基于单片机的智能体温监测系统.docx
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基于单片机的智能体温监测系统
毕业设计
基于单片机的智能体温监测系统
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摘 要
目前,市面上以玻璃水银体温计和非接触遥测式耳温枪为主,但都存在着测量范围小、精确度不高等问题。
与现代互联网云数据为主的智能化新时代不同轨,严重影响了人们的生活质量。
为了满足智能+时代的技术要求,解决传统温度计的不足,本文研究设计的智能体温测试系统,以stc12c5a60s2单片机为核心,同时利用ds1302实时时钟模块,LCD显示模块lm044l,温湿度YL-47dht11模块,光学指纹识别模块,蓝牙模块hc-06等结合实现。
单片机将采集到的数据处理后,由单片机驱动LED显示屏显示当前正常环境下的温湿度,同时可以通过光学指纹识别模块实现对多点体温数据的采集和管理工作,通过蓝牙模块将体温数据发送到手机APP上。
本系统的研制,可用于家庭成员健康档案的管理,具有较大的理论意义和实用价值。
关键词:
单片机,温度计,智能,指纹识别
Abstract
窗体顶端
窗体底端
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Atpresent,thereglassmercurythermometersandnon-contacttelemetryearthermometerbased,butthereisasmallmeasurementrange,accuracyisnothigh.ModernInternet-basedclouddataindifferenttrackneweraofintelligent,seriouslyaffectingthequalityoflife.
InordertomeetthetechnicalrequirementsofSmart+times,solvetheproblemoftraditionalthermometer,intelligenttemperaturetestsystemthispaperdesignedtostc12c5a60s2microcontrollercore,whileusingds1302realtimeclockmodule,LCDdisplaymodulelm044l,temperatureandhumidityYL-47dht11module,opticalfingerprintrecognitionmodule,Bluetoothmodulehc-06andotherbindingimplementation.
SCMAfterprocessingthedatacollectedbythemicrocontrollerdrivestheLEDdisplayshowsthecurrenttemperatureandhumidityundernormalcircumstances,andcanachievemulti-pointtemperaturedataacquisitionandmanagementbytheopticalfingerprintrecognitionmodule,BluetoothmodulewilltransmittemperaturedatatoyourphoneAPP.
Developmentofthissystemcanbeusedtomanagethefamilyhealthrecords,withgreattheoreticalandpracticalvalue.
Keywords:
Microcontroller,Thermometer,Intelligent,Fingerprintrecognition
窗体底端
前言1
1绪论2
1.1温度检测技术简介2
1.2国内外研究现状发展趋势2
1.3本文研究的目的、主要内容3
1.3.1本文研究的目的、意义3
1.3.2本文研究的主要内容3
2智能体温监测系统的总体设计3
2.1体温监测系统的采集终端4
2.2体温监测系统的中转系统5
2.3体温监测系统的管理平台5
2.4体温监测系统的程序流程图5
3硬件介绍6
3.1DS1302涓流充电时钟保持芯片6
3.1.1DS1302概述6
3.1.2DS1302特点6
3.1.3DS1302工作原理7
3.2数字温湿度传感器DHT118
3.2.1DHT11产品概述8
3.2.2DHT11特点9
3.2.3DHT11应用领域9
3.2.4DHT11封装信息9
3.2.5DHT11应用信息9
3.3HC-06蓝牙模块11
3.3.1原理与结构11
3.3.2系统硬件结构介绍11
3.3.3特征简介12
3.3.4应用领域13
3.4FPM10A指纹识别模块13
3.5单片机STC12C5A60S214
3.6LCD液晶显示17
3.7I/O分配表18
4软件介绍18
4.1Keil软件介绍18
4.1.1Keil的系统概述19
4.1.2Keil的整体结构19
4.1.3Keil的优点19
4.2仿真软件介绍19
4.2.1软件的介绍19
4.2.2软件的丰富资源20
4.2.3软件的应用领域20
4.3AutoCADElectrical21
4.3.1软件的简介22
4.3.2软件的优点22
4.4软件功能的实现23
4.5温度管理平台24
4.6温度管理板块介绍24
4.7温度管理方式24
5总结与展望25
5.1总结25
5.2展望25
结 论27
致 谢28
参考文献29
附录A程序30
附录B原理图44
前言
体温反应了机体新陈代谢的结果,体温测量成为也成为判断身体健康的重要依据,温度计,是测温仪器的总称,可以准确的判断和测量温度。
