毕业设计中期总结报告

沈阳航空航天大学计算机学院

毕业设计中期总结报告

题 目:非接触式人体测温仪的设计

专 业:计算机科学与技术

班 级:

学 号:

姓 名:

指导教师:

负责教师:

2015年4月15日

一、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果

1、课题所研究的主要内容有:(1)查阅资料了解非接触式测温传感器的特点和接口特点;(2)设计单片机与测温传感器的接口电路;(3)设计按键和显示接口电路;(4) 设计非接触式测温仪与电脑的接口,实现温度上传电脑;(5)编写程序实现非接触人体测温功能。

对研究的主要内容进行分析可以总结为以下几个模块:(1)红外测温模块,即用于采集数据,即测得人体额头温度;(2)电路设计模块,即单片机与测温传感器的接口电路以及按键和显示接口电路;(3)上传模块,即把收集到的数据上传到电脑;(4)显示模块,即显示人体温度。

2、具体工作:开题以来主要阅读研究毕业设计题目,根据题目中的各个要求进行查找相关的资料,主要学习了Keil软件的使用以及相关C语言的编程的基础学习;在校内图书馆中文资源内查找并下载了有关红外线测温、MLX90614传感器的相关知识、非接触式传感器的一些研究等等。

3、预期目标:完成前两个模块,即红外测温模块以及电路设计模块。

4、取得的进展:对于Keil软件的使用已经基本学会了,以及最基本的C语言编程也已经学会;对所预期的两个模块基本完成,具体的完成情况如下:

(1)红外测温模块:红外温度测量是通过热辐射原理来测量温度,是一个非接触式温度测量方法。自然界中一切高于绝对零度(0开尔文)的物体都在不停向外辐射能量,物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系,物体的温度越高,所发出的红外辐射能力越强。在红外测温模块中,选择了MLX90614传感器,如图1所示。

图1 MLX90614传感器

该传感器有4个引脚,分别为:VSS、SCL/Vz、PWM/SDA和VDD,VSS表示接地端,SCL/Vz表示SMBus串行时钟输入端,PWM/SDA表示数字输入/输出端,VDD表示电源输入端。MLX90614应用了SMBus和PWM两种数字输出方式,但出厂设定为SMBus,两种输出方式都可行,本次设计采用SMBus输出方式。SMBus协议的数据通信格式如图2所示。阴影部分表示数据传输方向是从

图 2 SMBus协议的数据通信格式

器件到主器件, 其余为主器件到从器件。其中:S 为起始位(1 b),Slave Address 为器件地址(7 b),Wr 为写标志(1 b , 0 表示“写”),A 为应答位(1b),Command 为命令字节(8 b),Sr 为重复起始位(1 b),Rd为读标志(1b,1 表示“读”),PEC 为出错数据包(8b),P 为停止位(1 b)。

MLX90614 的数据传输时序如图3 所示, 在SCL 变为低电平300 ns 后,

图3 MLX90614 的数据传输时序

将16 位数据分2 次传输, 每次传送一个字节。每个字节都按照高位(MSB)在前、低位(LSB)在后的格式传输, 2 个字节中间的第9 个时钟是应答时钟。MLX90614的数据传输是以字节为单位进行,每次发送一个字节(先高位后低位),然后判断对方 是否有应答,如果有应答就发送下一个字节,如果没有应答,重复发送该字节,如果多次重复仍得不到应答,则进行出错处理;接收数据数据时,每接收一个字节,8位接收完毕向对方发送一个应答信号,然后继续接收下一个字节。 对SMBus还需要更深入的学习,这也是我接下来要完成的任务之一。

(2)电路设计模块:

查找相关资料得知:SCL(串行时钟)和SDA(串行数据)线是双向的,必须通过一个上拉电阻或者等效电路将它们连到电源电压,连接在总线上的每一个器件的SCL和SDA都必须是漏极开路或集电极开路的(为什么是这样?这块还在研究中),因此当总线空闲时,这两条线都被拉到高电平。MLX90614与单片机连接的硬件电路如图4所示SCL、PWM/SDA管脚直接连接MCU的普通I/O口即可。

图 4 MLX90614与单片机连接的硬件电路

振蒎电路:单片机是一种时序电路,必须供给脉冲信号才能正常工作,在单片机内部已集成了振荡器控制工程网版权所有,使用晶体振荡器,接18(XTAL1)、

19(XTAL2)脚,再连上晶体震荡器、电容即可。

电路设计模块,只完成了温度传感器与单片机之间的接口电路,按键与显示接口的电路还未完成,目前还在研究中。对于按键电路的基本知识掌握了一些,键盘与单片机的接口有查询方式与中断方式,查询方式即将键盘接口的接线端直接连接到单片机的I/O端口上,也称为查询式接口,当按键按下时端口引脚出现低电平,当按键弹起时端口引脚上出现高电平,CPU采用定时查询的方法来感知按键信息。而中断方式即当接到I/O端口的按键中有任意一个被按下时,端口的引脚上会出现相应的低电平信号,端口的引脚信号经过与门运算后送到了外部中断0的输入引脚上,所以当任意一个或多个按键按下时都会触发外部中断0,可在中断服务程序中实现键盘按键值得读取。

