基于c51單片機(jī)的紅外溫度測(cè)試儀（含外文翻譯）

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)</p><p>　　作 者： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　院 系： 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　

2、題 目： 基于C51單片機(jī)的紅外溫度測(cè)試儀 </p><p>　　指導(dǎo)者： </p><p>　　評(píng)閱者： </p><p>　　2013年5 月 南 京</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）

3、中文摘要</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）英文摘要</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義1</p><p>　　1.2 紅外溫度儀的發(fā)展現(xiàn)狀1</p&

4、gt;<p>　　1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容2</p><p>　　1.4 本章小結(jié)3</p><p>　　第二章 開發(fā)平臺(tái)與主要語(yǔ)言4</p><p>　　2.1 C51單片機(jī)簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.2 編程語(yǔ)言9</p><p>　　2.3 本章小結(jié)10</p>&l

5、t;p>　　第三章 紅外溫度儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 紅外溫度計(jì)的工作原理11</p><p>　　3.2 系統(tǒng)規(guī)劃及流程設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3 硬件模塊的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.4 報(bào)警模塊23</p><p>　　3.5 本章小結(jié)24</p>

6、<p>　　第四章 紅外溫度儀的軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 主程序模塊的軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 初始化功能模塊的軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3 紅外測(cè)溫模塊的軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.4 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.5 報(bào)

7、警模塊軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.6 主程序的仿真調(diào)試30</p><p>　　4.7 本章小結(jié)32</p><p>　　第五章 下載與實(shí)現(xiàn)33</p><p>　　5.1 硬件下載33</p><p>　　5.2 調(diào)試中解決的問(wèn)題33</p><p>　　5.3 實(shí)現(xiàn)的結(jié)

8、果35</p><p>　　5.4 紅外溫度測(cè)試儀的改進(jìn)思路36</p><p>　　5.5 本章小結(jié)37</p><p>　　第六章 結(jié)束語(yǔ)38</p><p>　　6.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與創(chuàng)新38</p><p><b>　　6.2 收獲38</b></p><

9、p><b>　　致謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p>　　附錄一：英文技術(shù)資料翻譯42</p><p><b>　　英文原文：42</b></p><p><b>　　中文譯文：47</b>&l

10、t;/p><p>　　附錄二： 程序清單52</p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　　隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和工業(yè)發(fā)展的需求，在很多情況下需要一個(gè)快速而又準(zhǔn)確的測(cè)溫儀器，而傳統(tǒng)的溫度計(jì)顯然不能滿足要求，比如在車站和機(jī)場(chǎng)的人口密度很大的情況下，快速準(zhǔn)確測(cè)溫很重要

11、。在國(guó)外這種測(cè)溫技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，而在國(guó)內(nèi)紅外測(cè)溫技術(shù)還處于發(fā)展階段。因此，為了適應(yīng)醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，在特殊環(huán)境下快速測(cè)溫，急需設(shè)計(jì)一種測(cè)溫速度快、準(zhǔn)確率高的儀器。針對(duì)這種情況，我們通過(guò)紅外測(cè)溫的原理，設(shè)計(jì)了一種帶有溫度補(bǔ)償電路的溫度儀。該溫度儀可以自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度差數(shù)，提高測(cè)量的精確度，適用于快速測(cè)溫的場(chǎng)合。</p><p>　　1.2 紅外溫度儀的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　紅外測(cè)溫技術(shù)在

12、生工業(yè)產(chǎn)過(guò)程如產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)、設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面得到普遍應(yīng)用。紅外檢測(cè)技術(shù)是“九五”國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，紅外檢測(cè)是一種在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(不停電)式高科技檢測(cè)技術(shù)，紅外溫度計(jì)應(yīng)用了很多領(lǐng)域的知識(shí)，包括光電、信息、圖像處理等重要的高科技技術(shù)。通過(guò)接收物體本身發(fā)射出來(lái)的紅外光線，在接收端收集紅外信號(hào)，并通過(guò)轉(zhuǎn)換成溫度信號(hào)，最終在屏幕端顯示出來(lái)。其工作原理是任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，都在不停地向外部環(huán)境輻射紅

13、外熱能，從而熱能在物體表面產(chǎn)生溫度場(chǎng)，俗稱“熱像”。正是通過(guò)吸收這種輻射的紅外能量，紅外診斷技術(shù)能測(cè)出設(shè)備表面溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱狀況。</p><p>　　而近20年來(lái)，非接觸式紅外人體測(cè)溫儀在技術(shù)上邊得到迅速發(fā)展，性能不斷完善而功能不斷增強(qiáng)、品種不斷增多、適用范圍也不斷擴(kuò)大。比起接觸式測(cè)溫方法，紅外測(cè)溫儀有著非接觸、響應(yīng)時(shí)間快、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　

14、　非接觸式紅外測(cè)溫也叫輻射測(cè)溫，一般使用熱電型或光電探測(cè)器作為檢測(cè)元件。此溫度測(cè)量系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)大面積的測(cè)溫，也可以是被測(cè)物體上某一點(diǎn)的溫度測(cè)量；可以是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工藝簡(jiǎn)單、成木低廉、測(cè)溫時(shí)不接觸被測(cè)物體。具有響應(yīng)時(shí)間短、不干擾被測(cè)溫場(chǎng)、使用壽命長(zhǎng)、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。但利用紅外輻射測(cè)量溫度，也必然受到物體發(fā)射率、測(cè)溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。</p>

15、<p>　　在這種溫度測(cè)量技術(shù)中紅外溫度傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點(diǎn)溫度測(cè)量中要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測(cè)量也可使用紅外溫度傳感器。本設(shè)計(jì)正是采用紅外溫度傳感器這種溫度測(cè)量技術(shù)，它具有溫度分辨率高、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)；另外紅外溫度傳感器的種類較多，發(fā)展非常快，技術(shù)比較成熟，這也是本設(shè)計(jì)采用紅外溫度傳感器設(shè)計(jì)非接觸溫度測(cè)量?jī)x的主要原因之一。</p>&l

