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文檔簡介
1、<p><b> 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告書</b></p><p> 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中期檢查表</p><p> 院(系): 物理系 專業(yè): 電子信息工程 2010年04月15日</p><p><b> 目 錄</b></p><
2、;p><b> 摘要及關(guān)鍵詞</b></p><p><b> 引言</b></p><p> 1. 設(shè)計(jì)思路與原理方框圖</p><p><b> 1.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p> 1.2系統(tǒng)方框圖及測(cè)量原理</p><p
3、><b> 2. 器件選擇</b></p><p> 2.1紅外器件的選擇</p><p> 2.2 LM358放大器件</p><p> 2.3溫度傳感器DS18B20</p><p> 2.4 A/D轉(zhuǎn)換器TLC549</p><p> 2.5 AT89C51單片機(jī)
4、</p><p> 2.6顯示器件LM016L</p><p><b> 3.電路設(shè)計(jì)</b></p><p> 3.1復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p> 3.2上下限溫度控制電路</p><p><b> 3.3報(bào)警電路</b></p>&l
5、t;p><b> 3.4顯示電路</b></p><p> 3.5 P7187紅外傳感電路</p><p> 4. 系統(tǒng)的調(diào)試仿真</p><p><b> 5.源程序</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><
6、p><b> 致謝</b></p><p> 紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置的設(shè)計(jì)與研制</p><p> 摘 要 系統(tǒng)由紅外熱釋傳感器、溫度傳感器DS18B20、高精度放大器、A/D轉(zhuǎn)換器TLC549、AT89C51單片機(jī)、譯碼顯示模塊與報(bào)警電路等部分構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)非接觸式紅外快速測(cè)溫,它能夠在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量出人體的溫度,而在測(cè)得溫度超出某一范圍時(shí)即啟用報(bào)
7、警電路進(jìn)行超標(biāo)報(bào)警。文中提出了具體設(shè)計(jì)方案,討論了紅外非接觸式體溫計(jì)的基本原理,進(jìn)行了可行性論證。給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。由于利用了單片機(jī)及數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)的各方面性能得到了顯著的提高。具有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動(dòng)被測(cè)目標(biāo)溫度分布場(chǎng)、測(cè)量精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn);同時(shí)也有測(cè)量值受被測(cè)物體發(fā)射率、反射熱源、氣氛干擾影響的弱點(diǎn)。</p><p> 關(guān) 鍵 詞 紅外熱釋傳感器;溫度傳感器;
8、快速檢測(cè);非接觸測(cè)量;A/D轉(zhuǎn)換器;單片機(jī);譯碼顯示;超標(biāo)報(bào)警</p><p> Abstract This system by infrared pyroelectric sensor, temperature sensor DS18B20, high accuracy amplifier,A/D switch TLC549, AT89C51 microcomputer master control par
9、t constitution ,decoding demonstration module and warning circuit . Realized the non-contact type infrared clinical thermometer.It can be accurate in shorter time to measure a temperature of human body, but at measure th
10、e temperature outrun some one scope be in use to report to the police electric circuit to carry on a super mark to</p><p> Key words Pyroelectric Infrared Sensors, temperature sensor,fast check,non contact
11、 measurement, A/D switch,single chip computer, decoding demonstration, excess warning </p><p><b> 引言</b></p><p> 目前,國內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量是用醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)(俗稱體溫表)、醫(yī)用電子接觸式溫度計(jì)(常用熱敏電阻作為它的感溫元件等插入人體內(nèi)部(舌下
12、、肛門)或置于腋下,通過與人體接觸使溫度計(jì)測(cè)出人的體溫。但這些體溫計(jì)的缺點(diǎn)是測(cè)量的速度慢(約2分鐘以上)。玻璃水銀溫度計(jì)還易碎,在使用時(shí)容易因消毒不徹底而引起交叉感染。紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置,有效地避免國內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量的缺點(diǎn),能夠在機(jī)場(chǎng)、海關(guān)、車站、賓館、商場(chǎng)、影院、寫字樓、學(xué)校等人流量較大的公共場(chǎng)所,快速,準(zhǔn)確,沒有交叉感染地測(cè)出人體溫度。在2003年全國防“非典”斗爭(zhēng)中,中科院上海技術(shù)物理研究所在863計(jì)劃高技術(shù)成果的基礎(chǔ)上對(duì)
