本科毕业论文,电子体温计的研制 I
本科毕业论文
电子体温计的研制
摘 要
在现代化的工业生产中，温度是常用的测量及被控参数。随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研各个领域，已经成为一种有力的工具，本文介绍一种基于单片机控制的数字温度计。它克服了传统的水银温度计测温速度慢、环境污染严重、携带不方便等缺点。介绍了系统的硬件和软件设计，利用半导体热敏电阻物理参数（如电阻、电压、电流等）与环境温度之间存在的确定关系，将体温以数字的形式显示出来，读数清晰又安全。采用ATmega16单片机来对温度进行测量，不仅控制方便、组态简单灵活，还能够减小仪表的体积。本论文将介绍电子体温计的基本概念，基于ATmega16单片机的电子温度计的设计过程，分析NTC热敏电阻和LM35作为测温传感器的非线性纠正方法，介绍液晶显示屏的驱动程序。
关键词：电子体温计，热敏电阻，ATmega16单片机，液晶屏
本科毕业论文,电子体温计的研制 II
ABSTRACT
In modern industrial production， the temperature is measured and charged with common parameters. As the times progress and development， single chip technology so pervasive in our lives， work， research in various fields， has become a powerful tool， this paper introduces a microcomputer-based control of the digital thermometer. It overcomes the traditional mercury thermometer temperature is slow， serious environmental pollution， bring inconvenience shortcomings. Describes the hardware and software design， using semiconductor thermistor physical parameters (such as the resistance， voltage， current， etc.) and the environment determine the relationship that exists between the temperature， the temperature displayed in digital form， reading a clear and safe. ATmega16 microcontroller used to measure the temperature not only easy to control， simple and flexible configuration， it can reduce the size of instrument. This paper will introduce the basic concepts of electronic thermometer， electronic thermometer based on ATmega16 microcontroller design process， analysis of NTC thermistor and temperature sensor LM35 linear as correct methods of introducing liquid crystal display driver.I
Keywords: digital thermometer， thermistor，ATmega16 microcontroller，LCD screen
本科毕业论文,电子体温计的研制 III
目 录
1 绪论 ......................................................................................................... 1
1.1 体温计的发展与现状...................................................................................... 1
1.2 新型智能电子体温计的结构及其特点.......................................................... 2 1.3 总体方案设计.................................................................................................. 2
2 测温电路的设计 .................................................................................... 4
2.1 温度传感器的介绍.......................................................................................... 4
2.2 热敏电阻温度测量计算................................................................................ 11 2.3 放大电路部分................................................................................................ 12 2.4 恒流源电路.................................................................................................... 13
3 ATmega16单片机 ................................................................................. 16
3.1 ATmega16单片机硬件介绍.......................................................................... 16
3.2 电源管理与睡眠模式.................................................................................... 20 3.3 系统控制和复位............................................................................................ 21 3.4 AD转换器 ...................................................................................................... 23
