紅外測(cè)溫畢業(yè)論文

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　體溫是人體生命活動(dòng)中最基本特征，也是觀察人體機(jī)能是否正常的重要的指標(biāo)之一。當(dāng)今的日常生活中，人們使用最廣的水銀體溫計(jì)，其原理是根據(jù)水銀隨溫度升降的熱脹冷縮的性質(zhì)，通過讀取標(biāo)度值來判斷溫度值。但是這樣的溫度計(jì)有著很多的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)溫度計(jì)在使用時(shí)，必須和被測(cè)量者接觸，常常要等待較長(zhǎng)時(shí)間，以讓其充分受熱，當(dāng)測(cè)量結(jié)束后還要將水銀重新甩

2、入水銀泡中。由于水銀泡是由很薄的玻璃制成極易破碎，而且其中的水銀蒸汽對(duì)人體有著極強(qiáng)的毒害作用，曾經(jīng)報(bào)道過多次小孩因咬碎水銀泡而誤吞水銀造成中毒的事件，可見普通的水銀體溫計(jì)有著及其嚴(yán)重的安全隱患。</p><p>　　人體溫度相對(duì)恒定是維持人體正常生命活動(dòng)的重要條件之一，當(dāng)體溫高于41度或低于35度時(shí)將嚴(yán)重影響人體各系統(tǒng)的機(jī)能活動(dòng)，甚至危害生命。很多疾病都可使體溫正常調(diào)節(jié)機(jī)能發(fā)生障礙而使體溫發(fā)生變化，很多疾病的的首

3、要癥狀就是發(fā)燒。臨床上對(duì)病人檢查體溫，觀察其變化對(duì)診斷疾病或判斷某些疾病的預(yù)防有重要意義。</p><p>　　生理參數(shù)對(duì)人體來說是最重要、最基本的生命指標(biāo)，對(duì)危重病人進(jìn)行生命指標(biāo)參數(shù)的監(jiān)測(cè)是醫(yī)務(wù)工作者及時(shí)了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對(duì)有生命危險(xiǎn)的傷病員進(jìn)行有效及時(shí)的搶救和治療處理，完善病人的醫(yī)療護(hù)理以及研究人體對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)都有著重要的意義。</p><p>　　體溫是人體最基

4、本的生理參數(shù)，對(duì)于日常護(hù)理和病情檢測(cè)都是非常重要的。有許多疾病都能通過體溫的變化來預(yù)測(cè)，所以體溫計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位。人體體溫測(cè)試儀的應(yīng)用范圍不僅僅局限于醫(yī)學(xué)，在消防上消防員在撲火的同時(shí)也要對(duì)自己的體溫做到了解，如果體溫過高或者心率過快就要及時(shí)撤離，以免發(fā)生危險(xiǎn)；軍事上用于部隊(duì)訓(xùn)練，必須實(shí)施隨時(shí)監(jiān)測(cè)，體溫使訓(xùn)練能夠在良好的體征下進(jìn)行，提高效果。并且很多工廠也需要紅外測(cè)溫儀去檢測(cè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品或者生產(chǎn)的條件是否達(dá)到理論要求的溫度

5、，因?yàn)闇囟群芨?，所以只能通過非接觸的紅外測(cè)溫儀去測(cè)量檢測(cè)，其應(yīng)用十分廣泛。</p><p>　　生產(chǎn)過程中運(yùn)用的紅外測(cè)溫技術(shù)，不管是產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線故障診斷，還是在安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。近20年來，非接觸紅外測(cè)溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率逐年增長(zhǎng)。對(duì)比于接觸式測(cè)溫方法，紅外測(cè)溫有著很多的優(yōu)點(diǎn)，例如響應(yīng)時(shí)間快、非

6、接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　紅外測(cè)溫為測(cè)量人體溫度提供了快速、非接觸測(cè)量手段，可廣泛、有效地用于密集人群的體溫測(cè)量。非接觸式的紅外測(cè)溫儀針對(duì)特定人群，比如兒童或老人，極其方便。近來出現(xiàn)的智能紅外測(cè)溫計(jì)的設(shè)計(jì)，其內(nèi)容涉及電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等多方面內(nèi)容。紅外測(cè)溫儀的作用對(duì)醫(yī)學(xué)檢測(cè)的幫助非常大，例如2003年“非典”期間，紅外測(cè)溫得到了廣泛的應(yīng)用。并且在前段時(shí)間發(fā)生的禽流感H7N

7、9，也廣泛的應(yīng)用了紅外測(cè)溫儀。紅外測(cè)溫技術(shù)是一門很實(shí)用和前沿的技術(shù)，以這個(gè)課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，有利于理論聯(lián)系實(shí)際，形成個(gè)人在這一方面的知識(shí)體系，可以更好的理解本科學(xué)習(xí)到的知識(shí)，尤其是對(duì)于單片機(jī)控制、傳感器技術(shù)知識(shí)深入，對(duì)不管是以后的工作還是學(xué)習(xí)都是有很大的幫助的。</p><p>　　此設(shè)計(jì)的目的是在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)以單片機(jī)為核心的多種資源應(yīng)用，并具有綜合功能的小目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，并在進(jìn)行相關(guān)課

8、程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合設(shè)計(jì)。通過查閱資料，接口設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試，整理資料等環(huán)節(jié)，從而掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的基本技能，了解開展科學(xué)實(shí)踐的程序和辦法，為今后從事生產(chǎn)技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)，并能不斷接受新的知識(shí)，大膽發(fā)明創(chuàng)造的設(shè)計(jì)理念。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要

9、Ⅰ</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展1</p><p>　　1.2單片機(jī)發(fā)展歷程2</p><p>　　1.3 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3</p><p>　　第2章 紅