13、紅外技術(shù)應(yīng)用于非接觸式測(cè)溫進(jìn)行了深入研究,在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)成功了“非接觸式紅外測(cè)溫儀”,打開了國內(nèi)“非接觸式測(cè)量”的新篇章,但由于這種裝置受一定因素影響,測(cè)量結(jié)果還有待進(jìn)一步進(jìn)行校正。 在國外,非接觸式紅外測(cè)溫儀已經(jīng)非常先進(jìn)了,自1999年就有許多國家致力于這方面的開發(fā)研究,到現(xiàn)在為止很多國家的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平,并已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。比如:美國早在2001年就頒布了有關(guān)紅外測(cè)溫儀的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),美國雷泰公司生產(chǎn)的</p
14、><p> 1. 設(shè)計(jì)思路與原理方框圖</p><p><b> 1.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p> 本設(shè)計(jì)中采用的熱釋電紅外傳感器是PerkinElmer Optoelectronics的P7187。溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的DS18B20。單片機(jī)是TI公司的帶有LCD驅(qū)動(dòng)的低功耗單片機(jī),可以直接與LCD屏相連
15、而不需要另外的驅(qū)動(dòng)電路,它最多可以顯示96段。ADC采用的是AD公司帶有恒定電流源的高精度的16位∑-△AD,它為兩路輸入,一路與熱電堆相連,另一路與熱敏電阻相連。恒定電流源可以用于補(bǔ)償電路中驅(qū)動(dòng)熱敏電阻。利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集,通過轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再將電信號(hào)通過放大電路,A/D轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中,最后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理,將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小
16、的溫度值并將結(jié)果送到LCD進(jìn)行顯示。</p><p> 1.2 系統(tǒng)方框圖及測(cè)量原理</p><p> 1.2.1 系統(tǒng)方框圖</p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,建立總的系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架??傮w框架圖如1.2-1</p><p> 1.2-1紅外測(cè)溫裝置襲擊框架</p><p> 1.2.2 測(cè)量原理</p&g
17、t;<p> 自然界一切溫度高于絕對(duì)零度(-273.15℃)的物體,由于分子的熱運(yùn)動(dòng),都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波,其輻射能量與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。</p><p> 公式一中:E為輻射出射度,表現(xiàn)物體輻射能力的強(qiáng)弱,單位是W/m3;δ為斯蒂芬—彼爾茲曼常數(shù),5.67×10-8W/(m2·K4);ε為物體的輻射率;T為物體的溫度,單位K;T0為
18、物體周圍的環(huán)境溫度,單位K。物體的溫度越高,輻射功率就越大。相反,物體輻射功率越大,其溫度也越高,利用這個(gè)公式,我們就可以知道所測(cè)量物體的溫度。</p><p> 人體主要輻射波長在9~10μm的紅紅外線,通過對(duì)人體量的測(cè)量,便能準(zhǔn)確的測(cè)量人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收,因而能更準(zhǔn)確的測(cè)量人體表面溫度。紅外測(cè)溫最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快,并由于它只吸收人體對(duì)外發(fā)射的紅外輻射,沒有任何化學(xué)、生物因
19、素作用于人體,所以可以安全放心使用。</p><p> 紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置是利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集,通過轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再將電信號(hào)通過放大電路,A/D轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中,最后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理,將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小的溫度值顯示輸出。當(dāng)人體靠近紅外探測(cè)器的有效范圍后,人體釋放的電磁波或紅外輻射會(huì)被紅外熱釋傳感器所
20、吸收,從而引起紅外熱釋傳感器輸出電壓的變化。但因其輸出電壓信號(hào)特別小,所以要經(jīng)過一定的放大處理。然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換等電路處理后送入單片機(jī),單片機(jī)將傳送過來的數(shù)據(jù)信號(hào)分析處理,并將起轉(zhuǎn)換為相應(yīng)大小的溫度值顯示輸出。當(dāng)顯示的溫度低于所設(shè)置的溫度(T<TL)就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電路聲光報(bào)警;當(dāng)顯示的溫度高于所設(shè)置的最高溫度(T>TH),也會(huì)啟動(dòng)聲光電路報(bào)警。圖1.2-2是紅外測(cè)溫的系統(tǒng)原理圖。</p><p> 1.2-2系
21、統(tǒng)原理圖</p><p><b> 2 器件選擇</b></p><p> 2.1 紅外器件的選擇</p><p> 2.1.1 熱釋電效應(yīng)</p><p> 當(dāng)一些晶體受熱時(shí),在晶體兩端將會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷,這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象,被稱為熱釋電效應(yīng)。通常,晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空
22、氣中附著在晶體表面的自由電子所中和,其自發(fā)極化電性不能表現(xiàn)出來。某些晶體(如:PZT,LiTaO3,PVFZ等)的表面接受了紅外線的輻射能量,其表面產(chǎn)生溫度變化,隨著溫度的上升或下降,這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化。圖2.1.1-1為熱釋電晶體表面電荷隨溫度變化的移動(dòng)情況。</p><p> 圖 2.1.1-1 熱釋電效應(yīng)圖</p><p> 可見,當(dāng)紅外線照射熱釋電元件時(shí),其內(nèi)部極