二、存在的主要问题及解决办法

存在的问题主要是:

(1)问题:SMBus总线协议并不是太明白。解决方法:查找相关资料并阅读大量的文献大概弄明白一些,了解到测温仪的微处理器通过SMBus 总线和MLX90614实现数据传输,SMBus 有其标准通信协议,SMBus提供在主设备(MD:Master Device)和从设备(SD:Slave Device)之间的数据通讯,传输方向可以由主设备到从设备,也可以由从设备到主设备。本文中测温仪使用了一个红外温度传感器,其作为唯一从设备识别地址为00H。主设备(微处理器)、从设备(MLX90614)发送和接收数据都是以字节为单位进行的。每次发送一个字节(按位发送,发送8 个位就是一个字节),然后判断对方是否有应答,如果有应答位,就继续发送下一字节;如果没有收到应答,则重复发送此字节,直到收到应答信息,再发送下一个字节,多次重发后,都没有收到应答信息,则停止发送,结束。接收数据时,每次接收一个字节(按位接收),向对方发送一个应答信号,继续接收下一个字节。SMBus 读字和写字都有其标准格式。如图2所示。

(2)问题:不知道编程软件用哪一个。解决方法:咨询研究相关方面的老师以及上网查找,进入沈阳航空航天大学校内图书馆资源下载相关的硕士博士论文,可以借鉴论文中可以中所用到的相关软件。了解到Keil uVision是单片机的编译软件,是专门针对单片机C语言开发而设计的一个软件,此软件的使用基本教程已在毕业设计文件夹中下载。

(3)问题:对MLX90614传感器不明白它为什么可以测量到人体温度。解决方法:查找资料,了解到MLX90614 的温度测量范围为-40 ~ +125 ℃, 温度分辨率为0.02 ℃。在温度范围为+32~ +42 ℃时, 测量的绝对精度为±0 .2 ℃, 因此非常适用于对人体温度进行初步测量。MLX90614是由Melexis公司生产的数字式红外温度传感器,直接输出完全线性化的并已对环境温度进行补偿的数字温度。

(4)问题:对MLX90614传感器不了解。解决方法:查找资料,了解到MLX90614 传感器的一些基本知识点,Melexis出品的MLX90614红外非接触式测温传感器,操作简单,无需复杂的校正过程,可根据被测物体的红外辐射能量来确定的温度,不与被测物体接触,不影响被测物体温度分布场,响应速度快,测温范围广,稳定性好,可以测量微小目标温度。MLX90614内部包括EEPROM (只有某些存储单元用户能够写入,但是可以读出全部存储单元)和RAM (用户不能向RAM写入数据,但是可以读一些存储单元),MLX90614的EEPROM有32个16位存储单元,而RAM有32个17位存储单元

(5)问题:硬件设计电路不知道用哪个软件。解决方法:查找相关资料,把以前电路课程设计与计算机组成原理课程设计时所用的电路设计软件一个一个的试,发现以前的软件都用不了,最后上网查找到proteus软件,目前还在研究该软件的使用方法。

三、下一步的主要研究任务、具体设想与安排

接下来所要完成的任务如下:研究Proteus软件的使用;设计8051单片机与MLX90614传感器之间的接口电路;设计按键与显示接口接口电路;设计非接触式测温仪与电脑的接口,实现温度上传电脑。下一步主要研究任务是在开发板上进行相关的实验与设计以及实验代码的编写。

根据我对我的毕业设计题目的理解,我下一步的具体设想如下:先把Keil软件的基本编程都弄明白,然后在编写有关毕业设计的程序代码,具体包括:红外温度的采取、对采集到的温度进行处理、对收集到的数据进行整合输出相应的温度、设计电路图、查阅相关的文献弄明白MLX90614传感器等等。

具体的进度安排如下:

(1)2015.4.30:搜集资料,阅读文档,弄明白Proteus的使用。

(2)2015.5.1-5.7:完成电路图的所有设计。

(3)2015.5.8-5.20:完成代码的编写,同时在单片机开发板进行模拟实验现象。

(5)2015.5.20:按要求完成毕业论文的撰写

四、指导教师对该生前期研究工作的评价


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