10、外測(cè)溫儀的原理和性能分析5</p><p>　　2.1紅外測(cè)溫基礎(chǔ)理論5</p><p>　　2.1.1 紅外基本理論5</p><p>　　2.1.2 基爾霍夫定律6</p><p>　　2.1.3 斯忒潘—玻耳茲曼定律7</p><p>　　2.2紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)7</p><

11、p>　　2.3影響溫度測(cè)量的主要因素及修正8</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1主要IC芯片介紹12</p><p>　　3.1.1 AT89C51單機(jī)12</p><p>　　3.1.2 紅外傳感器OTP-538U15</p><p>　　3.1.3 LM324運(yùn)

12、算放大器18</p><p>　　3.1.4 ADC0804芯片19</p><p>　　3.1.5 LCD12864液晶顯示屏22</p><p>　　3.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.2.2復(fù)位電路25</p><

13、p>　　3.2.3溫度采集和放大電路的設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.2.4 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.2.5液晶顯示電路的設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.2.7報(bào)警電路的設(shè)計(jì)31</p><p>　　第4章 紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)3

14、3</p><p>　　4.2 子程序設(shè)計(jì)34</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試36</p><p>　　5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試36</p><p>　　5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試36</p><p>　　5.3調(diào)試出現(xiàn)的問題37</p><p>　　5.3.1 放大模塊37</p&g

15、t;<p>　　5.3.2 晶振部分37</p><p>　　5.3.3 D/A轉(zhuǎn)換部分38</p><p>　　5.3.4 液晶顯示部分38</p><p>　　第6章 結(jié)論與展望39</p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　

16、　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　附 錄42</b></p><p>　　附錄一 源程序代碼42</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)原理圖45</p><p>　　附錄三 系統(tǒng)實(shí)物圖45</p><p><b>　　摘 要</b>&l

17、t;/p><p>　　人體溫度對(duì)于人們的健康來說是一個(gè)非常重要的因素，很多疾病的發(fā)生都會(huì)使人體的溫度發(fā)生變化。如最近發(fā)生的H7N9禽流感會(huì)引起人體溫度升高，所以，對(duì)于人們溫度快速，準(zhǔn)確的測(cè)量是必須解決的一個(gè)問題。這對(duì)于診斷疾病和對(duì)疾病的預(yù)防是有巨大的意義的。本文設(shè)計(jì)了紅外測(cè)溫儀的整體框架，根據(jù)紅外傳感器的原理，主要針對(duì)溫度測(cè)量進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)開發(fā)，包括整體方案，總體電路及各單元電路的設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，硬件焊接及系統(tǒng)調(diào)試

18、，并利用設(shè)計(jì)出來的紅外測(cè)溫儀對(duì)不同的物體進(jìn)行溫度測(cè)量。紅外測(cè)溫儀克服了傳統(tǒng)溫度計(jì)的缺點(diǎn)，可以進(jìn)行非接觸物體的測(cè)量溫度。本設(shè)計(jì)采用AT89C51作為核心，集合非接觸式溫度傳感器OTP-538U，集成運(yùn)放LM324，ADC轉(zhuǎn)換芯片ADC0804，液晶顯示器LCD12864實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶報(bào)警功能的非接觸式溫度測(cè)量?jī)x。本文闡述了基于紅外線傳感器的紅外測(cè)溫儀的工作原理，討論了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，簡(jiǎn)單介紹了測(cè)溫系統(tǒng)的適用條件。</p>

19、<p>　　關(guān)鍵詞：紅外傳感器，溫度測(cè)量，單片機(jī)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The body temperature for people's health is a very important factor, and many the happening of the disease will m

20、ake human body temperature change. Such as the recent H7N9 avian influenza can cause human body temperature, so, for temperature fast and accurate measurement is a problem that must be solved. For the diagnosis and preve

21、ntion of disease is of great significance. In this paper, we design the overall framework of the infrared thermometer, according to the principle of infrared sensor. M</p><p>　　Keywords: Infrared sensor, Tem

22、perature measurement, Single chip microcomputer</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1800年，英國物理學(xué)家F· W·赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線。他在研究各種色光的熱量時(shí)，

23、有意地把暗室的唯一的窗戶用暗板堵住，并在板上開了一個(gè)矩形孔，孔內(nèi)裝一個(gè)分光棱鏡。當(dāng)太陽光通過棱鏡時(shí)，便被分解為彩色光帶，并用溫度計(jì)去測(cè)量光帶中不同顏色所含的熱量。為了與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計(jì)來測(cè)定周圍環(huán)境溫度。試驗(yàn)中，他偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：放在光帶紅光外的一支溫度計(jì)，比室內(nèi)其他溫度的批示數(shù)值高。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。于是他宣布太陽發(fā)出的輻射中

24、除可見光線外，還有一種人眼看不見的“熱線”，這種看不見的“熱線”位于紅色光外側(cè)，叫做紅外線。</p><p>　　紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對(duì)自然認(rèn)識(shí)的一次飛躍，對(duì)研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開辟了一條全新的廣闊道路。 自從赫胥爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了將近兩個(gè)世紀(jì)。從那時(shí)開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學(xué)研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前

25、后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術(shù)。</p><p>　　隨著紅外測(cè)溫技術(shù)的普遍應(yīng)用，一種新型的紅外技術(shù)—智能數(shù)字紅外傳感技術(shù)正在悄然興起。這種智能傳感器內(nèi)置微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通信，具有小型化、數(shù)字通信、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，各傳感器用戶紛紛升級(jí)其控制系統(tǒng)，智能紅外傳感器的需求量將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)短期內(nèi)市場(chǎng)還不會(huì)達(dá)到飽和。另外，隨著便攜式紅外傳感器的體積越來越小，價(jià)格逐漸降低，在食品、采暖空調(diào)和汽車