1593年意大利科学家伽利略发明出最早的玻璃管温度计,1659年由法国人布利奥进行改良,使温度计具备了现在温度计的雏形,1714年荷兰人华伦海特再一次利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计,水银温度计也由此一直延续至今,成为每家每户日常生活的必备用品,除此之外常用的温度计还有耳温枪、贴纸体温计、普通电子数字显示体温计等。
这些市面上的温度计是最常用,也是最简单,最便宜的温度计,但最大的缺点就是惰性大,不能自动记录及远距离传输。
在以互联网为标识的大数据云计算智能化新时代,温度计与智能移动通讯设备和互联网相结合,以满足不同人群的需求,实现数据的采集,处理和存储,是大势所趋。
所以本文在市面上已有的体温测试仪器基础上,进行设计和创新,研究设计出一款新型的智能体温测试系统。
本系统以stc12c5a60s2单片机为核心,将采集到的数据处理后,由单片机驱动LED显示屏显示当前正常环境下的温湿度,同时可以通过光学指纹识别模块实现对多点体温数据的采集和管理工作,最后通过蓝牙模块将体温数据发送到APP平台上。
光学指纹识别模块,利用光的折射和反射原理,光从底部射向三棱镜,并经棱镜射出,CMOS或者CCD的光学器件就会收集到不同明暗程度的图片信息,就完成指纹的采集。
在比对指纹信息后即可实现个人的温度测量。
蓝牙支持点对点以及点对多点的通信,蓝牙接口在嵌入式数字信号处理器OMAP5910上实现,DSP对模拟信号进行采样,并对A/D变换后的数字信号进行处理,通过蓝牙接口传输到接收端,DSP对蓝牙接收到的数字信号进行D/A变换,成为模拟信号,以无线方式将家庭成员的温度信号连成一个网,传输给手机APP,从而可以远程操控。
与传统体温测试仪器相比,本文设计的基于stc12c5a60s2单片机的智能体温测试系统,可与移动通信设备互联,实现远距离的传输和操控,同时光学指纹识别模块方便不同家庭成员的温度采集和处理,可完成健康档案的管理,该系统读数方便、测量时间短、测量精度高、不含汞,对人体及周围环境无害。
移动互联时代的到来,智能设备的流行已成为市场发展的一大趋势,这种智能化时代的到来改变了人们的生活方式和生活习惯,所以更快、更强、更具人性的系统,必将成为这个时代不可或缺的配置,智能不是科技狂想,而是又一场科技变革。
从石器时代到青铜器时代到铁器时代,从启蒙时代到蒸汽时代到电气时代,直到现在的信息时代,每个时代都会有其标志性的产物,而基于单片机的智能体温测试系统,顺应时代潮流,就是新智能革命的产物。
1绪论
1.1温度检测技术简介
温标的出现,使物体冷热程度有了定量的描述。
温标,就是温度的数值的表示,是衡量物体冷热程度的标尺,可以客观、科学的描述物体性能随温度变化的关系。
温度计的数值就是由它来决定的,它明确了温度的单位,使温度数值有了一套自己的规则。
温度测量离不开温标的概念。
1742年,瑞典人摄尔休氏建立百分摄氏度℃,他以标准大气压下水的冰融点定位100度、沸点定位0度,将玻璃毛细管中的水银柱的高度等分100格,每个格子定为1摄氏度。
施托墨改冰点为0度,沸点为100度,于是成为了一直沿用至今的摄氏温标。
另一种是华氏温标℉,1714年德国人D.Fahrenheit提出的,在水银温度计中,标准大气压下冰点为32度、沸点212度。
等分180格,每格定为1华氏度。
1848年,英国人开尔文在卡诺循环基础上,提出了与工作介质无关的热力学温标,也成开尔文温标。
1968年第11届CGPM决定将开氏度作为人力学温度的SI基本单位。
以水三相点为基本固定点,其间等分273.16格,每格1K。
温标的复现也在不断地发展,大约每20年就会对温标作一次大的修改或更新,目前使用的1990年国际温标(ITS-90),它是根据第18届国际计量大会第7号决定的要求,由第77届国际计量委员会于1989年会议通过的。
值得一提的是,气体温度计测得的水沸点为99.975℃,而并非人们通常认为的100℃。
1.2国内外研究现状发展趋势
体温测量的历史,可以追溯到伽利略时代,应用的是气体受热膨胀的物理知识。
后来,科学家们有根据液体受热膨胀的原理,发明了水银温度计。
随着电子技术的发展,到了20世纪70年代,便出现了电子体温计,用液晶数码来显示温度,20世纪80年代中期,出现“膜状液晶体温计”,到1988年初,我国计量科学研究院制成新型电子呼吸脉搏体温计……
据中国市场调研网发布的2015年中国温度计行业发展调研与发展趋势分析报告显示,电子温度测量方式是随着电子技术的兴起而快速发展的一们学科,它利用材料随温度变化的参数转换成电信号对温度进行测量。
早期的电子温度测量均采用模拟技术的方法对传感器的非线性补偿,采用分立式电路进行各种方法的补偿,线路复杂体积庞大,可靠性低,应用受到很大的制约。
后来计算机的出现及相关技术的发展,使测量的精度和温度控制能力有了很大的提高。
但由于价格昂贵,只能做为工业等部门使用的投资类设备或仪表,无法进入百姓的日常生活。
就目前的情况来看,能与水银体温计相媲美的比较完善的体温测量仪器尚未问世。
通过对2015年中国温度计行业发展调研与发展趋势分析报告的解读,如今世界是智能化引领的潮流,那么未来温度计的发展主方向也必然是与智能互联网相嫁接的智能化系统,更快、更强、更具人性的系统,必将成为这个时代不可或缺的配置。
更重要的是在满足快速、准确的基础上,合理的价格预算是走进千家万户的保障。
根据温度计行业的发展轨迹,在对温度计行业未来发展前景作审慎判断的基础上,认为本课题设计的智能体温测试系统,有较大的理论意义和实用价值。
1.3本文研究的目的、主要内容
1.3.1本文研究的目的、意义
现有温度计的不足表现在多方面,以水银温度计为例,采集过程时间长,采集过程受约束,测量时温度计的水银液泡要与被测物体充分接触,读数时且眼睛的视线应与温度计内的液面相平,易碎,易存在误差。