23、化作用發(fā)生很大的變化,其變化部分作為電荷釋放出,從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。由此可見,熱釋電傳感器只有在溫度變化時(shí)才有輸出電壓。</p><p> 2.1.2 P7187熱釋電紅外傳感器</p><p> 熱釋電紅外傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng),是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成,元件兩個(gè)表面做成電極,當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí),熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩
24、個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ,即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場(chǎng)效應(yīng)管FET等組成。其中,濾光片設(shè)置在窗口處,組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片,對(duì)太陽光和熒光燈光的短波長(約5mm以下)可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm~12mm之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感,在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片,使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。
25、P7187熱釋電紅外探測(cè)器是由熱釋電紅外傳感器、菲涅耳透鏡及電子電路組成的一種光電檢測(cè)裝置。他能無接觸地檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射出的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。人體的體溫約為3 7℃,輻射最多紅外線的波長是10μm左右,而P7187對(duì)7~20μm范圍波長比較靈敏,他采用了2個(gè)熱釋電元件PZT板,PZT板表面吸收紅外線,并在受光面的內(nèi)外各自安裝取出電荷的一對(duì)電極,能敏感的捕捉到被測(cè)物體或光源,具有</p><p> 圖2
26、.1.2-1 P7187熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖與等效電路圖</p><p> 2.2 LM358放大器件</p><p> (1)LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)
27、合。</p><p> ?。?)LM358參數(shù)特性</p><p><b> · 內(nèi)部頻率補(bǔ)償;</b></p><p><b> · 內(nèi)部頻率補(bǔ)償;</b></p><p> · 直流電壓增益高(約100dB);</p><p>
28、183; 單位增益頻帶寬(約1MHz);</p><p> · 電源電壓范圍寬:單電源(3—30V);</p><p> ·雙電源(±1.5 一±15V);</p><p> · 低功耗電流,適合于電池供電;</p><p><b> · 低輸入偏流;</b&
29、gt;</p><p> · 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流;</p><p> · 共模輸入電壓范圍寬,包括接地;</p><p> · 差模輸入電壓范圍寬,等于電源電壓范圍;</p><p> · 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V);</p><p> 2.3 溫度
30、傳感器DS18B20</p><p> 2.3.1 DS18B20性能特點(diǎn)</p><p> DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比,它能直接讀出被測(cè)溫度,并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)如下:</p><p> ●獨(dú)特的單線
31、接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信;</p><p> ●多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能;</p><p><b> ●無須外部器件;</b></p><p> ●可通過數(shù)據(jù)線供電,電壓范圍為3.0~5.5V;</p><p><b> ●零待機(jī)功耗;</b><
32、/p><p> ●溫度以9或12位數(shù)字;</p><p> ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置;</p><p> ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度(溫度報(bào)警條件)的器件;</p><p> ●負(fù)電壓特性,電源極性接反時(shí),溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀,但不能正常工作; </p><p> 2.3.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)&
33、lt;/p><p> DS18B20采用3腳PR-35封裝或8腳SOIC封裝,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3.2-1</p><p> 圖2.3.2-1DS18B20其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖</p><p> 64位ROM的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào),接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào),共有48位,最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼,這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。
34、溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL,可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。</p><p> DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器,結(jié)構(gòu)如圖3所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息,第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝,是易失的,每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié),為配置寄存器,它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中