26、等領(lǐng)域也有了新的應(yīng)用。比如用在食品烘烤機(jī)、理發(fā)吹風(fēng)機(jī)上，紅外傳感器檢測(cè)溫度是否過熱，以便系統(tǒng)決定是否進(jìn)行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動(dòng)取出，或是使吹風(fēng)機(jī)冷卻等。隨著更多的用戶對(duì)便攜式紅外溫度傳感器的了解，其潛在用戶正在增加。 </p><p>　　紅外檢測(cè)是一種在線監(jiān)測(cè)(不停電)式高科技檢測(cè)技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其熱像顯

27、示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場(chǎng)，俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)正是通過吸收這種紅外輻射能量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。目前應(yīng)用紅外診技術(shù)的測(cè)試設(shè)備比較多，如紅外測(cè)溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見光圖像，使

28、測(cè)試效果直觀，靈敏度高，能檢測(cè)出設(shè)備細(xì)微的熱狀態(tài)變化，準(zhǔn)確反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對(duì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患非常有效。</p><p>　　1.2單片機(jī)發(fā)展歷程</p><p>　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個(gè)機(jī)種。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多

29、品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。關(guān)鍵詞 微型計(jì)算機(jī) 8位單片機(jī) 發(fā)展趨勢(shì)一、單片機(jī)發(fā)展歷程。</p><p>　　單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更

30、容易集成復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 </p><p>　　單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部

31、單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 </p><p>　　單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)

32、算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 </p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩

33、、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影，它主要是作為控制部分的核心部件。 </p><p>　　它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。單片機(jī)芯片單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不

34、是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場(chǎng)的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！</p><p>　　1.3 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　眾所周知，傳統(tǒng)溫度計(jì)測(cè)量溫度有一些缺點(diǎn)，如必須與人接

35、觸，多次接觸不衛(wèi)生，測(cè)量人群時(shí)效率十分低。為了克服以上這些缺點(diǎn)，并且必須在保持測(cè)量溫度儀器的高精度的同時(shí)，以比較低的成本為原則，研制了非接觸式熱釋電紅外測(cè)溫儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面溫度的快速，準(zhǔn)確，高效的測(cè)量。</p><p>　　在普通人們的日常生活中，我們常用水銀溫度計(jì)去測(cè)量。其反應(yīng)速度非常慢，需要保持一段時(shí)間才能正確的測(cè)量出溫度。并且使用水銀溫度計(jì)的時(shí)候，必須把溫度計(jì)與身體的皮膚接觸。這就要求在使用之前，必須對(duì)溫

36、度計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格的消毒。所以這種溫度計(jì)不適合對(duì)多人進(jìn)行連續(xù)的溫度采集。近年來，國內(nèi)外在溫度傳感器的研發(fā)突飛猛進(jìn)，取得了巨大的進(jìn)步，非接觸式紅外測(cè)溫傳感技術(shù)日趨成熟。在單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)飛速發(fā)展的條件下本設(shè)計(jì)將應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)多功能的體溫檢測(cè)與記錄系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，它在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其

37、組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)的特點(diǎn)有這些：集成度高、體積小、可靠性高；極強(qiáng)的控制功能；低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；外部總線增加了I2C、SPI等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置典型、規(guī)范，容易實(shí)現(xiàn)各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，在智能儀表、機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)控制、分布式

38、多機(jī)系統(tǒng)以及人們的生活中均有用武之地。利用單片機(jī)的智能性和傳感器的精確性，可方便地實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用了AT89C51芯片，LM324芯片，LCD12864顯示屏,ADC0804芯片，ANT-OTP-538U紅外傳感器，完成紅外測(cè)溫的功能。設(shè)計(jì)采用了紅外線測(cè)體溫的原理：物體因其自身的溫度不同，便會(huì)發(fā)射出不同波長(zhǎng)的紅外線輻射能力，這個(gè)值是相對(duì)穩(wěn)定的。將被測(cè)物體發(fā)射的紅外線具有的輻射能轉(zhuǎn)

39、變?yōu)殡娦盘?hào)，紅外線輻射能量的大小與物體本身的溫度是相關(guān)的，根據(jù)轉(zhuǎn)變成的電信號(hào)的大小，就可以確定物體的溫度。本設(shè)計(jì)利用這個(gè)原理，通過紅外傳感器進(jìn)行體溫測(cè)量，紅外傳感器將收集到的被測(cè)物體的紅外線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)被放大后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)將接受到的信號(hào)送到顯示電路顯示。此外，本設(shè)計(jì)還增加了超溫報(bào)警功能，當(dāng)被測(cè)物體溫超過50度時(shí)，LED燈亮的同時(shí)蜂鳴器蜂鳴報(bào)警。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖如圖1.1：<

40、/p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖</p><p>　　第2章 紅外測(cè)溫儀的原理和性能分析</p><p>　　2.1紅外測(cè)溫基礎(chǔ)理論</p><p>　　2.1.1 紅外基本理論</p><p>　　地球上所有物體，當(dāng)它的溫度高于絕對(duì)零度時(shí)候，都會(huì)一直向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其波長(zhǎng)的

41、分布——都與這些物體表面的溫度有著非常緊密的關(guān)系。因此，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，我們就可以準(zhǔn)確地測(cè)量它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀原理。 </p><p>　　黑體輻射定律：黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出

42、的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。</p><p>　　物體發(fā)射率對(duì)輻射測(cè)溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長(zhǎng)及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料

43、性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因素在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。</p><p>　　當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫系統(tǒng)計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度，</p>&

