-P3. 7： 一般I/O 口引脚或第二功能引脚XTALK XTAL2：晶体振荡器引入的两个引脚3) Vcc、GND：接入5V电源： 一般I/O 口引脚或数据/低位地址总线复用引脚4) EA/Vpp：内外存储器选择引脚/片内EPROM (或FlashROM)编程电压输 入引脚ALE/PROG：地址锁存允许信号输出引脚/编程脉
3、冲输入引脚5) PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚P2. 0-P2. 7： 一般I/O 口引脚或高位地址总线引脚。工3 9 To 亘 n 亘 亘 15 T6 T7 18 H 20P1.0(T2)P1.1(T2EX)Pl.2Pl.3Pl.4Pl.5Pl.6Pl.7RSTP3.0(RXD)P3.KTXD) P3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.2.0V之前，CE必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才 能将CE置为高电平。1/ O为串行数据输入输出端（双向）。SCLK为串行时钟， 始终为输入端。在实际设计中采用的是模块化的DS1302时钟芯片，模块本身就 已经集成了 32.768
4、HZ的晶振和3V的电源和二极管等元器件，不需要再人为的 添加，DS1302各个引脚以及所对应的单片机接口原理图如下所示。VCC图3-8 DS1302电路原理图3.6 超声波测距硬件电路设计在本次的设计过程中考虑到了一个实用性的问题。电子体温计通电以后红外 测温传感器就在不停地测量温度值并在LCD1602上显示。但是MLX90614红外传 感器是有距离限制的，超过一定的距离以后检测到的温度就不准确了。所以在此 次设计中加入了一个超声波测距模块，在实物中需要将测距模块与红外测温传感 器粘和在一块，当超声波模块检测到距离太远时红外测温传感器是不工作的，达 到一定的距离范围内时才会开始测温并将温度值显
5、示在LCD1602显示器上。超声波具有指向性强以及在空气中传播时能量消耗小的特点，所以经常使用 超声波来进行距离的测量。其基本原理就是通过一个发射口发出超声波，遇到障 碍物后会反射回来，接收口接收反射回来的超声波，记录下这一过程所花费的时 间，通过一定的公式就可以计算出物体与传感器间的距离。本次设计采用型号为HC-SR04的超声波测距模块，该型号共有四个引脚，正 负极引脚接5V电源，TRIG为控制引脚，当系统给该引脚一个高电平信号后 HC-SR04就开始工作并不停地向外界发射超声波，当超声波触碰到物体反射回来 被该模块接收到以后ECHO引脚就会输出一个有效信号。测量从TRIG触发到接收 ECH
6、O信号的时间差，再通过一定的公式就可以计算出来距离。该模块如下图。18图3-9超声波测距模块硬件电路原理图在前面的小节中已经对主控芯片、报警装置、显示模块、温度采集模块以及 蓝牙模块在电路图中的接线做过介绍，接下来就是将各个模块整合到一块形成一 个完整的电路原理图，各个模块进行整合，模块之间各司其职就能实现硬件整体 功能。U2 LCD1602LCD 1602kTVCCSCLK-riOuF-Pl 0VCCPl.l(AD0)P0 0Pl.2(ADl)PO IPl 3(.AD2)P0 2Pl 4(AD3)PO3Pl 5(A W)P0 4Pl 6(AD5)P0 5Pl 7(AD6)P0 6RST：，D
7、 POP3 O(RXD)EA VPPP3 1(TXD)ALE PROGAccJP3 BONTF)(A15JP2-P 4(T0)(A14JP2 6P3 5(T1)(A15JP25P3 6(WR)(A12)P2 4P3.7(iay) XT AL，(AI1)P2 3(A10)P，XTAL1(A9)P2 1GND(A8)P2 0ISSTS9C52工SS55O21蜂鸣器VCCBELL 41-40豆I?73 7T 7T51 7U 192S27KW16RSDS13O2U4SWITCHHC-SR04超声波测距nbiVcc2 Vcd XI SCLK X2 10GND CESCLKJvccWl蓝牙图3T0红外测温