35、的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖2.3.2-2所示。低5位一直為1,TM是工作模式位,用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式,DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0,用戶要去改動(dòng),R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù),來設(shè)置分辨率。</p><p> 圖2.3.2-2 DS18B20的字節(jié)定義</p><p> 由圖2.3.2-3可見,DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間
36、比較長,而且分辨率越高,所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此,在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。</p><p><b> 圖2.3.2-3</b></p><p> 高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用,表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼,可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù),從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。</p><p> 當(dāng)DS1
37、8B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后,開始啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù),讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先,高位在后,數(shù)據(jù)格式以0.0625℃/LSB形式表示。</p><p> 當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí),表示測(cè)得的溫度值為正值,可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制;當(dāng)符號(hào)位S=1時(shí),表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值,要先將補(bǔ)碼變成原碼,再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。圖
38、2.3.2-4是一部分溫度值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)。</p><p> DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后,就把測(cè)得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T>TH或T<TL,則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位,并對(duì)主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此,可用多只DS18B20同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。</p><p> 在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼(CRC)。主機(jī)RO
39、M的前56位來計(jì)算CRC值,并和存入DS18B20的CRC值作比較,以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。</p><p> DS18B20的測(cè)溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小,用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1;高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變,所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)據(jù)2的脈沖輸入。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門,當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí),DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的
40、時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定,每次測(cè)量前,首先將0℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中,計(jì)數(shù)器1和溫度寄</p><p> 存器被預(yù)置在0℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。</p><p> 減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù),當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí),溫度寄存器的值將加1,減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被</
41、p><p> 裝入,減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此</p><p> 循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí),停止溫度寄存器的累加,此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值,只要計(jì)數(shù)器門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直到溫度寄存器值大致被測(cè)溫度值。</p><p> 圖2.3.2-4 一部分溫度對(duì)應(yīng)表</p&g