44、lt;p>　　用公式可表達(dá)為： 式(2.1)</p><p>　　E是輻射出射度．單位是W／m3；</p><p>　　δ是斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，5．67x10-8W／（m2·K4）；</p><p><b>　　ε是物體的輻射率；</b></p><

45、p>　　T是物體的溫度（K）；</p><p>　　To是物體周圍的環(huán)境溫度（K）。</p><p>　　利用這個(gè)原理制成的溫度測(cè)量?jī)x表叫紅外溫度儀表。這種測(cè)量不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測(cè)量。在不同的溫度范圍，對(duì)象發(fā)出的電磁波能量的波長(zhǎng)分布不同，在常溫（0～100℃）范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。用于不同溫度范圍和用于不同測(cè)量對(duì)象的儀表，其具體的設(shè)計(jì)也不同。根據(jù)

46、式（2.1）的原理，儀表所測(cè)得的紅外輻射為： </p><p>　　式(2.2) </p><p>　　式中：為光學(xué)常數(shù)，與儀表的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)；為被測(cè)對(duì)象的輻射率；為紅外溫度計(jì)的輻射率；為被測(cè)對(duì)象的溫度（K）；為紅外溫度計(jì)的溫度（K）；它由一個(gè)內(nèi)置的溫度檢測(cè)元件測(cè)出。</p><p>　　2.1.2 基爾霍夫定律</p><p>　

47、　出射輻射能與吸收輻射能的一致性。輻通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某一截面的輻射能，又稱輻射功率，SI單位為瓦。光譜吸收率；表示物體對(duì)輻射到其上的輻通量可吸收的比例。</p><p><b>　　式(2.3) </b></p><p>　　式中， 為被物體吸收的輻通量； 為照射到物體單位面積上的輻通量。</p><p>　?。汉隗w——能全部吸收輻射到其

48、上能量的物體（理想）。</p><p>　　：黑體——只能部分吸收輻射到其上能量的物體（實(shí)際）。</p><p>　　基爾霍夫證明了：輻射出射度從輻射源表面單位面積發(fā)射出的輻通量，某一特定波長(zhǎng)的輻射出射度稱為單色輻射出射度。 </p><p>　　物體的單色輻射出射度與單色吸收比的比值為一普適函數(shù)</p><p><b>　　式(2

49、.4)</b></p><p>　　與溫度和波長(zhǎng)有關(guān)系。</p><p>　　熱平衡時(shí)物體向四周的輻射功率等于它能吸收的功率：</p><p><b>　　式(2.5)</b></p><p>　　其中，為黑體在溫度為T時(shí)的光譜輻射射出射度。</p><p>　　為非黑體在溫度為T時(shí)的

50、光譜輻射射出射度。</p><p><b>　　式(2.6)</b></p><p>　　基爾霍夫定律：在同樣的溫度下，各種不同物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻射出射度。 </p><p>　　光譜發(fā)射率： ：實(shí)際物體與黑體在溫度T時(shí)的光譜輻射出射度之比。</p><

51、;p><b>　　式(2.7)</b></p><p>　　結(jié)論： 式(2.8)</p><p>　　則物體的光譜發(fā)射率等于其光譜吸收率。吸收輻射能力強(qiáng)的物體，受熱后向外輻射的能力也強(qiáng)。 </p><p>　　2.1.3 斯忒潘—玻耳茲曼定律</p>

52、;<p>　　斯忒潘—玻耳茲曼定律: 物體輻射出射度與溫度間的關(guān)系。溫度為T的絕對(duì)黑體，單位面積元在半球方向上所發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射出射度與溫度T的四次方成正比。</p><p><b>　　式(2.9)</b></p><p>　　對(duì)于非黑體的一般物體：</p><p><b>　　式(2.10)</b>

53、</p><p>　　式中：為溫度為T時(shí)全波長(zhǎng)范圍的材料發(fā)射率，也稱為黑度系數(shù)。</p><p>　　為斯忒潘—玻耳茲曼常數(shù)，</p><p>　　T為物體的熱力學(xué)溫度。</p><p>　　2.2紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)</p><p>　　總的來說，測(cè)溫范圍、顯示分辨率、精度、工作環(huán)境溫度范圍、重復(fù)性、相對(duì)濕度、響應(yīng)

54、時(shí)間、電源、響應(yīng)光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發(fā)射率等都是紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)。</p><p>　　1）確定測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍是測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。 </p><p>　　2）確定目標(biāo)尺寸：紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀（輻射比色測(cè)溫儀）。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。否則背景會(huì)干擾測(cè)溫讀數(shù)，

55、造成誤差。對(duì)于雙色測(cè)溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。 </p><p>　　3）確定距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：距離系數(shù)由D：S之比確定，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測(cè)目標(biāo)直徑之比。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，測(cè)溫儀的成本也越高。 </p><p>　　4）確定波長(zhǎng)范圍：目

56、標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。 </p><p>　　5）確定響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。 </p><p>　　6）信號(hào)處理功能：鑒于離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測(cè)溫儀具有多信號(hào)處

57、理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。 </p><p>　　7）環(huán)境條件考慮：測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起損壞。 </p><p>　　8）紅外輻射測(cè)溫儀的標(biāo)定：紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。</p><p>　　2.3影響溫度測(cè)量的主要因素及修正</p>&l

58、t;p>　　紅外測(cè)溫技術(shù)的關(guān)鍵是檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，判斷缺陷部位的準(zhǔn)確性和合理性。所以，要求從事該項(xiàng)技術(shù)的工作人員，必須了解和掌握影響紅外測(cè)溫的精度和可靠性等因素及相應(yīng)對(duì)策。</p><p>　　影響紅外測(cè)溫的因素有很多，如大氣影響、測(cè)試背景影響、物體輻射率的影響、距離系數(shù)的影響、工作波長(zhǎng)區(qū)域范圍的影響和瞬時(shí)視場(chǎng)角的影響等。</p><p><b>　　(1)大氣