16、t;p>　　目前，我國(guó)也在研發(fā)一種體積小、成本較低，又不受外界環(huán)境溫度干擾的人體紅外測(cè)溫儀，對(duì)醫(yī)學(xué)、工業(yè)的發(fā)展有很重大的意義。</p><p>　　1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本論文以工行分為六個(gè)章節(jié)：</p><p>　　第一章主要介紹了紅外溫度儀的選題意義背景以及發(fā)展的現(xiàn)狀。</p><p>　　第二章通過(guò)研究紅

17、外溫度儀所需要的軟硬件平臺(tái)，介紹了C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及單片機(jī)在系統(tǒng)中的功能，在軟件方面詳細(xì)介紹了函數(shù)的調(diào)用以及編程所需要的軟件知識(shí)。</p><p>　　第三章通過(guò)對(duì)紅外溫度儀的硬件的研究，詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)各個(gè)功能模塊，每個(gè)硬件模塊需要的功能，給出了系統(tǒng)在硬件上的連接圖。</p><p>　　第四章通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟件功能的研究，詳細(xì)說(shuō)明了軟件編程的實(shí)現(xiàn)，對(duì)每個(gè)軟件功能進(jìn)行了介紹。<

18、/p><p>　　第五章通過(guò)硬件軟件方面的調(diào)試，系統(tǒng)下載軟件程序進(jìn)行測(cè)試，并給出了調(diào)試過(guò)程中所需要的問(wèn)題及解決思路。</p><p>　　第六章介紹了這次設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)體會(huì)。</p><p>　　最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有以下功能的紅外溫度測(cè)試儀：</p><p>　　開機(jī)復(fù)位時(shí)自動(dòng)初始化設(shè)備，引導(dǎo)程序正確執(zhí)行；2、開機(jī)或復(fù)位之后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行

19、采樣，并在顯示器上顯示當(dāng)前環(huán)境溫度；3、保持環(huán)境溫度顯示的同時(shí)，對(duì)覆蓋熱釋電探測(cè)器視場(chǎng)的物體表面的紅外輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)換和采樣，并比較各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測(cè)器響應(yīng)的峰值電壓為止；4、實(shí)時(shí)顯示所測(cè)溫度；5、測(cè)量精度：+/-2%,2°C；6、測(cè)量范圍-33~220°C/-27~428°F；7、操作范圍-10~50°C/14~122°F；9、響應(yīng)時(shí)間：1sec；10、D:S為1:1；11、

20、波長(zhǎng)：5um-14um；12、人體測(cè)溫距離：5～10cm。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)部分的程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1、循環(huán)采樣，重復(fù)讀取數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)顯示；2、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)紅外溫度模塊的采集紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并在脈沖下傳送數(shù)據(jù)到單片機(jī)中；3、當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的上限報(bào)警溫度時(shí)候，則蜂鳴器開始響，進(jìn)行溫度的報(bào)警；4、系統(tǒng)的上限報(bào)警溫度可以調(diào)節(jié)；5、液晶顯示子程序完成最

21、后的溫度。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了紅外溫度儀的設(shè)計(jì)背景以及發(fā)展的前景，可以看出在國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)和工業(yè)方面有巨大的應(yīng)用價(jià)值。本章站在實(shí)際的應(yīng)用角度，從應(yīng)用價(jià)值出發(fā)分析了紅外溫度儀所要達(dá)到的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合生活的實(shí)際，與傳統(tǒng)溫度儀相比有巨大的優(yōu)勢(shì)。從而論證了選題和此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義以及價(jià)值。</p>

22、<p>　　第二章 開發(fā)平臺(tái)與主要語(yǔ)言</p><p>　　本章中詳細(xì)介紹了非接觸式紅外溫度測(cè)試儀的開發(fā)平臺(tái)和主要使用的編程語(yǔ)言。本次開發(fā)主要使用單片機(jī)作為硬件平臺(tái)，keil編程軟件作為軟件環(huán)境。</p><p>　　2.1 C51單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　89C51是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中基本的產(chǎn)品，它采用ATMEL公司可靠的CMO

23、S工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等很多的功能，在很多工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　C51單片機(jī)主要有以下幾個(gè)特性：</p><p>　　增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051 CPU；工作

24、電壓：5.5v-3.8v；</p><p>　　工作頻率為0-40MHz，實(shí)際工作時(shí)頻率可達(dá)到48MHz；4k的Flash程序存儲(chǔ)器；片上集成512字節(jié)RAM；ISP/IAP，無(wú)須專用編程器/仿真器；通用I/O口，復(fù)位后：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)需加上拉電阻；EEPROM功能；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體20M以下時(shí)

25、，可省略復(fù)位電路）共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以作為2個(gè)8位定時(shí)器來(lái)使用；外部中斷4路，下降沿產(chǎn)生中斷或通過(guò)低電平來(lái)觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；超低功耗，正常工作模式，典型功耗2mA；掉電模式，典型功耗0.5uA，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序；工作溫度范圍：0－75℃/－40～＋85℃；封裝形式：PDIP-40/PLCC-44/PQFP-44。</p>

26、<p>　　2.1.1 C51單片機(jī)接口介紹</p><p>　　圖2-1 單片機(jī)引腳</p><p>　　上述單片機(jī)一共有21個(gè)引腳，在工業(yè)應(yīng)用中主要作為小型控制模塊。操作簡(jiǎn)單，編程方便，價(jià)格低廉因此得到廣泛使用。</p><p>　　電源引腳：Vcc和Vss：Vcc(40或44腳)是電源端，為+5V，Vss(20或22腳)是接地端。</p&g