42、t;<p> 另外,由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的,它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念,因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為:初使化DS18B20(發(fā)復(fù)位脈沖)→發(fā)ROM功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。</p><p> 2.4 A/D 轉(zhuǎn)換器TLC549</p><p> 2.4.1TLC549 的性能參數(shù)</p>
43、<p> TLC549是采用IinCMOSTM技術(shù)并以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的8為串行A/D芯片,可與通用微處理器、控制器通過I/O、CLOCK CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。TLC549既有4MHz的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路,轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為17μs,允許最高轉(zhuǎn)換速度達(dá)40000次/s。總失調(diào)誤差最大為±0.5LSB,典型功耗為6mW。TLC549采用差分參考電壓高阻輸入,抗干擾,可按比例量程
44、校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍,由于其VREF-接地時(shí),(VREF+)-(VREF-)≥1V,故可用于較小信號(hào)的采樣,此外該芯片還單電源3~6V的供電范圍。總之,TLC549具有控制口線少,時(shí)序簡單,轉(zhuǎn)換速度快,低功耗,價(jià)格便宜等特點(diǎn),故我們選用TLC549作為A/D轉(zhuǎn)換器件使</p><p> 用。TLC549的內(nèi)部框圖和引腳名稱如圖2.4.1-1</p><p> 圖2.4.1-1 TLC549內(nèi)部
45、框圖</p><p> 2.4.2 TLC549的工作原理</p><p> TLC549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘,該時(shí)鐘與I/O CLOCK是獨(dú)立工作的,無需特殊速度和相位匹配。當(dāng)CS為高時(shí),數(shù)據(jù)DATA OUT端處于高阻態(tài),此時(shí)I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用TLC549時(shí),共用I/O CLOCK,以減少A/D使用時(shí)的I/O控制端口。</p><
46、;p> 2.5 AT89C51</p><p> AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組
47、合在單個(gè)芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51的管腳如圖2.5-1</p><p> 2.5-1 AT89C51的管腳圖</p><p><b> 1.主要特性</b></p><p> ·與MCS-51 兼容</p><p&g
48、t; ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器</p><p> ·壽命:1000寫/擦循環(huán)</p><p> ·數(shù)據(jù)保留時(shí)間:10年</p><p> ·全靜態(tài)工作:0Hz-24Hz</p><p> ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定</p><p> ·128*8位內(nèi)部
49、RAM</p><p> ·32可編程I/O線</p><p> ·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b> ·5個(gè)中斷源</b></p><p><b> ·可編程串行通道</b></p><p> ·低
50、功耗的閑置和掉電模式</p><p> ·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p> 2.6 顯示器件LM016L</p><p> LM016L是雙行顯示的液晶顯示器。在溫度顯示方面觀察較方便,相比較于LED數(shù)碼管其連接電路簡單而且觀察方便。</p><p><b> 3 電路設(shè)計(jì)</b></p&
51、gt;<p> 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)整體硬件電路包括:紅外信號(hào)采集部分,環(huán)境溫度采集部分,復(fù)位部分,鍵盤輸入部分,顯示部分,報(bào)警部分等電路組成。</p><p> 3.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p> 當(dāng)在AT89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期時(shí),單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。若該引腳一直保持高電平,單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。</p>&
52、lt;p> 我們采用的是上電與按鍵均有效的電路。按健復(fù)位電路是上電手動(dòng)復(fù)位,使用比較方便,在程序跑飛時(shí),可以手動(dòng)復(fù)位,這樣就不用在重起單片機(jī)電源,就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位電路如下圖3.1-1</p><p><b> 3.1-1復(fù)位電路</b></p><p> 3.2 上下限溫度控制電路</p><p> 如圖3.2-1該電路由四個(gè)
53、點(diǎn)動(dòng)式開關(guān)構(gòu)成,分別送入單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口。開始時(shí)P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口的電位都處于高電位,此時(shí)顯示屏顯示當(dāng)前溫度,當(dāng)按下控制P1.5的開關(guān)立即就會(huì)顯示上限溫度和下限溫度。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)置的溫度上限過低,再點(diǎn)擊控制P1.5的開關(guān)就會(huì)將溫度上限所設(shè)置的溫度降低,點(diǎn)擊P1.7確定。如果覺得上限溫度設(shè)置的過低,此時(shí)按下控制P1.4的開關(guān),點(diǎn)擊控制P1.5的開關(guān)就可將溫度上限所設(shè)置的溫度升高,同樣點(diǎn)擊