59、吸收影響</b></p><p>　　在紅外輻射的傳輸過程中，由于大氣的吸收作用總要受到一定的能量衰減。大氣吸收時(shí)，使一部分紅外輻射能量變成其它形式的能量，成另一種光譜分布。在接近地面　的大氣中，吸收紅外線的氣體主要是水蒸汽和二氧化碳。</p><p>　　輻射能量在大氣吸收中的衰減程度可由大氣模式補(bǔ)償，此模式可計(jì)算出大氣的吸收度與物體距離、相對(duì)溫度及大氣溫度的反應(yīng)關(guān)系，但目前

60、大多數(shù)紅外測(cè)溫儀沒有作如此補(bǔ)償，以致造成誤差。因此，在室外進(jìn)行紅外測(cè)溫診斷時(shí)，應(yīng)在無雨、無霧、空氣濕度最好低于75%的空氣清新的環(huán)境條件下進(jìn)行。</p><p>　　(2)距離系數(shù)的影響</p><p>　　距離系數(shù)是紅外測(cè)溫儀的一項(xiàng)很重要的技術(shù)性能指標(biāo)。它是指測(cè)定目標(biāo)的距離與被測(cè)定目標(biāo)直徑之比。如圖2.1所示:</p><p>　　圖2.1 距離與被測(cè)目標(biāo)直徑&l

61、t;/p><p>　　紅外測(cè)溫儀工作時(shí)，只能測(cè)定被測(cè)目標(biāo)表面上確定面積的平均溫度。當(dāng)被測(cè)目標(biāo)大于儀器的光學(xué)目標(biāo)時(shí)，儀器能顯示被測(cè)物位于光學(xué)目標(biāo)內(nèi)確定面積的真實(shí)溫度。當(dāng)被測(cè)物體小于儀器的光學(xué)目標(biāo)時(shí)，儀器顯示被測(cè)物體及背景二者溫度的加權(quán)平均值，此時(shí)顯示出的溫度誤差與被測(cè)物體的背景溫度有關(guān)，同時(shí)也與被測(cè)物體與背景的大小比例有關(guān)。</p><p>　　所以被測(cè)目標(biāo)物體的距離只有滿足紅外測(cè)溫儀器光學(xué)目標(biāo)

62、的范圍，才能對(duì)物體進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)量。目標(biāo)物體的距離太遠(yuǎn)，儀器吸收到的輻射能減小，所測(cè)溫度比目標(biāo)物體的實(shí)際溫度偏低。若儀器的距離系數(shù)不能滿足遠(yuǎn)距離目標(biāo)檢測(cè)要求，即被測(cè)物體小于光學(xué)目標(biāo)的條件下測(cè)溫，一般都要造成較大的誤差，當(dāng)背景為天空時(shí)，還可能出現(xiàn)負(fù)值溫度。</p><p><b>　　(3)輻射率的影響</b></p><p>　　輻射率是一個(gè)描述被測(cè)物體相對(duì)于黑體輻

63、射能力大小的物理量。物體輻射率的大小與物體的材料，形狀，顏色，表面粗糙程度，凹凸度，氧化程度等有關(guān)。不同物質(zhì)的輻射率是不相同的，并隨物體的表面狀況而變化，在不同的溫度和不同的波長(zhǎng)有不同的值。所以在紅外測(cè)溫時(shí)，對(duì)被測(cè)物體的輻射率設(shè)定應(yīng)盡量準(zhǔn)確，并根據(jù)被測(cè)的物體的形狀，改變不同的檢測(cè)角度和方向。</p><p>　　一般情況，對(duì)運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，大多都是通過比較法來判定的，即相鄰的橫向比較和本身不同部位的縱向

64、比較。只需要求出其相對(duì)溫度的變化，不必對(duì)輻射率的精度過分苛求。但是，但是要進(jìn)行絕對(duì)溫度的準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)，必須事先知道被測(cè)物體的輻射率，否側(cè)測(cè)出的溫度值將與實(shí)際值有較大的誤差。</p><p>　　由輻射公式可得出熱釋電傳感器的響應(yīng)公式為：</p><p><b>　　式（2.11）</b></p><p>　　式中：為與熱釋電響應(yīng)特性及物體表面發(fā)射

65、率有關(guān)的常數(shù)，為物體表面溫度，為環(huán)境溫度。根據(jù)表達(dá)式（2.3）可以得到不同的標(biāo)定公式： </p><p>　　（1）簡(jiǎn)單關(guān)系式，即 </p><p><b>　　式(2.12)</b></p><p>　　式中： 應(yīng)用此公式所作的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，表中數(shù)據(jù)表明， 不僅與有關(guān)，還與有關(guān)。 </p><p><

66、b>　　（2）多項(xiàng)式，即 </b></p><p><b>　　式(2.13)</b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　式(2.14) </b></p><p>　　其中，S取三項(xiàng)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，要使測(cè)溫儀滿足一定的精度，

67、測(cè)溫時(shí)的環(huán)境溫度和物體表面溫度要在一定的范圍內(nèi)，如環(huán)境溫度Ta=30℃，物體表面溫度在180℃以上時(shí)，讀數(shù)誤差較大。 </p><p>　　由表2.1可知：首先應(yīng)該對(duì)物體表面溫度分段定標(biāo)，因?yàn)闇y(cè)量范圍較大，所以不同段的標(biāo)定系數(shù)相差很大。實(shí)際應(yīng)用中每隔5~10℃就必須標(biāo)定一個(gè)系數(shù)，當(dāng)采樣電壓峰值落在此區(qū)間時(shí)就選擇該系數(shù)。然后再根據(jù)環(huán)境溫度的不同對(duì)已選出的標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正，達(dá)到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準(zhǔn)確測(cè)溫的目的。