27、t;<p>　　時(shí)鐘電路引腳：XTAL1（19或21腳），接外部晶振和微調(diào)電容的一端；在片內(nèi)是反向放大器的輸入端，在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳作為外部時(shí)鐘脈沖輸入端；XTAL2（18或20腳），接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在89C51片內(nèi)它是反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，則該引腳懸空，89C51正常工作時(shí)，該引腳應(yīng)有脈沖信號(hào)輸出。</p><p>　　控制

28、信號(hào)引腳RST：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效，當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作；ALE：地址鎖存允許信號(hào)端，正常工作時(shí)，該引腳以振蕩頻率的1/6固定輸出正脈沖，CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳輸出信號(hào)作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)，它的負(fù)載能力為8個(gè)LS型TTL負(fù)載；PSEN（29或32腳）：程序存儲(chǔ)器允許信號(hào)輸出端。在訪問(wèn)片外ROM時(shí)，定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外ROM的選通信號(hào)，接片外ROM的OE端，它的負(fù)載能力為8個(gè)

29、LS型TTL負(fù)載；EA：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。當(dāng)該引腳接高電平時(shí)，CPU訪問(wèn)片內(nèi)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng)過(guò)0FFFH（片內(nèi)ROM為4KB）時(shí)，將執(zhí)行片外ROM中的程序，當(dāng)該引腳接低電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。</p><p>　　I/O端口P0、P1、P2、P31、I/O口：當(dāng)I/O口作為輸入時(shí)，應(yīng)先向此口鎖存器寫入全1，此時(shí)該口引腳浮空，可作高阻抗輸入；P0口：漏極開路的8位

30、準(zhǔn)雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P0口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口；在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口為分時(shí)復(fù)用的低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線P1口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載；P2口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址；P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口除

31、作為一般I/O口外，每個(gè)引腳都有第二功能。</p><p>　　2.1.2 C51單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)模塊</p><p><b>　　圖2-2 系統(tǒng)模塊</b></p><p>　　有以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)：8位CPU程序存儲(chǔ)器(ROM)(52為8K)；256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)（52有384bytes的RAM）；32條I/O接口線；單字節(jié)指令

32、占大部分；21個(gè)專用寄存器；2個(gè)可編程定時(shí)器；5個(gè)中斷源；2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）；全雙工串行通信口一個(gè)；64kB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間；64kB外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為，具有邏輯操作位尋址的功能，直插雙列40PinDIP封裝，單一+5V電源供電；CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成；還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，比如運(yùn)算中間結(jié)果、最后結(jié)果以及所要顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放一些原始數(shù)據(jù)、程序和表格；I

33、/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信；時(shí)鐘電路和片內(nèi)振蕩器，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。</p><p>　　2.1.3 C51單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)資源分配</p><p>　　1）程序存

34、儲(chǔ)器的空間。編址為89C51片內(nèi)Flash ROM的容量為4KB。地址為0000H～0FFFH。片外最多可擴(kuò)至64KBROM/EPROM，地址為1000H～FFFFH。當(dāng)EA=“1”時(shí)，89C51的PC在0000～0FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)指令地址超過(guò)0FFFH后就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令。當(dāng)EA=”0”時(shí)，89C51片內(nèi)ROM不起作用，CPU只能從片外Flash ROM/EPROM中取指令?？梢詮?0000H 開始尋

35、址。由于8031片內(nèi)不帶ROM，所以使用時(shí)必須EA=”0”。89C51從片內(nèi)ROM和片外ROM取指的速度相同。程序存儲(chǔ)器的保留存儲(chǔ)單元。如表2-1所示。</p><p>　　表2-1程序存儲(chǔ)器保存單元</p><p>　　2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間分為：1、片外RAM：64kB，其地址為0000H~FFFFH尋址是用MOVX指令；2、片內(nèi)RAM：256B，其片內(nèi)RAM地址空間有低128字節(jié)RA

36、M（00H～7FH），工作寄存器區(qū)（00H~1FH），由四組（32個(gè)）工作寄存器組成，每組8個(gè)寄存器（R0-R7），共占32個(gè)單元。</p><p>　　表2-2工作寄存器地址表</p><p>　　位尋址區(qū)D地址范圍是20H~2FH，位尋址區(qū)有16個(gè)單元，每個(gè)單元8位，共128位位地址為00H-7FH。</p><p>　　表 2-3位尋址地址表</p>

37、;<p>　　4)用戶RAM區(qū)地址范圍為30H~7FH，其中高128字節(jié)RAM為80H～FFH，有21個(gè)特殊功能功能寄存器和有11個(gè)具有位尋址能力。</p><p>　　表2-4 特殊功能寄存器表</p><p><b>　　2.2 編程語(yǔ)言</b></p><p>　　本系統(tǒng)是基于C51單片機(jī)的紅外溫度測(cè)試儀系統(tǒng)，編程語(yǔ)言在ke

38、il的軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，為了更好的理解軟件程序，下面簡(jiǎn)單介紹編程的環(huán)境。</p><p>　　2.2.1 Keil簡(jiǎn)介 </p><p>　　Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其C語(yǔ)言與匯編相比，在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而簡(jiǎn)單易學(xué)易用。</p><p>　　Keil C51軟件提

39、供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。它提供了一個(gè)完整開發(fā)方案，其中包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。其界面如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 Keil編程環(huán)境</p><p>　　2.2.2 Keil主要特點(diǎn)</p>