54、P1.7確定。上述是對(duì)溫度上限的設(shè)置。當(dāng)需要設(shè)置溫度下限的時(shí)候,我們同樣需要點(diǎn)擊控制P1.5的開關(guān),在顯示溫度上限和下限時(shí)點(diǎn)擊控制P1.6的開關(guān)就可調(diào)節(jié)溫度下限,點(diǎn)擊控制P1.4的開關(guān)就可以在升溫降溫間轉(zhuǎn)換,設(shè)置好以后按確定按鈕回到當(dāng)前溫度顯示狀態(tài)。</p><p> 3.2-1上下限溫度控制</p><p><b> 3.3 報(bào)警電路</b></p>
55、<p> 如圖3.3-1發(fā)聲器由P3.7口輸出,當(dāng)溫度傳感器或紅外傳感器所探測(cè)的溫度低于或高于所設(shè)置的溫度上下限,揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出連續(xù)的報(bào)警聲。</p><p> 圖3.3-1報(bào)警電路</p><p><b> 3.4 顯示電路</b></p><p> 圖3.3.4-1是LM016L與單片機(jī)的連接電路圖。LM016L是雙行
56、顯示的液晶顯示器。在溫度顯示方面觀察較方便,相比較于LED數(shù)碼管其連接電路簡單而且觀察方便。</p><p> 圖3.4-1顯示電路</p><p> 3.5 P7187紅外傳感電路</p><p> 如圖3.5-1是紅外熱釋傳感器的工作電路圖,該電路有放大和濾波功能。</p><p><b> 4 系統(tǒng)調(diào)試仿真</b
57、></p><p><b> 仿真步驟:</b></p><p> 在PROTUES中按照設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)框架搭圖。</p><p> 利用QTH軟件驚醒程序調(diào)試,生成 XX.HEX文件。</p><p> 在PROTUES圖中加載XX.HEX。</p><p><b>
58、觀察現(xiàn)象。</b></p><p> 在電路圖中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RV1改變紅外放大電壓大小,觀察輸出信號(hào)大小,使其信號(hào)不要超出ICL549的基準(zhǔn)電壓,以免燒壞A/D轉(zhuǎn)換器ICL549。</p><p><b> 調(diào)試注意事項(xiàng):</b></p><p> 調(diào)節(jié)RV1大小時(shí)注意使其信號(hào)不要超出ICL549的基準(zhǔn)電壓,以免燒壞A/D轉(zhuǎn)
59、換器ICL549。</p><p> 在不超過紅外傳感器溫度上限和下限的情況下調(diào)試。</p><p><b> 5 源程序</b></p><p> TEMP_ZH DATA 24H</p><p> TEMPL DATA 25H</p><p> TEMPH D
60、ATA 26H</p><p> TEMP_TH DATA 27H</p><p> TEMP_TL DATA 28H</p><p> TEMPHC DATA 29H</p><p> TEMPLC DATA 2AH</p><p> k0 EQU P1.0&l
61、t;/p><p> K1 EQU P1.4</p><p> K2 EQU P1.5</p><p> K3 EQU P1.6</p><p> K4 EQU P1.7</p><p> DATE_SDO P2.5</p><
62、;p> DATE_CS P2.6</p><p> DATE_CLK P2.7 </p><p> BEEP EQU P3.7</p><p> LCD_X EQU 2FH </p><p> LCD_RS EQU P2.0</p><p> LCD_RW
63、 EQU P2.1</p><p> LCD_EN EQU P2.2</p><p> flag1 equ 20H.0</p><p> KEY_UD EQU 20H.1</p><p> date_line equ p3.3</p><p> ORG 0000H</
64、p><p><b> JMP MAIN</b></p><p> MAIN: MOV SP,#60H</p><p> MOV A,#00H</p><p> MOV R0,#20H</p><p> MOV R1,#10H</p><p> CL
65、EAR: MOV @R0,A</p><p><b> INC R0</b></p><p> DJNZ R1,CLEAR</p><p> CALL SET_LCD</p><p> CALL RE_18B20</p><p> START: CALL RESET&
66、lt;/p><p> JNB FLAG1,START1 </p><p> CALL MENU_OK</p><p> CALL READ_E2</p><p> CALL TEMP_BJ</p><p> JMP START2</p><p> START1: CAL
67、L MENU_ERROR</p><p> CALL TEMP_BJ</p><p><b> JMP $</b></p><p> START2: CALL RESET</p><p> JNB FLAG1,START1</p><p> MOV A,#0CCH &l
68、t;/p><p> CALL WRITE</p><p> MOV A,#44H </p><p> CALL WRITE</p><p> CALL RESET</p><p> MOV A,#0CCH</p><p> CALL WRITE</p>&l
69、t;p> MOV A,#0BEH </p><p> CALL WRITE</p><p> CALL READ</p><p> call CONVTEMP</p><p> Call DISPBCD</p><p><b> CALL CONV</b></p&g
70、t;<p> CALL TEMP_COMP</p><p> CALL PROC_KEY</p><p> SJMP START2</p><p> PROC_KEY:JB K1,PROC_K1</p><p> CALL BEEP_BL</p><p><b> JNB K
71、1,$</b></p><p> MOV DPTR,#M_ALAX1</p><p><b> MOV A,#1</b></p><p> CALL LCD_PRINT</p><p> CALL LOOK_ALARM</p><p><b> JB K3
72、,$</b></p><p> CALL BEEP_BL</p><p> JMP PROC_K2</p><p> PROC_K1: JB K2,PROC_END</p><p> CALL BEEP_BL</p><p><b> JNB K2,$</b><
73、;/p><p> MOV DPTR,#RESET_A1</p><p> MOV A,#1</p><p> CALL LCD_PRINT</p><p> CALL SET_ALARM</p><p> CALL RE_18B20</p><p> CALL WRITE
74、_E2</p><p> PROC_K2:CALL MENU_OK</p><p> CALL TEMP_BJ</p><p> PROC_END:RET</p><p> SET_ALARM: CALL RESET_ALARM</p><p> CALL LOOK_ALARM</p>
75、<p> AS0: JB K1,AS00</p><p> CALL BEEP_BL</p><p><b> JNB K1,$</b></p><p> CPL 20H.1 </p><p> AS00: JB 20H.1,ASZ01</p><p>
76、 JMP ASJ01 </p><p> ASZ01: JB K2,ASZ02 </p><p> CALL BEEP_BL</p><p> INC TEMP_TH</p><p> MOV A,TEMP_TH</p><p> CJNE A,#120,ASZ011</p>&