4 液晶屏JXD1602 .................................................................................. 25
4.1液晶显示简介................................................................................................. 25
4.2 1602字符型LCD简介.................................................................................. 25 4.3液晶特性参数................................................................................................. 28 4.4 控制器接口时序说明.................................................................................... 30
5 编程介绍 ............................................................................................... 32
5.1 软件设计和仿真软件.................................................................................... 32
5.2 源程序............................................................................................................ 34
6 结论 ....................................................................................................... 44 参考文献 ................................................................................................... 46 致 谢 ......................................................................................................... 47
电子体温计的研制 1
1 绪论
单片机智能化仪表是测量仪表的发展趋势。它给日常生活带来多方面的进步，其中数字温度计就是一个典型的例子，医院、家庭等随处可见，为了能更加满足人们的需要，数字体温计正在更新换代。
温度测量在物理实验、医疗卫生、食品生产等领域有着特别重要的意义。现在所使用的温度计还有很多是分辨力为1～0.1℃的水银、煤油或酒精温度计。这些温度计的刻度间隔通常都很密，不容易准确分辨，读数困难，而且他们的热容量比较大，达到热平衡所需的时间较长，因此很难读准，使用非常不方便。本设计所介绍的数字体温计，与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确等优点，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。
温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、半导体集成数字温度计等。在电子式温度计中，传感器是它的重要组成部分，温度计的精度、灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。温度传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型温度传感器，从而构成性能优良的温度监控系统。
1.1 体温计的发展与现状
体温测量的历史，可以追溯到l6世纪。当时Saatorio用空气热膨胀的原理，制出了第一支测量口腔温度的体温计。本世纪初，开始用水银来制作体温计，至今在临床上得到了广泛的应用。根据1928年Ebstein的报告，当时除测量口腔及腋下的温度外，还可以测量直肠、颈部、大腿根部，外耳及尿温。这些都是用被测皮肤温度与玻璃球内积存的水银温度相等的原理实现的。
由于水银体温计使用方便、精度高，因而应用很广。再加上测温方法及其结构都已成熟，没多大改进余地，人们对它的研究失去了信心，至今几乎没有什么进展。由于用水银体温计进行体温监测很不方便，水银的污染的可能也很严重等，为了正确测量人体局部温度，促使人们开发了各种不同的测温仪器和测温方法。虽然水银体温计仍不愧是一个精度高、便宜、使用方便的测温仪器。现在已有许多医院采用了电子体温计，用其它电子仪器测量体温也日益普及。这一事实至少表明，电子测温仪器的性能已接近水银温度计的性能。因此，鉴于传统的水银体温计汞的污染及其携带不方便易破碎，尤其是测量时间过长等缺点，本课题为解决此问题设计出一种数字式电子体温计。它在稳定性及响应时间上比传统的水银体温计有着显著的优势，精度要求也能和传统的水银体温计相媲美。
电子体温计的研制 2
1.2 新型智能电子体温计的结构及其特点
1.2.1 结构
①温度传感器，这个是关键部件；②放大电路；③单片机及数模转换器A/D；④数字显示部分（LCD显示屏组件）；⑤电源部分。
NTC具有价格低廉、阻值随温度变化显著的特点，而广泛用于温度测量。通常采用一只精密电阻与NTC串联，NTC阻值的变化转变为电压变化直接进入比较电路或单片机的A/D的输入接口，不必经过放大处理，电路构成极为简单。运用NTC时除了选择合适的R值和B值之外，还应当考虑到测量速度和精度[1]。
选择合适的B：B值直接反映NTC测量温度的响应速度，但不是越小越好，确定B值需要比较与权衡。因为B值与它的封装尺寸有关，NTC的封装尺寸小，则B值小，机械强度低；封装尺寸大，则B值大，机械强度高。
确定电流范围：可根据厂家提供的非自热最大功率或利用耗散系数来确定工作电流的范围。 1.2.2 特点
新型电子体温计利用电子感温，灵敏度高，也适合无法长时间安静的儿童，且能在较短的时间内准确测试出体温，探热时间可快至1min。它的测量精度可达±0.1℃，液晶屏直接显示体温数值。
1.3 总体方案设计
（1）根据温度范围和精度选择NTC热敏电阻，确定其型号，根据电阻特性设计采集放大电路，利用运算放大器将温度信号转换为电压信号，设计电路时，因为单片机采集电压在0～2.5V，所以输入的测量范围为35～42℃，对应输出0～2.5V。
（2）采集完成以后输入单片机ATmega16的A/D口，对模拟量进行采样，转化为数字信号，单片机对采集的信号进行处理，根据采集的信号与温度的数学关系，将电信号转化为温度值[2]。
（3）用液晶屏显示出温度值。
（4）所需的电源功率足够小，能够利用开关电源供电。电子体温计系统大多主要使用3V直流电源。总体方案系统设计框图如图1-1和图1-2所示。