68、</p><p>　　分析下表可知，當(dāng)物體表面溫度較低時(shí)（78℃以下），環(huán)境溫度對(duì)修正系數(shù)的影響較大。所以對(duì)此溫度范圍的物體必須進(jìn)行環(huán)境溫度對(duì)標(biāo)定系數(shù)的修正。而當(dāng)物體表面溫度較高時(shí)，則修正系數(shù)基本由物體表面溫度決定，這樣系數(shù)就不必再依環(huán)境溫度進(jìn)行校正，這就減少了標(biāo)定系數(shù)的復(fù)雜性。</p><p>　　表2.1 不同環(huán)境溫度下的標(biāo)定系數(shù)</p><p><b&g

69、t;　　表</b></p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1主要IC芯片介紹</p><p>　　3.1.1 AT89C51單機(jī)</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memo

70、ry）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。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)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制

71、系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系

72、統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p>　　其引腳圖如圖3.1：</p><p>　　I/O端口引腳：I/O端口P0～P3（地址為80H，90H，A0H，B0H），且P0～P3為四個(gè)8位特殊功能寄存器。分別為四個(gè)并行I/O端口的鎖存器。它們都有字節(jié)地址，每一個(gè)端口鎖存器還有位地址，所以每一條I/O線獨(dú)立地用做輸入或

73、輸出時(shí)，數(shù)據(jù)可以鎖存；作輸入時(shí)，數(shù)據(jù)可以緩沖。</p><p>　　P0.0—P0.7: P0口是一個(gè)8位漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載，故有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。在CPU訪問片外存貯器時(shí)，P0口是分時(shí)提供8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。當(dāng)P0口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向鎖存器（地址80H）寫入全1，此時(shí)P0口的全部管腳浮空，可作為高阻抗輸入或者通過外接上拉電阻。作輸入口使用時(shí)要先寫1，這

74、就是準(zhǔn)雙向的含義。在訪問外接擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，地址數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用。即在指令的前半周期，PO口作為地址總線的低8位輸出，在ALE信號(hào)的下降沿該地址被鎖存，在指令的后半周期用做8位數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　圖3.1 AT89C51引腳圖</p><p>　　P1.0—P1.7: P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。每位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。當(dāng)P1口用做輸入口使用時(shí)，應(yīng)

75、先向P1口鎖存器（地址90H）寫入全1，此時(shí)P1端口管腳會(huì)被內(nèi)部上拉電阻拉至高電平。當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，能向外提供拉電流負(fù)載，所以不必再接上拉電阻。在端口用做輸入時(shí)，也必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫入“1”，使FET截止。由于片內(nèi)負(fù)載電阻較大，約20～40KΩ，所以不會(huì)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。上拉電阻是兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管（FET）并在一起，一個(gè)FET為負(fù)載管，其電阻固定；另一個(gè)FET可工作在導(dǎo)通或截止兩種狀態(tài)，使其總電阻值變化近似為0或阻值很大兩種情

76、況。當(dāng)阻值近似為0時(shí)，可將管腳快速上拉至高電平；當(dāng)阻值很大時(shí)，P1口為高阻輸入狀態(tài)。</p><p>　　P2.0—P2.7: P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。P2口緩沖器能接收，輸出4個(gè)TTL門電流，每位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型的TTL負(fù)載，在訪問外接存儲(chǔ)器器時(shí)，用做高8位地址輸出。當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是

77、由于內(nèi)部上拉的原故。</p><p>　　P3口是一個(gè)多功能端口，其某一位的結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。P3.0—P3.7: P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，每位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載，其功能和驅(qū)動(dòng)能力與P1口、P2口相同。此外，P3口與其它I/O端口有很大區(qū)別，它除作為一般準(zhǔn)雙向I/O口外，還具有特殊的控制功能:</p><p>　　P3.0(RXD):串行數(shù)據(jù)接收端（串行

78、口輸入）。</p><p>　　P3.1(TXD):串行數(shù)據(jù)發(fā)送端（串行口輸出）。</p><p>　　P3.2(INT0):外部中斷0，低有效。P3.3(INT1):外部中斷1，低有效。</p><p>　　P3.4(T0):計(jì)時(shí)器0外部時(shí)鐘輸入。P3.5(T1):計(jì)時(shí)器1外部時(shí)鐘輸入。</p><p>　　P3.6(WR):片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

79、寫選通控制輸出。</p><p>　　P3.7(RD):片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通控制輸入。</p><p>　　RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。如果看門狗計(jì)時(shí)完成，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8

80、位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，這個(gè)脈沖可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。</p><p>　　:地址鎖存允許/編程信號(hào)端。當(dāng)89C51上電正常工作后，ALE管腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此信號(hào)作為鎖存地址總線的低8位地址的控制信號(hào)。因此ALE信號(hào)可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或定

81、時(shí)信號(hào)。ALE端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LS型TTL。</p><p>　　PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出脈沖作為讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此管腳接EPROM的OE端，PSEN端有效，即允許讀出EPROM/ROM中的指令碼。當(dāng)CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，要產(chǎn)生兩次PSEN負(fù)脈沖信號(hào)，當(dāng)CPU訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN不跳

82、變。此端驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL。當(dāng) AT89C51從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，但是在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。此管腳的第二功能Vpp是

83、對(duì)89c51片內(nèi)EPROM固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓的輸入端。</p><p>　　XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　3.1.2 紅外傳感器OTP-538U</p><p>　　OTP- 538U是一個(gè)典型的TO-46系列熱電堆傳感器