77、lt;p> MOV TEMP_TH,#0</p><p> ASZ011: CALL LOOK_ALARM</p><p> MOV R5,#10</p><p> CALL DELAY</p><p> JMP ASZ01</p><p> ASZ02: JB K3,ASZ03 &
78、lt;/p><p> CALL BEEP_BL</p><p> INC TEMP_TL</p><p> MOV A,TEMP_TL</p><p> CJNE A,#99,ASZ021</p><p> MOV TEMP_TL,#00H</p><p> ASZ021:
79、CALL LOOK_ALARM </p><p> MOV R5,#10</p><p> CALL DELAY</p><p> JMP ASZ02</p><p> ASZ03: JB K4,AS0</p><p> CALL BEEP_BL</p><p><
80、;b> JNB K4,$</b></p><p><b> RET</b></p><p> ASJ01: JB K2,ASJ02 </p><p> CALL BEEP_BL</p><p> DEC TEMP_TH</p><p> MOV A,T
81、EMP_TH</p><p> CJNE A,#0FFH,ASJ011</p><p> JMP ASJ022</p><p> ASJ011: CALL LOOK_ALARM</p><p> MOV R5,#10</p><p> CALL DELAY</p><p>
82、<b> JMP AS0</b></p><p> ASJ02: JB K3,ASJ03 </p><p> CALL BEEP_BL</p><p> DEC TEMP_TL</p><p> MOV A,TEMP_TL</p><p> CJNE A,#0FFH,A
83、SJ021</p><p> JMP ASJ022</p><p> ASJ021: CALL LOOK_ALARM</p><p> MOV R5,#10</p><p> CALL DELAY</p><p><b> JMP AS0</b></p><
84、;p> ASJ022: CPL 20H.1</p><p> JMP ASZ01</p><p> ASJ03: JMP ASZ03</p><p><b> RET</b></p><p> RESET_ALARM:MOV DPTR,#RESET_A1</p><p&g
85、t; MOV A,#1 </p><p> CALL LCD_PRINT</p><p><b> RET</b></p><p> RESET_A1:DB "RESET ALERT CODE"</p><p> TEMP_COMP: MOV A,TEMP_TH</p>
86、<p> SUBB A,TEMP_ZH</p><p> JC CHULI1</p><p> MOV A,TEMP_ZH</p><p> SUBB A,TEMP_TL</p><p> JC CHULI2 </p><p> MOV DPTR,#BJ5</p>&l
87、t;p> CALL TEMP_BJ3</p><p><b> RET</b></p><p> CHULI1: MOV DPTR,#BJ3</p><p> CALL TEMP_BJ3</p><p> CALL BEEP_BL</p><p><b> R
88、ET</b></p><p> CHULI2: MOV DPTR,#BJ4</p><p> CALL TEMP_BJ3</p><p> CALL BEEP_BL</p><p><b> RET</b></p><p> TEMP_BJ3: MOV A,#0CE
89、H</p><p><b> CALL WCOM</b></p><p> MOV R1,#0</p><p> MOV R0,#2</p><p> BBJJ3: MOV A,R1</p><p> MOVC A,@A+DPTR</p><p>
90、CALL WDATA</p><p><b> INC R1</b></p><p> DJNZ R0,BBJJ3</p><p><b> RET</b></p><p> BJ3:DB ">H"</p><p> BJ4:DB
91、"<L"</p><p> BJ5:DB " !"</p><p> TEMP_BJ: MOV A,#0CBH</p><p><b> CALL WCOM</b></p><p> MOV DPTR,#BJ1</p><p> MOV
92、 R1,#0</p><p> MOV R0,#2</p><p> BBJJ1: MOV A,R1</p><p> MOVC A,@A+DPTR</p><p> CALL WDATA</p><p><b> INC R1</b></p><p&g
93、t; DJNZ R0,BBJJ1</p><p><b> RET</b></p><p> BJ1:DB 00H,"C"</p><p> MENU_OK: MOV DPTR,#M_OK1</p><p><b> MOV A,#1</b></p>
94、<p> CALL LCD_PRINT</p><p> MOV DPTR,#M_OK2</p><p><b> MOV A,#2</b></p><p> CALL LCD_PRINT</p><p><b> RET</b></p><p&g
95、t; M_OK1: DB " DS18B20 OK ",0</p><p> M_OK2:DB " TEMP: ",0</p><p> MENU_ERROR:MOV DPTR,#M_ERROR1 </p><p><b> MOV A,#1</b></
96、p><p> CALL LCD_PRINT</p><p> MOV DPTR,#M_ERROR2</p><p><b> MOV A,#2</b></p><p> CALL LCD_PRINT</p><p><b> RET</b></p>
97、<p> M_ERROR1: DB " DS18B20 ERROR ",0</p><p> M_ERROR2:DB " TEMP: ---- ",0</p><p> RESET: setb date_line</p><p><b> nop</b></p
98、><p> clr date_line</p><p> mov r0,#6bh </p><p> mov r1,#04h</p><p> tsr1: djnz r0,$</p><p> mov r0,#6bh</p><p> djnz r1,tsr1</p>
99、<p> setb date_line </p><p><b> nop</b></p><p><b> nop</b></p><p><b> nop</b></p><p> mov r0,#32h</p><p> ts
100、r2: jnb date_line,tsr3</p><p> djnz r0,tsr2</p><p><b> jmp tsr4 </b></p><p> tsr3: setb flag1 </p><p><b> jmp tsr5</b></p><p&
101、gt; tsr4: clr flag1 </p><p><b> jmp tsr7</b></p><p> tsr5: mov r0,#06bh</p><p> tsr6: djnz r0,$ </p><p> tsr7: setb date_line</p><p&
102、gt;<b> ret</b></p><p> RE_18B20:JB FLAG1,RE_18B20A</p><p><b> RET</b></p><p> RE_18B20A:CALL RESET</p><p> MOV A,#0CCH </p><p