8、系统电路原理图191绪论41. 1引言41. 2电子体温计实现的功能和应用情况41.3国内外研究现状41. 4本文的研究内容和章节安排52系统概述62. 1整体设计思想62. 2系统实现方案62. 3器件选型62.4系统总体框图83硬件系统的组成93. 1单片机最小系统9.1.1单片机概述93 . 1.2单片机晶振电路113. 1.3单片机复位电路123. 2显小模块133. 3温度采集模块143. 3.1红外测温的基本原理143. 3. 2 MLX90614红外温度传感器工作原理简述153. 3.3 MLX90614管脚功能及在电路图中的连接153.4 温度报警电路163.5 蓝牙模块173
9、. 6时钟芯片173. 7超声波测距硬件电路设计183. 8硬件电路原理图194系统软件局部的设计204.1 软件局部设计20显示模块程序设计214.1. 2温度采集模块软件设计224.1. 3超声波测距模块程序设计234. 1.4数据存储的实现23蓝牙数据传输的实现24按键局部程序设计254系统软件局部的设计4.1 软件局部设计本章节的主要工作内容就是系统总体电路原理图的整合，各个模块的作用就 相当于一个人一样，单片机是大脑，其他的传感器电路和显示器电路就好像眼和 嘴一样，只有将各个模块相结合才能使这个系统正常运转。如果说硬件局部是身 体的话那么软件局部就是一个人的灵魂，身体和灵魂二者缺一不
10、可，接下来将对 这两个局部的设计作介绍。整个系统软件主要包括主程序、红外测温模块、功能按键模块、显示模块、 时钟芯片等子程序。系统开始执行后首先对系统进行初始化，初始化主要包括对 传感器初始化。系统整体流程图如下列图所示。图4-1系统总流程图204.1.1 显示模块程序设计在测量体温时，利用液晶显示体温示数。利用STC89c52单片机对液晶进行 驱动需要遵循液晶的读写通信协议，一般可分为以下几大步骤，首先是需要初始 化液晶，初始化之后，由于液晶的处理速度比STC单片机慢，延时程序是必须 的，不然液晶无法正常显示。LCD 1602液晶一共上下两行，一般都是首先设置 第一行的显示位置，然后将要显示
11、的数据在对应位置显示，同理接着设置第二行 显示位置，最终完成整个显示流程。图4-2显示器软件流程图214.1.2 温度采集模块软件设计MLX90614红外温度传感器与单片机之间以SMBus作为数据传输协议，单片 机与MLX90614是一个主从的关系从。这个传感器在系统中的识别地址为00Ho从MLX90614读出的数据是16位的，由高8位和低8位两局部组成，数据 范围从0x27AD到0x7FFF,表示的温度范围是-70.01C到+382.19C。MLX90614系列测温模块的红外感应局部主要由81101热电元件构成。81101 中的热电偶元件对环境温度和被测物体的温度进行测量后，将这两种温度信号
12、经 由MLX90302上的斩波稳态放大器放大，最后经过一个17-bit的模数转换器 (ADC)和数字信号处理(DSP)单元后输出。该模块的精确度高达0.01C,被测物 体和环境的温度可由PWM方式输出或由可编程SMBus方式输出。其中，可编 程SMBus输出方式可以按照需求对模块内EEPROM的预设值进行修改，而且可 以读取EEPROM和RAM内的配置数据。红外测温模块软件流程图如下所示。(开始)初始化MLX90614发起始位发送读地址数据指令接收低字节接收高字节接收PEC值MLX90614发结束位图4-3红外传感器程序流程图224.1.3 超声波测距模块程序设计超声波测距的实现方式就是在控制
13、口发一个10us以上的高电平，当模块检 测到反射回来的超声波后接受口就会发出一个高电平，利用定时器检测这一过程 所花费的时间，就可以计算出距离。不断重复这一过程就可以在移动时不断地对 距离进行检测。超声波测距是考虑到实用性而加入的，在程序中加入一个判断条 件，当超声波测距模块检测到距离过远时红外传感器和蜂鸣器时不工作的，当距 离到达要求时就会启动红外传感器和蜂鸣器开始测温，程序流程图如下所示。N开始测温图4-4超声波测距流程图4.1.4 数据存储的实现现如今市面上虽然出现了大量红外测温仪，但是其功能普遍比拟单一，它只 能检测当前体温值并将这个数值显示出来。但是在医学领域，一般医务人员在观 察病
