DOC《非接触式红外遥感体温计的设计》

2 系统总体方案 本系统采用热电堆红外温度传感器采集目标物体和环境温度之间的温差,放大一定倍数后以电压形式输出.由于内部集成有热敏电阻用来补偿环境温度,经过本文设计的调理电路能够将环境温度转换成电压输出.然后,这两路电压进入单片机内部自带的ADC转换成数字量,软件处理完成后将测量结果显示在LCD上.同时,系统还有用来输入命令的键盘系统和测量温度超过设定温度的报警系统以及检测电池电量的电压监控系统,具体框图如图1所示. 图1 系统总体框图

3 硬件电路设计 3.1 电源电路 3.1.1 概述 电源是一切电子设备的心脏,它设计的好坏会直接影响到该设备的稳定性和可靠性.结合本题实际,在仔细分析了各个模块的供电需求后,本文设计了一个完全可以满足本题要求的电源系统.为了提高精度,本系统的电源分为两部分,一是最小系统和显示系统的供电(图2),二是信号调理和监控部分的供电(图3).由于单片机为3.3V供电且其内部的ADC的参考电压也选择的是电源电压,故其必须比较稳定,为此采用将9V电池电压先经过7805变为5V电压,然后经过AMS1117-3.3变为稳定的3.3V电压.信号调理电路和监控电路由于对供电和基准源的精度要求都很高,为此选择了TL431,它将9V的电池电压经过内部的负反馈和外部的电阻关系变为非常稳定的5V电压供相关设备使用. 图2 控制和显示部分供电电路 图3 信号调理和监控部分供电电路 3.1.2 TL431简介 德州仪器公司(TI)生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源.它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值.TL431的具体功能可以用图4的功能模块示意.由图可以看到,内部的2.5V的基准源,接在运放的反向输入端.由运放的特性可知,只有当REF端(同向端)的电压非常接近2.5V时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着REF端电压的微小变化,通过三极管的电流将从1到100mA变化. 图4 TL431内部框图 3.2 单片机最小系统 3.2.1 MSP430F149简介 MSP430F149是一种特低功耗的混合信号微控制器,它可以被设计成用电池工作且可以工作很长时间.它具有16位的RISC结构,CPU中的16位寄存器和常数发生器,使它具有最高的代码效率,数字控制的振荡器可以使器件从低功耗模式迅速唤醒,在小于6us的时间内达到激活方式.主要特点如下所示: 低电源电压范围:1.8~3.6V 特低功耗.等待方式:1.3uA;

RAM保持关闭模式:0.15uA 低工作电流.7uA(32KHZ,2.2V);

250uA(1MHZ,2.2V) 5种节电方式 由等待方式唤醒时间:6us 16位RISC结构,125ns指令执行周期 12位A/D转换器,具有内部基准、采样保持和自动扫描等功能 定时器B:带有7个俘获/阴影比较寄存器的16位定时器 定时器A:带有3个俘获/阴影比较寄存器的16位定时器 片上比较器 2KB RAM和60KB ROM空间 3.2.2 最小系统 最小系统主要包括维持单片机运转所需要的复位电路、晶体振荡电路和电源构成.具体电路如图5所示. 图5 MSP430F149最小系统 3.3 键盘系统 图6 键盘系统电路 考虑到用户不仅需要手动启动测温过程而且还要在每次测温前设定一些参数以及查询历史值,所以本设计采用四个独立式按键来构成键盘系统,通过该系统,用户就可以很方便的使用该测温仪了.具体电路如图6所示.按键功能分配如表1所示. 按键 键名 功能 S1 测温 启动测温 S2 历史查询 查询最近6次历史值 S3 温度单位切换 选择摄氏温标或者华氏温标 S4 报警选择 启动报警或者关闭报警 表1 按键功能分配表 3.4 显示系统 3.4.1 系统概述 考虑到系统不仅需要显示各个参量的设置信息而且还要显示当前各个参量的状态以及当前的测温值.虽然说这些参量用数码管完全可以显示出来,但是考虑到一是占用大量IO口,硬件复杂;