103、> LCALL WRITE</p><p> MOV A,#4EH </p><p> LCALL WRITE</p><p> MOV A,TEMP_TH</p><p> LCALL WRITE</p><p> MOV A,TEMP_TL</p><p>
104、LCALL WRITE</p><p> MOV A,#7FH </p><p> LCALL WRITE</p><p><b> RET</b></p><p> WRITE_E2:CALL RESET</p><p> MOV A,#0CCH </p>&l
105、t;p> LCALL WRITE</p><p> MOV A,#48H </p><p> LCALL WRITE</p><p><b> RET</b></p><p> READ_E2:CALL RESET</p><p> MOV A,#0CCH </p
106、><p> LCALL WRITE</p><p> MOV A,#0B8H </p><p> CALL WRITE</p><p><b> RET</b></p><p> STORE_DATA:MOV A,#40H</p><p> CALL WC
107、OM</p><p> MOV R2,#08H</p><p> MOV DPTR,#D_DATA</p><p> MOV R3,#00H</p><p> S_DATA: MOV A,R3</p><p> MOVC A,@A+DPTR</p><p> CALL
108、WDATA</p><p> DJNZ R2,S_DATA</p><p><b> RET</b></p><p> D_DATA:DB 0CH,12H,12H,0CH,00H,00H,00H,00H</p><p> write: mov r2,#8</p><p><b&
109、gt; CLR C</b></p><p> wr1:clr date_line </p><p> mov r3,#07</p><p> djnz r3,$ </p><p><b> rrc a </b></p><p> mov date_line,c </
110、p><p> mov r3,#3CH</p><p> djnz r3,$ </p><p> setb date_line </p><p><b> nop</b></p><p> djnz r2,wr1 </p><p> setb date_line<
111、;/p><p><b> ret</b></p><p> read: mov r4,#4</p><p> mov r1,#TEMPL </p><p> re00: mov r2,#8</p><p> re01: clr cy</p><p>
112、 setb date_line</p><p><b> nop</b></p><p><b> nop</b></p><p> clr date_line </p><p><b> nop</b></p><p><b>
113、nop</b></p><p><b> nop</b></p><p> setb date_line </p><p> mov r3,#09 </p><p><b> djnz r3,$</b></p><p> mov c,date_line
114、</p><p> mov r3,#3CH</p><p> djnz r3,$ </p><p><b> rrc a </b></p><p> djnz r2,re01 </p><p><b> mov @r1,a</b></p><p&
115、gt;<b> inc r1</b></p><p> djnz r4,re00</p><p><b> ret</b></p><p> CONVTEMP: MOV A,TEMPH </p><p> ANL A,#80H</p><p> JZ
116、 TEMPC1 </p><p><b> CLR C</b></p><p> MOV A,TEMPL</p><p><b> CPL A </b></p><p> ADD A,#01H</p><p> MOV TEMPL,A</p>
117、<p> MOV A,TEMPH</p><p><b> CPL A</b></p><p> ADDC A,#00H</p><p> MOV TEMPH,A</p><p> SJMP TEMPC11</p><p> TEMPC1: MOV
118、 TEMPHC,#0AH</p><p> TEMPC11: MOV A,TEMPHC</p><p><b> SWAP A</b></p><p> MOV TEMPHC,A</p><p> MOV A,TEMPL</p><p> ANL A,#0FH &
119、lt;/p><p> MOV DPTR,#TEMPDOTTAB</p><p> MOVC A,@A+DPTR</p><p> MOV TEMPLC,A </p><p> MOV A,TEMPL </p><p> ANL A,#0F0H </p><p><b>
120、 SWAP A</b></p><p> MOV TEMPL,A</p><p> MOV A,TEMPH </p><p> ANL A,#0FH</p><p><b> SWAP A</b></p><p> ORL A,TEMPL </p>
121、<p> MOV TEMP_ZH,A</p><p> LCALL HEX2BCD1</p><p> MOV TEMPL,A</p><p> ANL A,#0F0H</p><p><b> SWAP A</b></p><p> ORL A,TEMPHC
122、</p><p> MOV TEMPHC,A</p><p> MOV A,TEMPL</p><p> ANL A,#0FH</p><p><b> SWAP A </b></p><p> ORL A,TEMPLC</p><p> MOV T
123、EMPLC,A</p><p><b> MOV A,R4</b></p><p> JZ TEMPC12</p><p> ANL A,#0FH</p><p><b> SWAP A</b></p><p><b> MOV R4,A<
124、/b></p><p> MOV A,TEMPHC </p><p> ANL A,#0FH</p><p><b> ORL A,R4</b></p><p> MOV TEMPHC,A</p><p> TEMPC12: RET</p><
125、;p> HEX2BCD1: MOV B,#064H</p><p><b> DIV AB </b></p><p> MOV R4,A </p><p> MOV A,#0AH</p><p><b> XCH A,B</b></p><p>&l
126、t;b> DIV AB</b></p><p><b> SWAP A</b></p><p><b> ORL A,B</b></p><p><b> RET</b></p><p> TEMPDOTTAB:DB 00H,00H,01H
127、,01H,02H,03H,03H,04H</p><p> DB 05H,05H,06H,06H,07H,08H,08H,09H</p><p> LOOK_ALARM: MOV DPTR,#M_ALAX2 </p><p> MOV A,#2 </p><p> CALL LCD_PRINT</p><
128、p> MOV A,#0C6H</p><p> CALL TEMP_BJ1</p><p> MOV A,TEMP_TH </p><p> MOV LCD_X,#3 </p><p> CALL SHOW_DIG2H</p><p> MOV A,#0CEH</p><
129、;p> CALL TEMP_BJ1</p><p> MOV A,TEMP_TL </p><p> MOV LCD_X,#12</p><p> CALL SHOW_DIG2L </p><p><b> RET</b></p><p><b> M_ALAX
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