40、;<p>　　1、全功能的源代碼編輯器；2、器件庫(kù)用來(lái)配置開發(fā)工具設(shè)置；3、項(xiàng)目管理器方便用戶創(chuàng)建和維護(hù)項(xiàng)目；4、集成的MAKE工具可以進(jìn)行匯編、編譯和連接用戶的嵌入式應(yīng)用；5、開發(fā)工具的設(shè)置都是以對(duì)話框形式的出現(xiàn)的；6、高級(jí)GDI（AGDI）接口用來(lái)在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p&

41、gt;<p>　　本章節(jié)從設(shè)計(jì)紅外溫度儀所需要的硬件條件和軟件知識(shí)方面入手，詳細(xì)的介紹了紅外溫度儀控制中心器件C51單片機(jī)的功能以及單片機(jī)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為紅外溫度儀的硬件設(shè)計(jì)提供了很好的硬件支持。同時(shí)在軟件方面，使用的是C語(yǔ)言的編程，C語(yǔ)言具有簡(jiǎn)單易于編寫且方便維護(hù)的特點(diǎn)，同時(shí)在keil的開發(fā)環(huán)境下，編程易于操作仿真，為紅外溫度儀的軟件方面積累了一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。</p><p>　　第三章

42、紅外溫度儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本章主要介紹紅外溫度計(jì)的技術(shù)原理和工作指標(biāo)，以及各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件方面的編程實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.1 紅外溫度計(jì)的工作原理</p><p>　　自然界一切高于絕對(duì)零度(-273.15℃)的物體，由于物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)，都在時(shí)刻地向周圍空間發(fā)射的電磁波包括紅外波段在內(nèi)，其物體溫度與輻射能量密度關(guān)系符合輻射定律

43、。紅外輻射原理—輻射定律如下：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：是輻射時(shí)的分子出射度數(shù)，單位為；為斯蒂芬―波爾茲曼常數(shù)，；是物體輻射率；是物體溫度，單位為；為物體所處環(huán)境溫度，單位為。所以根據(jù)上式測(cè)量出發(fā)射，就可得出溫度。</p><p>　　紅外溫度儀表就是運(yùn)用這個(gè)原理所制成。所制成的溫度儀不需要與物

44、體的表面接觸，因此屬于非接觸式的溫度儀。溫度范圍不同，物體發(fā)出的電磁波能量的波長(zhǎng)也不同，在常溫（0～100℃）范圍，能量集中在遠(yuǎn)紅外和中紅外波長(zhǎng)。根據(jù)式（2.1）的原理，儀表所測(cè)得的紅外輻射為：</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　式中：為光學(xué)常數(shù)，與溫度儀具體設(shè)計(jì)有關(guān)；為被測(cè)物體的輻射率；為紅外溫度儀的輻射率；為被測(cè)對(duì)象的溫度表面（K

45、）；為紅外溫度計(jì)的所處環(huán)境溫度（K）；它由一個(gè)內(nèi)置的溫度檢測(cè)元件檢測(cè)出來(lái)。</p><p>　　輻射率是一個(gè)表達(dá)物體表面發(fā)射輻射的系數(shù)，數(shù)值大小由0到1.0。所有物體，包括人體的表面，其值都是低于1.0的。人體紅外線輻射波長(zhǎng)主要集中在9～10，通過(guò)對(duì)人體所輻射得紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地算出人體表面溫度。由于該范圍內(nèi)的波長(zhǎng)光線不能被空氣吸收，因而利用人體紅外輻射的能量便可以精確地測(cè)量人體表面溫度。</p&g

46、t;<p>　　紅外溫度測(cè)量技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，區(qū)別以往溫度計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快，1秒鐘內(nèi)便可完成測(cè)試。紅外測(cè)溫儀由光電探測(cè)器、光學(xué)系統(tǒng)、濾波電路、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示等模塊組成。</p><p>　　總體來(lái)說(shuō)，紅外線測(cè)溫儀的重要性能指標(biāo)包括溫度測(cè)量范圍、物體的顯示分辨率、測(cè)溫的精度、工作環(huán)境溫度、環(huán)境相對(duì)濕度、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)光譜、尺寸、峰值、重量、發(fā)射率等。</p><p

47、>　　1）確定測(cè)量溫度的范圍：測(cè)量范圍是測(cè)溫儀很重要的一個(gè)指標(biāo)。每個(gè)型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己的測(cè)溫范圍。</p><p>　　2）確定所測(cè)目標(biāo)的尺寸：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)應(yīng)充滿測(cè)溫儀探頭視場(chǎng)。否則背景會(huì)干擾測(cè)溫精度，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)內(nèi)所發(fā)射的輻射能量的比值來(lái)確定的。</p><

48、;p>　　3）確定所測(cè)物體距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：測(cè)量距離系數(shù)由D：S之比確定，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)的距離D與被測(cè)目標(biāo)直徑之比。測(cè)溫儀如果由于環(huán)境條件必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量較小的目標(biāo)，此時(shí)應(yīng)選擇光學(xué)分辨率高的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，其測(cè)溫儀的成本也會(huì)越高。</p><p>　　4）確定所測(cè)物體波長(zhǎng)范圍：目標(biāo)物體的發(fā)射率和表面材料特性決定測(cè)溫儀的相應(yīng)波長(zhǎng)，對(duì)于高反射率合金材料，有低或變化著的發(fā)射率。

49、</p><p>　　5）確定測(cè)量響應(yīng)時(shí)間：紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)物體溫度變化的反應(yīng)速度表示響應(yīng)時(shí)間，由達(dá)到最后讀數(shù)95%能量需要的時(shí)間來(lái)定義，它與紅外探頭、信號(hào)處理電路模塊及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。</p><p>　　6）所測(cè)物體環(huán)境條件：測(cè)溫儀所處的環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，加以考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫結(jié)果精度甚至引起溫度儀的損壞。</p><p>　　7）