且温度计不能实现远距离的传输和操控,显然是固步自封。
在智能化时代,不可避免,产品的设计也受到这股“互联网+”浪潮的冲击。
大数据、云计算等技术手段被抬上桌面,人们也期望这些手段可以真正提高生活水平和生活质量。
所以真正走进每一户普通家庭的产品才是硬道理,缺乏产品的支撑,只能是纸上谈兵。
本课题在研读未来温度计大方向大趋势的基础上,设计的智能体温测试系统,更快、更强、更具人性。
1.3.2本文研究的主要内容
(1)对于市场现有温度测试仪器的调查,分析未来温度监测系统行业发展的主方向。
(2)系统能否达到预期的效果,其模块的选取非常重要,直接关系到结果的精确度。
(3)在体温测量系统中,硬件部分的设置是实现多点温度采集的关键。
(4)软件部分APP平台的搭建,可以实现温度计与移动通讯设备的互联。
(5)利用仿真图实现控制精度的调节。
(6)总结和展望,总结全文,展望将来的改进工作。
2智能体温监测系统的总体设计
智能体温监测系统的具体工作过程描述如下:
(1)模式一,日常生活中,用户可以用来监测周围环境的温度和湿度,LED屏同时可显示万年历,下方设置3个按键,方便用户自行调节时间。
(2)模式二,温度计。
该体温监测系统独有的指纹采集模块,用户可以根据自己家庭成员健康状况,采集相应成员的指纹作为唯一信号处理,编制个人温度健康档案,最个体体温进行采集检测,将采集到的人体温度数据,通过蓝牙模块以无线传输的方式发送到移动通讯设备的终端,进入体温管理平台,进行个人健康信息的存档工作,方便用户了解家庭成员的健康情况。
智能体温监测系统主要包括:
体温数据的采集终端、体温数据的中转系统和体温数据的管理平台。
如图2.1所示:
图2.1智能体温监测系统结构示意图
2.1体温监测系统的采集终端
体温数据采集终端是体温检测的关键,主要是单片机将采集到的数据处理后,由单片机驱动LED显示屏显示当前正常环境下的温湿度,同时可以通过光学指纹识别模块实现对多点体温数据的采集和管理工作。
图2.2智能体温监测系统硬件结构示意图
2.2体温监测系统的中转系统
体温数据的中转主要是通过蓝牙模块实现。
通过蓝牙模块使体温监测系统与手机APP之间形成通道,以无线传输的方式发送到移动通讯设备的终端,从而可以直接传输采集到的数据。
2.3体温监测系统的管理平台
利用计算机汇编语言编写的源代码,制作好专属的温度APP,搭建一个体温数据管理平台,进入体温管理平台后,就可以进行个人健康信息的存档工作,借助强大的云数据处理系统,以折现的形式显示个人的温度信息,实现对温度数据的分析和管理,能够及时发现体温的异常。
同时APP设有附加的娱乐功能,嵌入天气查询、微博社区等。
2.4体温监测系统的程序流程图
图2.2智能体温监测系统的程序流程图
3硬件介绍
3.1DS1302涓流充电时钟保持芯片
图3.1DS1302实时时钟模块
3.1.1DS1302概述
DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信。
实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整,时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:
(1)RES(复位),
(2)I/O(数据线),(3)SCLK(串行时钟)。
时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。
DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
3.1.2DS1302特点
DS1302是由DS1202改进而来,增加了以下的特性:
双电源管脚用于主电源和备份电源供应,Vcc1为可编程涓流充电电源,附加七个字节存储器,它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。
下面将主要的性能指标作一综合:
1、实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力,还有闰年调整的能力
2、31X8位暂存数据存储RAM
3、串行I/O口方式使得管脚数量最少
4、宽范围工作电压:
2.0-5.5V
5、工作电流:
2.0V时,小于300nA
6、读/写时钟或RAM数据时,有两种传送方式:
单字节传送和多字节传送(字符组方式)
7、8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装(根据表面装配)
8、简单3线接口
9、与TTL兼容(Vcc=5V)
10、可选工业级温度范围:
-40+85
11、与DS1202兼容
12、在DS1202基础上增加的特性
(1)对Vcc1有可选的涓流充电能力
(2)双电源管用于主电源和备份电源供应
(3)备份电源管脚可由电池或大容量电容输入
(4)附加的7字节暂存存储
3.1.3DS1302工作原理
1、结构
DS1302的引脚排列,其中Vcc2为主电源,VCC1为后备电源。
在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1+0.2V时,Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时,DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源,外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线,通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能:
首先,RST接通控制逻辑,允许地址/命令序列送入移位寄存器;其次,RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。
