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目 录

摘要 I

ABSTRACT II

1 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 功能及方案分析 1

2 设计方案论证 2

2.1 设计方案的选择 2

2.2 各模块部分的基本设计原理 4

2.2.1 单片机主控模块 4

2.2.2 体温测量模块 4

2.2.3 显示模块 5

3 硬件系统设计 6

3.1 主要元器件工作原理简介 6

3.1.1 MSP430F149单片机 6

3.1.2 NTC热敏电阻 6

3.1.3 AD7799的原理 8

3.1.4 LCD1602液晶显示器介绍 9

3.2 硬件电路设计 10

3.2.1 电源稳压电路 10

3.2.2 MSP430最小系统 11

3.2.3 信号采集电路和信号与温度的转换电路 12

3.2.4 显示电路设计 14

4 软件系统设计 15

4.1 系统整体主程序流程图 15

4.2 温度得测量与换算子程序流程图 15

5 系统测试 16

5.1 硬件测试 16

5.1.1 分单元的模块测试 16

5.1.2 系统的整体测试 17

5.2 测试的数据和结果分析 17

5.2.1 测试数据 17

5.2.2 结果分析 18

总结 19

参考文献 18

致谢 20

基于MSP430的体温测量仪的设计

高兴乐

，China

Abstract:With the improvement of the quality of life, people pay more and more attention to their health.Temperature as an essential sign of the human health has been concerned about all the time. The traditional thermometer can not measuring body temperature quickly.So the design of an electronic thermometer based on MSP430 singlechip is necessary .The function of measuring and displaying the temperature of the human body is realized in real time, quickly and easily. This design is mainly composed of the singlechip module、power circuit module、temperature detection and A/D conversion circuit module.the temperature module gathers outside temperature by NTC thermistor.the MCU control module uses MSP430 single chip microcomputer to realize the automatic control of the system. The module selects NTC thermistor to collect the external temperature and converts to voltage signal. Voltage signal converted by the A/D conversion circuit module in the AD7799 become a digital signal.the digital signal will be sent to the host of the automatic control module. Finally the temperature number will be displayed on the LCD screen.

Key words: MSP430 MCU; AD7799; NTC Thermistor; Temperature

1 绪论

温度是客观存在的物理学标量，它不断影响着人民的生活，温度的概念可以说无处不在，小到一个具体事务，大到整个自然环境都有着自己的温度值。对于人体温度的测量始于l6世纪。当时赛特瑞利用空气受热后会不断膨胀的原理，研制出了第一支通过人的口腔温度来进行温度大小检测的设备。20世纪初，人们发现水银的熔点和沸点都在常温以外，而且水银很容易受热膨胀，非常适合做温度计。因而水银开始被用来制作体温计，时至今日，水银体温计在临床测体温上还有着十分广泛的运用。但水银温度计的弊端随着它的大量使用也愈加明显，如水银的污染严重、测温周期长和刻度读数精度不够等。所以现在人们也在积极的寻求一种方便快捷的测体温方式，这时电子体温计应运而生。

1.1 研究背景及意义

由于人们的生活质量不断地改善，大家开始越来越重视自己的身体健康状态。与此同时，体温又是反映身体健康状况的一个必不可少的体征数据，这样一来，对体温的测量就显得尤为重要。由于利用水银测体温的原理和设计相对简便，测量精度又足以满足日常使用，所以它在很多领域都有所应用。但是在用它在进行体温测量时的流程比较复杂。例如，水银体温计每次使用时必须手动（大幅度甩动温度计）清除上次测量的数据残留，而且水银体温计大多用于直接接触人体腋下皮肤，这就使测量有点麻烦。同时最重要的是汞是一种重金属，它对人体的危害极大。并且体温计一旦不慎被打碎，污染太严重。为了能够实现人体体温的精确测量，人们不断研制各种设备。一直到现在，电子体温计已经走进了许多医院的大门，而其余相关电子仪器测量体温的方式也越来越受到关注。

