F题__辽宁赛区—大连理工大学——简易无接触温度测量和身份识别装置

邱世豪

                                                       2020年TI杯大学生电子设计竞赛
                                              简易无接触温度测量与身份识别装置（F题）
摘    要
   无接触温度测量与身份识别装置与传统的测温和身份识别装置不同。它利用温度传感器对物体自身的红外辐射进行测量，从而准确的确定其表面温度。与传统测温相比，效率更高更准确更易操作。其通过光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理器等部分协调工作，实现了快速准确无接触。适应了当前社会高效率低风险的工作追求。在疫情防控、安检排查等方面发挥重要作用。
   集体设计无接触温度测量与身份识别装置，讨论整个电路的硬件设计与软件实现，并尽量给出合理的解决方案。为了便于操控与性价比等综合考虑，采用了MSP-EXP430F5529LP单片机作为核心控制器，设计了控制电路、检测电路，键盘电路、显示电路。通过比较法和模糊控制技术及软硬件的配合，实现了整个电路的设计。


关键字；无接触、温度传感器、MSP-EXP430F5529LP
简易无接触温度测量与身份识别装置（F题）
【本科组】
1系统方案
本系统主要由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理器下面分别论证这几个模块的选择。
1.1 单片机模块的论证与选择
方案一：选STC89C52作为主控芯片，STC89C52周期比较慢，使系统反应比较慢。
方案二:选MSP-EXP430F5529LP作为主控芯片，MSP-EXP430F5529LP周期较快、处理能力更强、工作稳定且能耗低，更满足我们的工作要求。
综合以上二种方案，选择方案二。
1.2 控制系统的论证与选择
方案一：利用可调电阻的电压，控制恒流的输出
      使用可调电阻上面所分到的电压作为基准电压，也就是硬件上实现了一个闭环控制，从而达到回路中电流的恒定，但是利用可调电阻，分得的电压很难达到一个自己想要的恒定电流。
方案二：利用单片机控制外接DAC7512芯片模块，输出的电压作为基准电压，控制恒流输出
       利用单片机来控制12位的DAC7512，可以是电压输出更加的稳定，也可以用过按键来调节电压的输出，并可以精确的计算出电压的值。是你调节起来更加的方便，和快捷
经过我们的考虑最终选择的通过DAC7512芯片来实现对基准电压进行控制，来实现恒流的目的。
2电路与程序设计
2.1系统总体框图
2.1.1系统总体结构
单片机是使用msp-exp430f5529lp的S12XS128芯片，ADC转化芯片是使用了16位ADS1115，DAC转换芯片是使用了DAC7812芯片，显示是用了液晶9341.
2.2电路原理图
2.2.1 单片机及外围电路电路原理图
单片机及其外围电路，主要包括了S12XS128最小系统板、ADC模块、DAC模块、电源模块，按键模块以及液晶显示模块等。
2.2.2 硬件闭环控制电路原理

硬件闭环控制：通过J1脚上给定的电压，通过比较器，当给定电压大于R8采样电阻两端电压时，MOS管进行导通，电流上升，随后是R8采样电阻上的电压增大，那采样电阻的电压大于给定电压是，MOS管关断，电流下降，降到给定的电压以下是，MOS又导通，从而形成了闭环控制。这样可以使采样电阻上电压稳定，根据欧姆定律，计算出流过回路的电流。电流=电压/电阻，从而达到恒流的目的。

2.2.3 温度采集装置电路的原理图
通过MlX90614测量温度原理
MLX90614有适用于 3 伏和 5 伏电源操作的两种类型。由于 3 伏型其小于 2 毫安的电流消耗，它非常适用于手提装置和电池动力装置。为此，传感器也具有一个节能“休眠”模式，此时电流消耗可低于 2 毫安。对于 12 伏汽车电池直接供电的情况，5 伏型包含的电子部件可与几个外部元件一起在较高电压下运行。
3.2程序的设计3.2.1程序功能描述与设计思路

1、程序功能描述

    无接触温度测量

根据题目要求软件部分主要实现液晶屏的设置和显示

1）键盘实现功能：复位，

2）显示部分：显示测量温度，

2、程序设计思路

   首先初始化I/O、DA、AD、按键，然后分别对DAC7512输出基准电压，用MLX90614进行温度采集，读取测量的值并送入单片机，最后用9341液晶显示测量温度.

4测试方案与测试结果4.1测试方案

1、硬件测试

    首先分模块搭建硬件电路并分别测试成功，然后将分立的模块搭建在一起测试整体功能。经测试，我们的电源模块、功耗模块、单片机控制模块以及信号检测放大模块均工作正常。

2、软件仿真测试

    软件测试我们选择在搭好的硬件上直接测试，结果正常。

3、硬件软件联调

    软件测试我们选择在搭好的硬件上直接测试，结果正常。

4.2 测试条件与仪器

容器中温度稳定的液态水，测试人员

室温恒定

标准温度计

标准测试距离：1~4 cm

4.3 测试结果及分析

     经过测试，系统各部分均工作正常。在标准距离内温度能准确显示，测量误差可以控制在1℃以内。超过38℃ 蜂鸣器自动报警。

4.3.1测试结果(数据)

4.3.2测试分析与结论

根据上述测试数据，系统温度在内可调，具有自动测量目标物体温度由此可以得出以下结论：

1. 做到无接触测量物体温度，

2. 超过温度阈值自动报警，

3.能比较精确的显示测量物体温度。

综上所述，本设计达到设计要求。