50、紅外輻射測(cè)溫儀的標(biāo)定：所測(cè)物體必須經(jīng)過(guò)紅外測(cè)溫儀標(biāo)定才能使正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)規(guī)劃及流程設(shè)計(jì)</p><p>　　本節(jié)主要介紹紅外溫度儀的總體設(shè)計(jì)思路以及開發(fā)流程</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)規(guī)劃</p><p>　　紅外溫度儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖3-1所示：</p><p&g

51、t;　　圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　由上圖可以看出紅外溫度儀有四大系統(tǒng)模塊組成。紅外信號(hào)接收來(lái)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的處理模塊，對(duì)紅外信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、再計(jì)算模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的溫度信號(hào)在屏幕上顯示，如果所測(cè)量目標(biāo)的溫度信號(hào)大于所設(shè)定的報(bào)警溫度，則蜂鳴器響，進(jìn)行預(yù)警。如果所測(cè)得的數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，則再經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行重新檢測(cè)，直到輸出正確的信號(hào)為止。</p><p>　　3.2.2

52、 整體框圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖3-2所示，當(dāng)紅外溫度進(jìn)行系統(tǒng)初始化后，按下按鈕進(jìn)行測(cè)量，每次的測(cè)量所得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在液晶屏幕上。其工作步驟為：當(dāng)按下按鈕時(shí)候，整個(gè)電路進(jìn)行工作，物體表面輻射的能量經(jīng)過(guò)熱釋電傳感器接收后，將熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器放大信號(hào)后到達(dá)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，C52單片機(jī)作為CPU接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后得到物體表面的溫度在LCD液晶屏幕上顯示出來(lái)。</p>

53、;<p>　　圖3-2 總體電路框圖</p><p>　　3.3 硬件模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　本節(jié)主要介紹紅外溫度儀各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分。下面分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。</p><p>　　3.3.1 紅外檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中采用了集成化的TN9紅外測(cè)溫模塊，具有響應(yīng)快，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

54、的特點(diǎn)，其工作原理如下框圖所示：</p><p>　　圖3-3 TN9工作原理圖</p><p>　　此紅外測(cè)溫模塊采用非接觸手段，解決了傳統(tǒng)測(cè)溫中需要接觸的問(wèn)題，具有回應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。它通過(guò)紅外溫度傳感器掃描被測(cè)物體，并把相應(yīng)的紅外輻射數(shù)據(jù)通過(guò)P1.0和P1.2口傳送給單片機(jī)模塊。</p><p>　　圖3-4是紅外測(cè)溫模塊電路圖：<

55、/p><p>　　圖3-4 紅外測(cè)溫電路模塊</p><p>　　面對(duì)目前眾多的紅外檢測(cè)器件產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)中選擇合適的紅外檢測(cè)器已成為一個(gè)重要問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇紅外線檢測(cè)器件時(shí)，首先需要考慮的是器件的以下性能因素:光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測(cè)面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測(cè)目標(biāo)的溫度。</p><p>　　本紅外測(cè)溫儀選用了凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為TN901的紅外探測(cè)溫

56、度傳感器作為測(cè)溫模塊，內(nèi)部集成了紅外探測(cè)所需要的模塊，有溫度補(bǔ)償電路單元和線性處理電路單元，因此簡(jiǎn)化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它的測(cè)量距離大約為30米，測(cè)量回應(yīng)時(shí)間大約為0.5秒。而且它具備SPI接口，可以很方便地與單片機(jī)（MCU）傳輸數(shù)據(jù)。其相關(guān)資料如下：</p><p>　　（1）紅外測(cè)溫傳感器的引腳介紹</p><p>　　圖3-5 紅外測(cè)溫傳感器引腳圖</p><p>

57、;　　紅外測(cè)溫傳感器引腳圖如圖3-5，其中V端為電源接線口VCC，VCC一般為3V或者5V的電壓，本系統(tǒng)中取5V；D為數(shù)據(jù)發(fā)送端口引腳，有數(shù)據(jù)時(shí)D為低電平有效；C為2KHz 時(shí)鐘輸出端口引腳；G為接地端口引腳；A為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)端口引腳，是低電平有效。</p><p>　　以上面的例子說(shuō)明無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到Item為0x4cH或者0x66H同時(shí)檢測(cè)到CR為0x0dH，他們的溫度的計(jì)算方法都相同

58、。計(jì)算公式為目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/16-273.15，其中Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的高八位為MSB，低八位為L(zhǎng)SB；比如MSB為0x14H，LSB為0x2ah，則Temp十六進(jìn)制時(shí)為0x142aH，十進(jìn)制時(shí)為5162，則測(cè)得的溫度值為5162/16-273.15=39.475℃。</p><p>　　TN9模塊是內(nèi)部集成模塊，內(nèi)部有紅外探頭、信號(hào)放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)化器以及溫補(bǔ)償電路組成，

59、其主要各部分電路如下：</p><p><b>　　1）紅外傳感器</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中TN9模塊的的探頭是紅外線傳感器，它能探測(cè)人體發(fā)射出的紅外線并接收使之轉(zhuǎn)換成有效的電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)中TN9模塊選用的是PM611熱釋電傳感器，是單靈敏元器件，但是由于采用一個(gè)接收元串聯(lián)和二個(gè)補(bǔ)償元并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能有效地補(bǔ)償所處環(huán)境溫度起伏以及振動(dòng)等對(duì)目標(biāo)溫度干擾影響。

60、它的工作溫度在-20℃——+50℃范圍內(nèi)，特別適合測(cè)量人體的溫度。且PM611單元各項(xiàng)指標(biāo)都比較好，因此可用來(lái)做TN9溫度儀的探頭。如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6　傳感器的內(nèi)部典型連接電路</p><p><b>　　2）放大電路</b></p><p>　　由于傳感器探測(cè)到的人體紅外線信號(hào)比較弱，因此當(dāng)紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后

