Pvc体温卡的系统设计

窦圆，赵紫微，汪方丽，朱星月，李泽银

(安徽三联学院，安徽合肥，230601)

1 绪论

1.1 研究背景

在现如今经济快速发展的中国，人们的生活水准越来越高，但随着近些年疫情的大规模来袭，如今体温检测成了人们出行生活中不可缺少的一部分。

基于调查的基础上，响应社会需求和国家政策，利用pvc体温卡的快速检测体温的功能[1]， 就可以减少防控人员在疫情防控中的工作，使人们可以随时掌握自己的身体情况，在一定程度上降低疫情的传播，为防疫工作提供帮助。主要研究目的是在疫情的大环境之下，改善传统的人工检测体温方式,实时监测人体体温并记录,更加方便急重病患者，老人，婴幼儿的使用。

1.2 技术环境

以pvc为基本建设材料，AT89C51单片机为核心，模拟电路为硬件电路核心，c语言为基础语言设计软件电路[2]，并在Altium Designer protel这一软件上面进行仿真功能，最终确定设计系统的可行性。

1.3 功能概述

在此系统中，单片机为核心部件进行控制，温度转换器采用pt100铂热电阻实时将收集到的温度送至AD转换器ADC0808,通过ADC0808模数转换模块转换后之后将此信号送入单片机中[3]，并最终通过8个7段的LED数码管显示模块显示。

2 系统总体方案

2.1 单片机

(1)选择单片机有一定要求,如果单片机型号选择得合适,单片机应用系统就会得经济,工作可靠；如果选择得不合适,就会造成经济浪费,影响单片机应用系统的正常运行,甚至根本就达不到预先设计的功能。

(2)应购买价格较为便宜并且耐用的单片机。

(3)选用的单片机要有可靠的可以开发手段，如程序开发工具、仿真调试手段等。

(4)要从单片机的技术指标角度,对单片机芯片进行选择,以保证单片机应用系统在一定的技术指标下可靠运行。

2.2 系统功能

由想要的设计目标确定了以下系统功能：

(1)使用温度传感器进行温度采集。

(2)运用ADC0808进行A/D数模转换。

(3)采用温度显示模块显示具体温度。

2.3 系统功能实现

(1)温度采集功能：温度传感器采用pt100铂热电阻，其温度测量范围为-50℃～150℃。在其采集温度后通过ADC0808转换模块与51单片机进行数据传输[4]，其主要运用了串口通讯技术。

(2)温度显示功能：通过8个7段的LED数码管显示当前数值，并精确到小数点后一位。

3 系统硬件设计

3.1 设计结构框图

图1 设计结构图

3.2 单片机最小系统

单片机最小系统是能够使单片机正常运作的最小电路，是单片机正常运行的关键。电源、时钟电路和复位电路构成了最小单片机系统[5]。以下为构成单片机最小系统的各部位。

单片机芯片：51单片机是整个单片机最小系统的最重要器件，需要让其正常工作，首先是要给他额定范围内的电压供电，本系统设计采用40PIN，DIP封装的单片机，单片机不可直接焊接在PCB上，因其承受不了高温，直接焊接易造成MCU烧坏的风险，所以都是使用40pin的DIP插座，单片机直接插上即可。20pin和40pin 分别为51单片机的GND、VCC，给其5V供电电压。单片机的9pin为RESET引脚，51单片机高电平复位，所以，要使MCU可以正常工作，不能直接拉高，否则单片机复位，程序带不动[6]。P0口内部开漏输出，无论是否使用I/O口，都是需要外接上拉电阻的。如果不接上拉电阻，开漏电路不能输出高低电平。同时，如果不加上拉电阻，该电路就会处于不稳定的状态中，易受外界干扰，以及ESD打坏I/O外设。通常，加的上拉电阻为10千欧，该电阻不能太小，加太小，I/O口输出低电平，倒灌流太大,导致I/O输出的低电平不够低。

时钟电路：是单片机运行工作的基本条件，通过时钟信号同步单片机内部的的各个时序电路，使单片机能够正常工作。51单片机反向放大器的输入是 XTAL1引脚，而输出是 XTAL2引脚。通过XTAL1引脚和XTAL2引脚连接到无源晶振，其中要求XTAL1接地，XTAL2脚接外部时钟，对于外部时钟信号并无特殊要求，保证一定的脉冲宽度，时钟频率低于12MHz，通常C1和C2一般取30pF，便可实现单片机的时钟电路。时钟电路是单片机工作的基本条件，也是单片机设计的核心部分，因此在设计时，必须保证时钟电路硬件的稳定性。

复位电路：在单片机执行程序的过程中因为某些因素使得单片机内部的程序陷入死循环或者内存溢出，这是为了使单片机能够重新恢复工作，此时只能将单片机继续复位或者进行重启操作，当然单片机的复位或者重启都会使单片机推出低功耗模式转成常规工作模式。第9pin是51单片机的复位引脚，是高电平复位。但通常，为了保证MCU能跳转到程序的启动地址，需要对单片机进行上电复位。单片机的上电复位对时间有一定的要求，在上电的瞬间提供一个与正常工作状态下相反的电平。一般利用电容电压不能突变的原理[7]，将电容与电阻串联，上电时刻，电容没有充电，两端电压为零，此时，提供复位脉冲，电源不断的给电容充电，直到电容两端电压为电源电压，此时电路进入正常工作状态。

由以上三个核心部位构成了最小单片机系统，其最小系统图如图2所示。

图2 最小系统图

3.3 系统各部分电路设计

（1）温度传感器模块

为了使测量的温度更加准确，采用PT100温度传感器进行温度测量，其硬件图如图3所示。

图3 硬件图

（2）A/D转换模块

通过A/D转换模块将采集到的模拟信号转变为数字信号，其硬件图如图4所示。

图4 硬件图

（3）LED数码管显示电路

在此电路中采用LED七段数码动态显示电路，用来显示当前温度，其显示范围为0～100℃。硬件图如图5所示。

图5 LED数码管显示电路实物图

4 系统软件设计

其主要流程是使用温度传感器进行温度采集，将此温度信息送到转换模块运用ADC0808进行A/D数模转换[8]，最后采用7段数码管显示具体温度。

图6 系统主程序流程图

5 结论

在设计方案之前，要多多翻阅书本、上网收集资料、有不懂的问题及时询问老师或者朋友，及时解决问题，夯实相关的基础知识，多购买与该论文相关的专业性书籍阅读，或者阅读相关文献，了解最新的发展，借鉴前人的经验，避免出现不必要的错误与麻烦，从而使设计更加的完善。其次，组成不仅只有一个部分组成，应多多了解与熟悉其他的组成部分，使各个部分之间能够完美的工作，不出现失误，对于选择芯片，应该选择自己最熟悉的、最合适的。

6 展望

在这次的论文完成过程中，我感觉自己的知识储备增加了，学到了很多书本学不到的知识，也对学习方法等能力的学习得到了升华，使我收获了许多。其中对我改变最大的就是做事情时的态度。对于出现的任何问题和偏差都不能掉以轻心，要准确的对出现的问题做出判断，要通过采取正确的途径去解决，而不是遇到了困难就搁置困难不去解决，我们应该迎难而上，有充分的耐心与信心去解决难题。或许换一种方法与思路，困难就不会那么难了，端正自己的态度，所有的难题都会迎刃而解也不要害怕失败，失败是成功之母，失败就是在积累经验，不停地试错，才会无限接近成功。日后我定会更加努力，在日后接触到此类的产品制作的时候能够有更加完美的效果。