化，电池的利用效率更高。由于该方案的电路简单且集成度高，所以功耗更低。而且相比第一个方案，无需黑体校正。所以开发时间要比方案一少。这也意味着方案的总体成本（硬件成本、开发时间成本等）其实要比方案一要低。
2.3 主要器件选择
2.3.1 红外测温传感器
通过查阅相关资料最终选出两个符合此项目的热电堆红外传感器，其一是凌阳TN9系列的红外测温传感器，其二是MLX90614ACA型号的红外测温传感器。
TN9红外测温模块解决了传统测温中需接触的问题，并且具备回应速度快、测量精度高、测量范围广等特点，但是，其所需的外围电路复杂，容易出现问题，产品可靠性不高。其主要功能为测温理想距离可达100英尺(30米)，回应时间比较短，大约0.5秒。其基本特性与参数指标为测量范围在-33℃至200℃；测量误差在±0.6℃，或温度值的1%；工作范围在-10℃至50℃。
MLX90614系列模块是一组通用的红外测温模块，在出厂前该模块已进行校验及线性化，具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。集成了由迈来芯公司开发和生产的两款芯片：一是红外热电堆传感器 MLX81101 ，二是信号处理专用集成芯片 MLX90302，专门用于处理红外传感器输出信号。该模块可以测量的温度范围为-70℃～380℃，对于测体温完全可以满足要求。热量由芯片热电偶测得。该模块在其信号调节芯片中采用了先进的低噪音放大器，一个17位的数模转换器和数字信号处理单元，放大微小热电偶电压并将其数字化，使用芯片EEPROM存储器中储存的生产厂设定的校准参数，计算出物体的温度。它能保持0.01℃温度精确度，在0℃～50℃的物体温度范围内，标准的MLX90614具有±0.5℃的绝对精确度；在该范围以外，精确度为±1℃，调试后可以达到±0.2℃。此外，MLX90614ACA型号的红外测温传感器的外围电路简单，调试不难，性能稳定，电路可靠性比较高。
综上所述，选择MLX90614ACA型号的红外测温传感器可以做到成本更低，精确度更高，测试范围更广，还可以获得较高的可靠性，符合我们设计的智能非接触式红外体温计。
2.3.2 单片机控制单元
对主控芯片选择时，考虑到两款最常用的单片机，一是ATMEL公司的AT89C51单片机，一是其公司的AT89S51单片机。
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AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁储存器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89S51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程／擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) 8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容。具有多种功能的8位 CPU与FPEROM结合在一个芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比较高。
两者之间主要区别在于以下几点：
(1)引脚功能:管脚几乎相同,只是在AT89S51中P1.5,P1.6,P1.7具有第二功能,即这3个引脚的第二功能组成了串行ISP编程的接口。
(2)编程功能：AT89C51仅支持并行编程，而AT89S51不但支持并行编程还支持ISP再线编程。在编程电压方面,AT89C51的编程电压除正常工作的5V外,另Vpp需要12V,而AT89S51仅仅需要4-5V即可。
(3)烧写次数更高：AT89S51标称烧写次数是1000次,实为1000-10000次,这样更有利初学者反复烧写,降低学习成本。
(4)工作频率更高：AT89C51极限工作频率是24MHZ,而AT89S51最高工作频率是33MHZ,(AT89S51支持最高工作频率分别为24MHZ和33MHZ)从而具有更快的计算速度。
(5)电源范围更宽：AT89S51工作电压范围达4～5.5V，而AT89C51在低于4.8V和高于5.3V时无法正常工作。
(6)抗干扰性更强:AT89S51内部集成看门狗计时器(Watchdog Timer)，而AT89C51需外接看门狗计时器电路，或者用单片机内部定时器构成软件看门狗来实现软件抗干扰。
(7)加密功能更强：AT89S51系列提供了三层的加密算法(LB1，LB2，LB3三个可编程的加密位)，这使得AT89S51的解密变为几乎不可能，程序的保密性大大加强。
所以，考虑到引脚功能、使用寿命、抗干扰性等最终采用了AT89S51单片机。
2.4 最终方案确定
综上所述，本次设计采用方案二更合理。直流稳压电源输出的5V电压分别给传感
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器和单片机供电，并为之提供一个稳定的工作电压。用MLX90614红外测温传感器来收集红外辐射信号，用AT89S51单片机作为中心控制器件进行数据处理分析，用DS1302模块进行万年历的设计，采用LCD12864液晶显示模块显示当前时间、人体温度和人数统计并用ISD4004语音模块对检测的人体温度进行语音播报。单片机实时分析传感器采集的温度，判断其是否超出预设温度范围，并采用蜂鸣器和LED作为报警电路进行报警，以准确的控制报警设备。此外，计算机与外部设备（智能非接触式电子体温计）之间进行数据的串行传送，即对人体体温的当前测量值进行串行传送。具体介绍见第3章硬件电路的设计。
3 硬件电路设计
基于AT89S51单片机的红外体温计的硬件设计采用目前使用比较广泛的模块化、自顶向下设计思想，将整个系统分成八大模块：单片机处理模块；红外测温模块；显示模
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块；语音模块；万年历模块；报警模块；串口模块；电源模块。通过自顶向下的顺序、划分模块的方法，可以把一个复杂的问题分割成几个相对容易解决的问题，分别予以解决。此外，此种设计方法思路清晰，亦便于设计过程中的各模块的调试和整机的联调，大大简化了设计的难度。本章主要介绍了系统硬件电路的设计，并针对各模块硬件电路进行了具体的分析。
3.1 单片机最小系统电路设计
3.1.1 最小系统电路
该系统是以AT89S51单片机为核心器件，其模块的工作原理是：加载相应程序的AT89S51单片机把红外测温模块传来的数据加以处理分析进行语音播报、LCD液晶显示等。单片机需要一定的外接电路才能正常工作即单片机最小系统，电路如图3.1所示，其主要包括AT89S51单片机、复位电路和时钟电路。
图3.1 单片机最小系统
3.1.2 晶振和复位电路
晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度。晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，如图3.3中Y2、C11、
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C12。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体。而单片机工作速度是每秒 11.0592M，即此次晶振选择11.0592M，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。晶振电路如图3.2 所示。
图3.2 晶振电路
复位的条件：RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电电流的减小，RST引脚的电位逐渐下降。当需要复位是，按下按键，利用电容放电使RST引脚为高电平，单片机复位。
上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位，而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作。复位电路如图3.3 所示。
图3.3 复位电路
3.2 传感器电路设计
3.2.1 MLX90614红外测温传感器介绍
由红外温度传感器、低噪声放大器、A／D转换器、DSP单元、脉宽调制电路及逻辑控制电路构成，热电堆输出的温度信号经过内部高性能、低噪声的运算放大器放大后，送给模数转换器（ADC），ADC输出的17位数字经过可编程FIR和IIR低通滤波器（即框图3.4中的DSP）处理后输出，该输出作为测量结果保存在MLX90614内部RAM存储单元中，可以通过SMBus读取；同时测量结果送到后级数子式脉冲宽度调制电路，将测量结果以PWM的方式输出。
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