14、人的病情变化的时候都需要将体温的变化作为一个基本的判断依据。采用手 写记录的方式无疑在加大了工作量的基础上还会数值记录错误的可能性。所以我 在此次设计中加入了数据存储的功能。这样在测量体温值的时候就可以将当前的 体温值存储下来，在后期可以通过手机蓝牙接收存储下来的历史体温值，使其具23 有更强的实用性。存储数据需要用到存储器，但是此次设计采用的控制芯片 STC89C52已经自带了存储器，所以就不需要额外接存储器件。STC89C52本身就带有2K字节的EEPROMo STC单片机是利用IAP技术实 现的EEPROM,内部Flash擦写次数可达100000次以上。采用三线制总线，不 仅可以将控制字
15、写入寄存器，还可以读取寄存器内部的数据。初始化按卜存储按键清除相应扇区数据写入相应扇区图4-5数据存储流程图4.1.5 蓝牙数据传输的实现此次设计的红外体温计的主要功能之一就是能够将存储在单片机再带存储 器中的温度时间数据通过蓝牙发到手机上显示出来，之前已经介绍过蓝牙与单片 机接收数据的方式就是通过RXD和TXD两个引脚与单片机相连，一个收一个 发。再使用基于SPP协议的蓝牙串口实现手机端对数据的接收，程序流程图如 下所示。24（开始）（开始）初始化读取温度读取时间* 一数据处理为字符串发送数据一延时200毫秒J 序号加1（结束）图4-6蓝牙数据传输流程图4.1.6 按键局部程序设计此次的设计
16、主要的功能就是温度报警、数据存储和数据传输。蜂鸣器电路接 到单片机其中的一个I/O 口上，当前所测得温度值不在设定范围内时，蜂鸣器就 会报警，在程序中实现方式就是当温度不在设定范围内时接蜂鸣器的引脚就会输 出一个信号，这个信号是低电平有效的，所以低电平时蜂鸣器就会报警，输出高 电平时说明温度值在设定范围内，蜂鸣器就不会发生报警。为了对温度范围进行 设定还加入了三个按键，其中一个按键作为设置键，另外两个按键为复用按键, 可以实现第二功能，具体实现哪一种功能以第一个按键是否按下作为判断条件。 按键程序流程图如下所示。25开始图4-7按键程序流程图硬件电路的调试4.1.7 硬件调试方式硬件系统焊接完
17、成后，系统不一定可以直接正常工作，因为个人的疏忽可能 会出现各种问题，所以我们需要对完成的实物进行功能调试，排除各种故障才能 使系统正常运行。首先如果实物不出结果，首先我们想到的问题应该是焊接过程 中是不是有什么地方没有通电，或是什么地方的线忘了接了，此时就需要用到万 用表仔细排查电路。在电路接线都正确无误，但是还是没有结果的话我们就应该 去检查程序是不是有误，逻辑是否正确，重新修改程序后烧录进单片机再进行调 试。硬件电路和程序正确的情况下还是没出结果的话就应该考虑是不是硬件出现 了损毁，比方说在有些模块在通电之前应该好好检查一下正负极接的对不对，如 果没接对可能会直接烧坏芯片，这时候就需要重
18、新换个芯片了。4.1.8 实物硬件调试(1)实物焊接完毕，LCD1602既不显示背光也不亮解决方法:上电后使用万用表测量LCD1602正负两个极发现正负极间的电压为0,26 而LCD1602正常工作电压为5V,没有通电所以不亮，排查电路，均没有发现问 题，最后用万用表对引脚进行逐个检查发现LCD1602的正极虚焊了没有通电。重 新焊接这个引脚之后LCD显示正常。(2)实物上电以后当前温度值一直显示382. 19C,但是这个数值是程序里设定 的最低温度值，将传感器取下来，还是显示382. 19。说明传感器没有在工作。 解决方法：仔细排查了红外温度传感器的接线，没有发现问题，重新买了一个传 感器，