84、。該傳感器包含了116組串聯(lián)的熱接點(diǎn)，形成了一個(gè)直徑545μm的感應(yīng)區(qū)。涂黑的表面活性吸收熱紅外輻射，導(dǎo)致兩輸出端產(chǎn)生電壓差。該傳感器芯片采用了了一個(gè)獨(dú)特的前表面微加工技術(shù)，使得尺寸更小，能更快速地響應(yīng)環(huán)境溫度變化的結(jié)果。紅外窗口是一個(gè)帶通濾波器，允許測(cè)量波長(zhǎng)在5μm至14μm之間。與電阻相互比較熱敏元件總是存在白色雜訊。對(duì)應(yīng)不同頻率他都有一個(gè)穩(wěn)定的訊號(hào)，直到頻率極限，并正比于入射輻射。熱電堆傳感器的特色在于與溫度參考電阻器在同一塊基座

85、上。溫度參考電阻是由外殼至接地。使用方便，測(cè)量精度較高。</p><p><b>　　特點(diǎn) ：</b></p><p>　?。?）非接觸式溫度探測(cè)</p><p>　?。?）電壓輸出，便于檢測(cè) </p><p><b>　?。?）零功耗元件 </b></p><p>　　AN

86、T-OTP-538U外形和引腳圖如圖3.2和圖3.3：</p><p>　　圖3.2 ANT-OTP外形</p><p>　　圖3.3 ANT-OTP引腳圖</p><p>　　管腳 1：熱電堆熱端輸出訊號(hào)。 </p><p>　　管腳2：熱敏電阻輸出訊號(hào)。</p><p>　　管腳3：熱電堆冷端輸出訊號(hào)。</p

87、><p>　　管腳4：熱敏電阻接地端點(diǎn)。</p><p>　　傳感器規(guī)格參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓如表3.1和表3.2：</p><p>　　表3.1 傳感器規(guī)格參數(shù)</p><p>　　表3.2標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓 (環(huán)境溫度 25° C)</p><p>　　表3.3 熱敏電阻參數(shù)表</p><p>

88、　　紅外傳感器與輸出電壓關(guān)系如圖3.4：</p><p>　　3.1.3 LM324運(yùn)算放大器</p><p>　　LM324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要

89、性。每一組運(yùn)算放大器共有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。</p><p>　　圖3.4 輸出電壓與溫度的關(guān)系</p><p>　　LM324的引腳排列見圖3.5：&

90、lt;/p><p>　　圖3.5 LM324引腳圖</p><p>　　3.1.4 ADC0804芯片</p><p>　　ADC0804是采用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。它的分辨率是8位，輸入的電壓范圍是0~5V,當(dāng)增加一些外部電路后，其輸入模擬電壓為±5V。此芯片內(nèi)有輸出鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線

91、上，不用再加接口電路。ADC0804芯片的外引腳圖如3.6所示:</p><p>　　圖3.6 ADC0804引腳圖</p><p>　　ADC0804引腳功能: </p><p>　　：芯片片選信號(hào)，低電平有效。即=0時(shí),該芯片才能正常工作，高電平時(shí)芯片不工作。在外接多個(gè)ADC0804芯片時(shí)，該信號(hào)可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號(hào)使能不同的ADC0804芯

92、片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)AD通道的分時(shí)復(fù)用。</p><p>　?。?jiǎn)?dòng)ADC0804進(jìn)行AD采樣，該信號(hào)低電平有效，即信號(hào)由低電平變成高電平時(shí)，觸發(fā)一次AD轉(zhuǎn)換。</p><p>　?。旱碗娖接行?，即=0時(shí)，ADC0804把轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)加載到DB口，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0～DB7讀出本次的采樣結(jié)果。</p><p>　　VIN（+）和VIN（-）：模擬電壓輸入端，單

93、邊輸入時(shí)模擬電壓輸入接VIN（+）端，VIN（-）端接地。雙邊輸入時(shí)VIN（+）、VIN（-）分別接模擬電壓信號(hào)的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號(hào)存在“零點(diǎn)漂移電壓”時(shí)，可在VIN（-）接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時(shí)將自動(dòng)從VIN（+）中減去這一電壓。</p><p>　　VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外接電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則VREF與Vcc共用電

94、源電壓，此時(shí)ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。</p><p>　　CLK IN和CLK R：外接RC振蕩電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘頻率CLK = 1/1.1RC，一般要求頻率范圍100KHz～1460KHz。</p><p>　　AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。</p><p>　?。恨D(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，低電平有效，當(dāng)一次A/D轉(zhuǎn)換完成后

95、，將引起=0，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機(jī)的 ， 腳），當(dāng)產(chǎn)生信號(hào)有效時(shí)，還需等待=0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若ADC0804單獨(dú)使用，則可以將引腳懸空。</p><p>　　DB0~DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制結(jié)果。</p><p>　　ADC0804工作過程，即其ADC0804的工作時(shí)序圖如下：</p><p>

96、　　給出的其實(shí)就是使ADC0804正確工作的軟件編程模型。由圖可見，實(shí)現(xiàn)一次AD轉(zhuǎn)換主要包含下面三個(gè)過程：</p><p>　　1.啟動(dòng)轉(zhuǎn)換：由圖3.7可知，在 \* MERGEFORMAT 信號(hào)為低電平的情況下，將 \* MERGEFORMAT 引腳先由高電平變成低電平，經(jīng)過至少tW(WR)I 延時(shí)后，再將 \* MERGEFORMAT 引腳拉成高電平，即啟動(dòng)了一次AD轉(zhuǎn)換。</p><