61、需要通過(guò)放大器放大。因?yàn)樘綔y(cè)器測(cè)到的信號(hào)可能摻雜了外界環(huán)境影響的某些因素，所以在放大電路中要加入低通濾波電路，用來(lái)把多余的信號(hào)濾掉。如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7　放大部分電路</p><p>　　傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)47μF電容耦合到第一個(gè)同相放大器，它的閉環(huán)增益為23～24之間。同時(shí)第一個(gè)放大器還兼做高通濾波器，其截止頻率為0.3Hz。第二個(gè)放大器是一個(gè)低通濾波器，其閉環(huán)

62、增益約為1，截止頻率為7Hz。第一個(gè)，第二個(gè)放大器能把低于0.3Hz和高于7Hz的信號(hào)都濾掉，使輸出的信號(hào)僅僅是經(jīng)過(guò)調(diào)制器調(diào)制的1Hz紅外信號(hào)。通過(guò)上面的原理可知紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓再轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)才顯示出來(lái)的，這個(gè)過(guò)程將在第三個(gè)放大器中完成。放大濾波的輸出信號(hào)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的Vin（+）端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)把收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而轉(zhuǎn)化成可顯示的溫度信號(hào)。</p><p><b>　　3）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

63、</b></p><p>　　由于傳感器探測(cè)到紅外線后被放大的是模擬信號(hào)，而在LCD液顯上顯示出來(lái)的信號(hào)必須是數(shù)字信號(hào)，所以在本設(shè)計(jì)需要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹挥玫搅艘粋€(gè)輸入信號(hào)，可以采用ADC0804把有用的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后顯示出來(lái)。</p><p>　　ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，輸入電壓范圍是0~5V, 增加

64、一些外部電路后，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)總線上不用再加接口電路。ADC0804芯片的外引腳圖如3-8所示，引腳名稱及意義如下：</p><p>　　圖3-8 ADC0804引腳圖</p><p>　　Vin（+）、Vin（-）：芯片的兩個(gè)模擬信號(hào)輸出端，用來(lái)接收單極性、雙極性和差模輸入信號(hào)；</p&g

65、t;<p>　　D0~D7：A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)的端口；</p><p>　　AGND：模擬信號(hào)的接地端；</p><p>　　DGND：數(shù)字信號(hào)的接地端；</p><p>　　CLK IN：時(shí)鐘脈沖信號(hào)的輸入端口；</p><p>　　CLK R：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的外接電阻端，與外部CLK IN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，頻

66、率為1/1.1RC；</p><p>　　CS：片選信號(hào)輸入端，低電平有效，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)，表示轉(zhuǎn)換器被選中，則開始工作。</p><p>　　WR：寫信號(hào)輸入，低電平有效。當(dāng)CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　RD：讀信號(hào)輸入，低電平有效，當(dāng)CS、RD同時(shí)為低電平時(shí)，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)。</p><p>　　INTR：

67、轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，低電平有效。低電平時(shí)候表示完成此次的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接圖如下圖3-9：</p><p>　　圖3-9 ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.3.2 LCD液晶顯示模塊</p><p>　　本系統(tǒng)中采用LCD1602液晶顯示屏，具有輕薄易于設(shè)計(jì)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。其工作流程如下圖所示：

68、</p><p>　　圖3-10 LCD液晶屏工作流程</p><p>　　在本設(shè)計(jì)采用的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里以2行16個(gè)字的1602液晶模塊來(lái)介紹顯示屏的編程方法。1602所采用的是標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：</p><p>　　第3腳：VEE為液晶屏的對(duì)

69、比度調(diào)整端口；</p><p>　　第4腳：RS為寄存器的選擇端口，當(dāng)RS為高電平時(shí)，RS選擇為數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)為低電平時(shí)RS選擇為指令寄存器；</p><p>　　第5腳：RW是讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)讀操作，低電平時(shí)寫操作。當(dāng)RW和RS都為低電平時(shí)則可以顯示地址也可以寫入指令，當(dāng)RW是高電平RS是低電平時(shí)讀忙信號(hào)，當(dāng)RW是低電平，RS是高電平時(shí)則寫入數(shù)據(jù)；</p><p&

70、gt;　　第6腳：E端為使能端口，當(dāng)E端由高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令；</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；</p><p>　　第15～16腳：背光。</p><p>　　1602液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示屏幕器件，因此在執(zhí)行每條指令之前首先要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志是否為低電平，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)首先輸入顯示字符地址，也

71、就是告訴液晶屏將要在哪里顯示字符，表3-1是DM-162的內(nèi)部顯示地址。</p><p>　　表3-1　1602的內(nèi)部顯示地址</p><p>　　LCD1602液晶模塊的字符存儲(chǔ)器（CGROM)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、常用符號(hào)和日文假名等，其中每一個(gè)字符都有其固定的代碼。</p><p>　　在液顯電路連接上，LCD16

72、02顯示模塊可以直接和單片機(jī)STC89C51直接接口，液晶顯示的D0~D7八個(gè)雙向端口接STC89C51單片機(jī)的P0口的P0.0~P0.7，單片機(jī)的P0口可以作為通用的輸入，輸出端口使用，此時(shí)，若要驅(qū)動(dòng)NMOS或其他拉電流負(fù)載時(shí)，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效。</p><p>　　由于VEE端接電源時(shí)接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，對(duì)比度過(guò)低會(huì)使屏幕模糊不清，所以使