随着单片机技术的日趋成熟与各种传感器配合应用，市场上出现种类繁多的电子体温计。按体温计设计原理主要有水银温度计、电子体温计和红外遥感体温计三种^[1]。电子体温计和红外遥感体温计分别是利用热敏电阻温度电阻关系和黑体辐射原理来将温度转化为电学量。其中红外遥感温度计量程更加宽广多用于工业生产中而红外温度传感器与物体辐射式非线性关系，因此红外传感器容易受到外界环境影响，测量误差较大。例如毛志毅、苏东明对红外体温计的实现设计一款耳道式红外遥感体温计，测量的精度在±0.1℃^[2]。而人体温度的测量中对于体温测量要求精度很高，故设计一款电子温度计，利用热敏电阻配合高精度AD模块，最终分辨力控制在0.05℃。

1.2 功能及方案分析

鉴于传统的水银体温计诸多缺点，在运用数字集成电路技术和相应的数字信号处理技术的基础上，课题设计出一种数字式电子体温计。

设计功能：当用采集数据的触头接触人体的腋窝处时仪器的显示屏能快速显示人体的体温，同时具有复位功能。

设计原理：以MSP430单片机作为系统的主控核心，外接传感器、AD模块为辅助。对于体温测量，温度控制模块选用NTC热敏电阻来采集外界温度，通过事先设计的电路转来采集电压信号。通过外接的AD7799模块接受电压信号完成模数转换，将转化得到数字信号送入MSP430F149单片机的主机中，在单片机内部利用计算好的温度-电压公式反求温度，然后将温度值传输到LCD液晶屏上并显示出来^[3]。

2 设计方案论证

体温数据测量仪的设计通常利用三种传感器来测量，下面是讨论分别利用三种不同传感器设计的设计方案。

2.1 设计方案的选择

方案一：利用热电偶组成的温差电路，温度检测元件通常使用低温的热电偶，它是将两根不同的金属导线焊接在一起^[4]，首先我们要将参考温度设置低于我们要测量的温度，通过测量此时热电偶两端的电压大小，便可通过相关公式推算出检测结点处的温度。数据采集模块是一自带A/D 转换通道的单片机，它的基本原理是将伴随着环境温度变化，导致的热电偶两端产生电压或者电流的信号，反馈给单片机。单片机通过数模转换模块，就可以将采集的电压或电流信号转化为数字信号，再利用热电偶电压温度关系就能换算出实际温度，最后将被测温度显示于显示器上。系统所包含的模拟信号转换为数字信号、对采集的到的温度进行处理并且显示出温度的大小的功能由单片机的I/O口输入单片机进行处理。除此之外还有晶振和单片机复位的电路。中央处理的芯片型号为51系列，使用按键进行手动复位。控制的对象有数码管和报警装置电路。整体结构图，如下图 2-1所示。

图 2-1 热电偶温度采集整体电路图

方案二：由DS18B20温度传感器进行温度测量。DS18B20温度传感器可以直接将温度转化为数字信号发送到单片机。系统可以利用单片机可以直接将温度传感器DS18B20测量得到的数字信号转化并传输到显示器上，可以快速测量环境温度。该系统易于扩展，将得到的数据信息，由max232和RS232两者之间进行串口数据通信，从而可以将采集到的数据进行快捷的处理^[4]，系统总体框图如下图 2-2所示。

按键输入电路

时钟电路

复位电路

报警电路

单

片

机

驱动电路

测温电路

扩展接口：对时间储存和温度信息储存，与计算机数据交换

显示电路

图 2-2 DS18B20进行温度测量的整体结构图

方案三：温度信号经过NTC热敏电阻传感器采集转换成相应的电压信号，经过AD7799模块将该模拟信号转换成数字信号，通过并口送入到主机。主机处理这些信号后得出此时的温度值，并通过LCD液晶显示屏显示出来。系统框图如图 2-3所示。

图 2-3 NTC热敏电阻测温系统框图

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