97、;p>　　2．延時(shí)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束：依然由圖3.7可知，由拉低 信號(hào)啟動(dòng)AD采樣后，經(jīng)過1到8個(gè)Tclk+INTERNAL Tc延時(shí)后，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，因此，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后必須加入一個(gè)延時(shí)以等待AD采樣結(jié)束。</p><p>　　3.讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果：由圖3.8可知，采樣轉(zhuǎn)換完畢后，在 \* MERGEFORMAT 信號(hào)為低的前提下，將 \* MERGEFORMAT 腳由高電平拉成低電平后，經(jīng)過tACC的延時(shí)即可從D

98、B腳讀出有效的采樣結(jié)果。</p><p><b>　　圖3.7 時(shí)序圖</b></p><p><b>　　圖3.8 時(shí)序圖</b></p><p>　　3.1.5 LCD12864液晶顯示屏</p><p>　　帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有

99、國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)

100、潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。</p><p>　　基本特性：（1）、低電源電壓（VDD:+3.0--+5.5V）（2）、顯示分辨率:128×64點(diǎn) （3）、內(nèi)置漢字字庫，提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選) （4）、內(nèi)置 128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符 （5）、2MHZ時(shí)鐘頻率 （6）、顯示方式：STN、半透、正顯 （7）、驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1

101、/5BIAS （8）、視角方向：6點(diǎn) （9）、背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10 （10）、通訊方式：串行、并口可選 （11）、內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 （12）、無需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)（13）、工作溫度: 0℃ - +55℃ ,存儲(chǔ)溫度: -20℃ - +60℃。</p><p>　　引腳圖及引腳功能說明如圖3.9與圖3.10：</p><p&

102、gt;　　圖3.9 LCD12864引腳圖</p><p>　　圖3.10 LCD引腳功能說明</p><p>　　3.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)可以分為：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊，溫度傳感器模塊，信號(hào)放大模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，液晶顯示模塊，報(bào)警模塊。</p><p>　　本系統(tǒng)使用AT89C51單片機(jī)作為核心，由溫度傳感器采集環(huán)境溫

103、度和被測(cè)物體溫信號(hào)，然后把信號(hào)輸入放大電路，經(jīng)過放大電路放大過后的信號(hào)輸入AD轉(zhuǎn)換芯片里進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再送到單片機(jī)內(nèi)處理。然后，在液晶顯示系統(tǒng)輸出和顯示。單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，如果超過設(shè)定溫度則傳遞信號(hào)給報(bào)警模塊，開始報(bào)警。</p><p>　　3.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬娐泛蛻?yīng)用程序，就可以組成最小的應(yīng)用系統(tǒng)了。最新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用是必不可

104、少的。最小電路包括單片機(jī)的選擇、時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單I/O口擴(kuò)展、掉電保護(hù)等，對(duì)于CHMOS單片機(jī)，還包括低功耗運(yùn)行的設(shè)計(jì)。AT89C51單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p><b>　　3.2.2復(fù)位電路</b></p><p>　　對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性有

105、兩種因素會(huì)產(chǎn)生影響，可以分為外因和內(nèi)因： </p><p><b>　?。?）外因</b></p><p>　　空間磁場(chǎng)中傳遞著射頻干擾，在機(jī)器的內(nèi)部，由于連接的導(dǎo)線會(huì)感生出很多相應(yīng)的干擾，這種干擾可以通過電磁屏蔽去除，或者也可以通過合理的布線，對(duì)各個(gè)期間的合理布局也可以減少此種干擾。還有來自電源線或電源內(nèi)部自身產(chǎn)生的干擾，這是因?yàn)殡娫淳€和電壓內(nèi)部中的器件耦合產(chǎn)生的，

106、其也可以通過直接傳導(dǎo)產(chǎn)生，這種干擾需要通過電源濾波隔離等措施來減少此種干擾的影響。</p><p><b>　?。?）內(nèi)因</b></p><p>　　起振時(shí)間，頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定著系統(tǒng)振蕩源的穩(wěn)定性。振蕩類型和電路的可靠性，穩(wěn)定，和電壓參數(shù)是決定著起振時(shí)間，系統(tǒng)的穩(wěn)定度。</p><p>　　復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位

107、信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后，還要經(jīng)一定的延時(shí)后才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭因分合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，復(fù)位信號(hào)有效時(shí)間必須大于24個(gè)振蕩周期。我選用11.0592MHz的晶振，24個(gè)振蕩周期為2us。一般來說單片機(jī)可靠復(fù)位的只需要5ms時(shí)間。如圖3.12：</p><p>　　圖3.12 復(fù)位電路</p><p>　　

108、3.2.3溫度采集和放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度采集模塊：把OTP-538U的3個(gè)腳分別按照電路對(duì)應(yīng)的接到放大電路里，溫度采集的時(shí)候，只需把紅外傳感器對(duì)準(zhǔn)需要測(cè)量的物體即可。</p><p>　　放大電路：運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱運(yùn)放)實(shí)際上是采用多級(jí)直接耦合放大電路的組合形式，它的特點(diǎn)是輸入高電阻、放大高倍數(shù)、輸出低電阻。通?？梢赃x用集成運(yùn)算放大器作為模擬放大器。放大器的滿度誤差和零

109、位誤差多半是可調(diào)的，影響放大器的精度的因素是溫度和噪聲。由于運(yùn)算放大器在電路性能方面有非常多的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于模擬電路的各個(gè)部分之中。</p><p>　　根據(jù)運(yùn)算放大器在電路中不同的工作狀態(tài)，可以把這電路分成兩大類：一種是運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用，這種電路有著一個(gè)非常明顯的特點(diǎn)，就是運(yùn)算放大器工作在線性放大區(qū)，電路的輸出和輸入之間存在著一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系；另一種是非線性應(yīng)用，這種電路在大多數(shù)情況下，運(yùn)算放大器