73、用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整它的對(duì)比度。LCD1602的RS寄存器選擇端口接單片機(jī)的P2.0口，通過(guò)軟件程序中對(duì)此端口的設(shè)置來(lái)決定選擇的寄存器。液顯的RW端口直接接地，此液晶屏只用來(lái)寫數(shù)據(jù)，高電平時(shí)進(jìn)行對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀數(shù)。使能E端接單片機(jī)的P2.1口，使能端由高電平到低電平時(shí)開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來(lái)。下圖3-11是LCD1602顯示電路的連接圖：</p><p>　　圖3-11　LCD顯示電路連

74、接圖</p><p>　　3.3.3 控制模塊</p><p>　　本紅外溫度測(cè)試儀采用C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，具有控制好，體積小，編程操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),在本系統(tǒng)中其工作流程如下圖所示：</p><p>　　圖3-12 C52單片機(jī)工作流程</p><p>　　該紅外測(cè)溫儀是以STC89C51單片機(jī)為核心器件，此單片機(jī)模塊的工作原理是：加載相

75、應(yīng)程序的STC89C51單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)加以處理，送LCD顯示屏顯示。</p><p>　　圖3-13是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖，如下所示</p><p>　　圖3-13 單片機(jī)處理模塊電路圖</p><p>　　其復(fù)位電路如圖3-13左邊上部分，本單片機(jī)處理模塊是通過(guò)自動(dòng)復(fù)位的，只要在RST引腳出現(xiàn)大于10ms的高電平，單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。而此儀

76、器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖3-1左邊下部分。采用晶體震蕩電路的原因是因?yàn)樗念l率穩(wěn)定性好，而這正是本紅外測(cè)溫儀非常重要的技術(shù)要求。</p><p>　　在本系統(tǒng)中C51單片機(jī)作為整個(gè)電路的核心處理模塊，擔(dān)負(fù)著CPU的功能，當(dāng)開始測(cè)量時(shí)候，單片機(jī)處于待命狀態(tài)。按下按鈕時(shí)，單片機(jī)接收到電路的工作信號(hào)，開始測(cè)量。接收紅外模塊傳送過(guò)來(lái)的溫度信號(hào)，進(jìn)行軟件編程方面的相應(yīng)處理，處理好的結(jié)果存放在寄存器中

77、而后傳送到LCD液晶屏上顯示處理結(jié)果。如此循環(huán)，可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到的極小的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)電路超過(guò)所設(shè)定的預(yù)置值時(shí)，單片機(jī)判斷出來(lái)，此時(shí)報(bào)警電路響應(yīng)并工作，達(dá)到報(bào)警的功能。</p><p>　　整個(gè)電路的連接如下圖所示：</p><p>　　圖3-14 C51單片機(jī)的連接圖</p><p><b>　　3.4 報(bào)警模塊</b><

78、/p><p>　　在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)候，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)初始設(shè)置的報(bào)警上限溫度時(shí)37度，當(dāng)目標(biāo)溫度顯示大于37度時(shí)候，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，其硬件原理圖如下所示：</p><p>　　圖3-15 蜂鳴器連接圖</p><p>　　由于單片機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)電壓比較小，需要一個(gè)三極管作為導(dǎo)通開關(guān)，當(dāng)軟件編程滿足報(bào)警條件時(shí)候，單片機(jī)的引腳輸較出低電平時(shí)，三極

79、管導(dǎo)通，此時(shí)蜂鳴器兩端加上+5V的電壓，蜂鳴器響。</p><p>　　在本系統(tǒng)中還可以設(shè)置報(bào)警的溫度，由按鈕進(jìn)行設(shè)置。將在下面的軟件編程中介紹。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　在本章中，從系統(tǒng)的硬件來(lái)具體介紹紅外溫度儀的設(shè)計(jì)。通過(guò)一個(gè)總體的硬件模塊圖，說(shuō)明紅外溫度儀從收集輻射到放大濾波到模數(shù)轉(zhuǎn)化到顯

80、示。其中再?gòu)拿總€(gè)模塊分別介紹紅外溫度儀的硬件電路，包括TN9紅外溫度模塊、C51單片機(jī)控制模塊、按鍵模塊、報(bào)警電路模塊、顯示模塊。每個(gè)模塊介紹時(shí)，分別附上模塊的流程圖和模塊的硬件圖。詳細(xì)介紹了模塊與模塊之間的連接。</p><p>　　紅外溫度儀的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 主程序模塊的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)紅外測(cè)溫儀接通電源時(shí)，STC89C51

81、單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，開始運(yùn)行該程序。該程序首先對(duì)STC89C51初始化。然后給出開機(jī)顯示，接著判斷是否有鍵輸入，若沒(méi)有鍵輸入，則繼續(xù)判斷；若有鍵輸入，則判斷是否是紅外測(cè)溫。若不是就返回開機(jī)顯示，是則進(jìn)行紅外測(cè)溫，接收數(shù)據(jù)，并將計(jì)算的溫度值顯示出來(lái)，如果是環(huán)境溫度通過(guò)數(shù)碼管前四位顯示，目標(biāo)溫度用后四位顯示。并等待結(jié)束測(cè)溫命令。再判定是否結(jié)束溫度測(cè)量，若沒(méi)則繼續(xù)測(cè)溫，若收到結(jié)束命令則返回開機(jī)顯示，重新判斷。具體工作的流程圖如下圖4-1：<

82、/p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　主程序中設(shè)計(jì)單片機(jī)的啟動(dòng)讀數(shù)的條件：當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，而后開始讀取溫度，由于要實(shí)時(shí)顯示溫度，顧考慮不斷的更新Temp溫度的數(shù)據(jù)，這時(shí)候可以定義一個(gè)循環(huán)的讀數(shù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)溫度數(shù)據(jù)經(jīng)紅外溫度傳送進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理傳送到液晶屏顯示出來(lái)時(shí)候，再進(jìn)行循環(huán)，反復(fù)這樣的動(dòng)作，便可以實(shí)時(shí)顯示。</p><p>　　4.1 初