当RST为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平,则会终止此次数据传送,I/O引脚变为高阻态。
上电运行时,在Vcc>2.0V之前,RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时,才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端(双向),后面有详细说明。
SCLK为时钟输入端。
2、控制字节
控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入DS1302中,位6如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作,位1表示进行读操作,控制字节总是从最低位开始输出。
3、数据流
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从低位即位0开始。
同样,在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据,读出数据时从低位0位到高位7。
4、寄存器
DS1302有12个寄存器,其中有7个寄存器与日历、时钟相关,存放的数据位为BCD码形式。
此外,DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:
一类是单个RAM单元,共31个,每个单元组态为一个8位的字节,其命令控制字为C0H~FDH,其中奇数为读操作,偶数为写操作;另一类为突发方式下的RAM寄存器,此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节,命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。
图3.2DS1302实时时钟模块原理图
3.2数字温湿度传感器DHT11
图3.3数字温湿度传感器DHT11模块
3.2.1DHT11产品概述
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。
它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。
产品为4针单排引脚封装。
连接方便,特殊封装形式可根据用户需求而提供。
3.2.2DHT11特点
►相对湿度和温度测量
►全部校准,数字输出
►卓越的长期稳定性
►无需额外部件
►超长的信号传输距离
►超低能耗
►4引脚安装
►完全互换
3.2.3DHT11应用领域
►暖通空调
►测试及检测设备
►汽车
►数据记录器
►消费品
►自动控制
►气象站
►家电
►湿度调节器
►医疗
►除湿器
3.2.4DHT11封装信息
型号
测量范围
测湿精度
测温精度
分辨力
封装
DHT11
20-90%RH
0-50℃
±5%RH
±2℃
1
4针单排直插
3.2.5DHT11应用信息
1、工作与贮存条件
超出建议的工作范围可能导致高达3%RH的临时性漂移信号。
返回正常工作条后,传感器会缓慢地向校准状态恢复。
要加速恢复进程的“恢复处理”。
在非正常工作条件下长时间使用会加速产品的老化过程。
2、暴露在化学物质中
电阻式湿度传感器的感应层会受到化学蒸汽的干扰,化学物质在感应层中的扩散可能导致测量值漂移和灵敏度下降。
在一个纯净的环境中,污染物质会缓慢地释放出去。
下文所述的恢复处理将加速实现这一过程。
高浓度的化学污染会导致传感器感应层的彻底损坏。
3、恢复处理
置于极限工作条件下或化学蒸汽中的传感器,通过如下处理程序,可使其恢复到校准时的状态。
在50-60℃和<10%RH的湿度条件下保持2小时(烘干);随后在20-30℃和>70%RH的湿度条件下保持5小时以上。
4、温度影响
气体的相对湿度,在很大程度上依赖于温度。
因此在测量湿度时,应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。
如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板,在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件,并安装在热源下方,同时保持外壳的良好通风。
为降低热传导,DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小,并在两者之间留出一道缝隙。
5、光线
长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中,会使性能降低。
6、配线注意事项
DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。
图3.4数字温湿度传感器DHT11模块原理图
3.3HC-06蓝牙模块
图3.5HC-06蓝牙模块
蓝牙模块,是一种集成蓝牙功能的PCBA板,用于短距离无线通讯,按功能分为蓝牙数据模块和蓝牙语音模块。
3.3.1原理与结构
作为取代数据电缆的短距离无线通信技术,蓝牙支持点对点以及点对多点的通信,以无线方式将家庭或办公室中的各种数据和语音设备连成一个微微网(Pico-net),几个微微网还可以进一步实现互联,形成一个分布式网络(scatter-net),从而在这些连接设备之间实现快捷而方便的通信。
本文介绍蓝牙接口在嵌入式数字信号处理器OMAP5910上的实现,DSP对模拟信号进行采样,并对A/D变换后的数字信号进行处理
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