19、温度显示正常，说明是传感器损坏，问题解决。(3)上电后HC-05蓝牙模块自带的指示灯不亮，手机也无法连接蓝牙。解决方法：排除了短路和虚焊的问题，仔细观察发现蓝牙模块有两个引脚旁边的 塑料融化了一局部，最后发现原因是在焊接电路板的时候是将蓝牙模块插在万用 板上焊接的，电烙铁温度太高已经将蓝牙模块的内部给烧坏了，换了一个新的蓝 牙，蓝牙工作正常并连上了手机。问题解决。4.1.9 实物演示过程上一小节介绍了实物具体的焊接和调试过程，排除了在设计过程中出现 的各种故障，接下来对实物进行演示和功能介绍，实物图片如下图图4-8实物图基于实用性的考虑本次设计还加入了一个超声波测距模块，当与人体的距离 过远时
20、红外传感器和蜂鸣器时不会工作的，当前温度会显示“erro”，当距离达 到一定值时才会开始正常测温，演示效果如下图。27图4-9超声波模块检测到距离过远将超声波传感器放置在距离人体一定距离内，红外传感器开始工作，可以看 到测得额温为36. 3o通过查阅资料可知一个成年人的正常额温范围大致在36 到37c之间，超过37摄氏度就属于发热。说明该体温计测温结果到达预期要求， 图中的L表示设置的最低温度，H表示设置的最高温度，如假设当前所测得的温度 不在这个范围内时蜂鸣器就会报警测温结果如下图。图4-10温度测量本次电子体温计的设计加入了 3个按键，从左到右第一个按键为设置键，按 下以后就可以进入设置页
21、面，其余两个按键分别为加键和减键。同时第二个和第 三个按键除了加减以外还具有第二种功能，以第一个按键是否按下作为判断条件, 当第一个按键按下时作为加减功能键用于调节温度范围。当第一个按键没有按下28时，按下第二个按键就可以将当前时间温度数据存储下来，按下第三个按键就可 以查询存储下来的温度值，将手机蓝牙与HC-05蓝牙模块进行连接就可以在手机 端查看单片机中存储的温度时间数据，如下图。图4-11数据存储294.2硬件电路的调试262. 1硬件调试方式264. 2. 2实物硬件调试262.3实物演示过程275总结30参考文献31本课题研究设计了一款基于STC89C52型单片机为控制核心的电子体温
22、计。 采用MLX90614实现对人体温的测量，利用LCD1602作为显示装置，利用超声波 测距来判断是否启用红外测温传感器，并利用HC-05蓝牙模块实现与手机间的数 据传输。本设计首先提出了设计目标，并根据设计目标建立整个系统结构，完成硬件 和软件设计，并制作了系统的实物，对超声波测距的准确性以及体温测量功能、 报警上下限设置、数据存储并传输能进行实际的测试。从实物运行结果可以看出， 系统能够实现对测试者的距离检测和体温测量，能在测值超过设置时，发出报警 提示，并且能够通过蓝牙模块向手机端发送存储的数据。从设计实现的功能来看, 到达预期的效果。着眼未来，在这里对本设计以下几个方面需要改进的地方
23、进行说明：第一，需要人机交互方面提高系统的功能，本次设计中的功能按键是唯一的 人机交互界面，总体来说，人机交互方面功能比拟单一。在今后的完善过程中如 果能在本设计的基础上加上语音播报或语音识别功能这个设计就会变得更加智 能化。第二，数据的处理方式过于单一，不适合统一的管理。本次设计中所有的采 集数据都是在液晶上完成显示，数据传输也是通过手机蓝牙来实现的，传输距离 有限，未能实现远距离传输，并且不能实现多个体温计数据的统一管理如果能够 实现远距离传输并且能够将多个体温计存储下来的数据进行集中处理就会变得 特别方便。因此，数据的远程通信是设计以后需要解决的问题，只有加入了通信 功能，设计的应用范围
24、和使用灵活性，也将大大提升。通过后期的不断完善，该 系统一定能够方便易用，假设能够推向市场，会带来更多的经济效益。30参考文献1李飞艳，杜缙，曹娴，胡亮.三种体温计测量大鼠体温的比拟研究J.中国医药指 南,2012,27:455-456.2秦钟.简易红外测温仪的设计J .电子制作,2014,21:1-2.3任婷婷，张雯，梁志华.浅谈红外体温测量法.计量与测试技术.2008.35(12):44-45.4 Y. z. Wu, G. q. Shen. Research of temperature measurement for pig base on.5 Infrared temperature
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