83、始化功能模塊的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　1）對(duì)管腳的定義，字節(jié)地址定義代碼如下所示：</p><p>　　A）對(duì)TN9紅外溫度模塊的管腳定義：</p><p>　　sbit TN_ACK =P1^2; /* TN9觸發(fā) */</p><p>　　sbit TN_Clk =P

84、1^1; /* TN9時(shí)鐘線 */</p><p>　　sbit TN_Data =P1^0; /* TN9數(shù)據(jù)線 */</p><p>　　B) 對(duì)LCD液晶顯示屏的管腳定義：</p><p>　　sbit rs=P2^0;</p><p

85、>　　sbit lcden=P2^1;</p><p><b>　　初始化屏幕：</b></p><p>　　uchar code table0[]="Welcome to the ";</p><p>　　uchar code table1[]=" TN9 System";</p

86、><p>　　uchar code table2[]="Target T: 00.0 C";</p><p>　　uchar code table3[]="HuanJi T: 00.0 C";</p><p><b>　　//初始化</b></p><p>　　void Init_LC

87、D()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar num;</p><p><b>　　lcden=0;</b></p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　write_com(0x0c);</p>

88、<p>　　write_com(0x06);</p><p>　　write_com(0x01);</p><p>　　write_com(0x80);</p><p>　　write_com(0x01);</p><p>　　write_com](0x80);</p><p>　　for(num=0;num

89、<16;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_date(table0[num]);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40);</p><p>　　for(num

90、=0;num<16;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_date(table1[num]);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><

91、b>　　3）按鍵的初始化：</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Init_LCD();</p><p>　　while(Flag == 0)</p><p><b>　　{</b>&

92、lt;/p><p>　　if(FM == 0)</p><p><b>　　Flag = 1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4.3 紅外測(cè)溫模塊的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　該紅外測(cè)溫模塊的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)和脈沖信號(hào)分別接單片機(jī)P1.0，P1

93、.1口,測(cè)溫控制端接P1.2口。它的程序流程圖如圖4-2所示，此模塊首先定義一個(gè)字符型數(shù)組用于存放讀取到的一幀數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)測(cè)溫，讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。把五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都讀完后判斷第一個(gè)字節(jié)是否為0x4c或0x66并且第五個(gè)字節(jié)為0x0d，若是則計(jì)算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖4-2 紅外溫度模塊軟件流程圖</p><p>　　在此紅外測(cè)溫儀

94、的軟件設(shè)計(jì)中，溫度值的計(jì)算也是一個(gè)非常重要的部分，它關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度，因此把它的溫度數(shù)據(jù)讀取與計(jì)算用單獨(dú)的程序給出，其流程圖如圖4-3。因?yàn)榧t外測(cè)溫模塊的數(shù)據(jù)是一位一位地送入單片機(jī)的，所以用雙重循環(huán)，內(nèi)循環(huán)接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，外循環(huán)接收五個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖4-3 讀測(cè)量數(shù)據(jù)流程圖</p><p>　　4.4 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)</p><p&

95、gt;　　本系統(tǒng)中采用LCD1062液晶顯示屏，本身自帶驅(qū)動(dòng)程序，簡(jiǎn)化了軟件編程。</p><p>　　其寄存器選擇功能如下所示：</p><p>　　表4-1 寄存器選擇模塊</p><p>　　當(dāng)忙標(biāo)志為“1”時(shí)，表明正在進(jìn)行內(nèi)部操作，此時(shí)不以輸入指令或數(shù)據(jù)，要等，內(nèi)部操作結(jié)束時(shí)，忙標(biāo)志“0”時(shí)。</p><p>　　指令功能如下表所示：

96、</p><p>　　表4-2 LCD指令表</p><p>　　LCD中共有RS、R/W、B7、DB6、DB5、DB4、DB3、DB2、DB1、DB0共11種指令：表示清除、返回、輸入方式設(shè)置、顯示開關(guān)、控制、移位、功能設(shè)置、CGRAM地址設(shè)置、DDRAM地址設(shè)置、DDRAM地址設(shè)置、讀忙地址和地址、寫數(shù)據(jù)到CG/DDRAM、讀數(shù)據(jù)由CG/DDRAM。</p><p&

97、gt;　　用戶所編的顯示程序，開始必須進(jìn)行初始化，否則出現(xiàn)程序無(wú)法顯示的現(xiàn)象，可以通過(guò)軟件或者內(nèi)部的自帶電路進(jìn)行初始化。</p><p>　　本系統(tǒng)中由于有兩個(gè)溫度的顯示，所以要分別對(duì)環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度的顯示進(jìn)行編程，由于TN9的限制，當(dāng)環(huán)境溫度小于零下10度時(shí)候或者大于50度是則顯示錯(cuò)誤。</p><p>　　4.5 報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中

98、報(bào)警溫度有上限溫度。當(dāng)溫度大于設(shè)定的上限的溫度時(shí)。其中該上限溫度時(shí)可以調(diào)節(jié)的。首先檢查按鍵，當(dāng)SET按鍵被按下時(shí)候，軟件程序響應(yīng)，屏幕顯示進(jìn)入SETTemp菜單。當(dāng)SETup按下時(shí)，則屏幕顯示的報(bào)警溫度加1,當(dāng)SETdown按鍵按下時(shí)候，屏幕溫度減1，本系統(tǒng)中開始預(yù)置的報(bào)警溫度時(shí)37度，其軟件流程圖如下所示：</p><p>　　圖4-4 報(bào)警電路軟件流程圖</p><p>　　4.6 主

99、程序的仿真調(diào)試</p><p>　　1）每個(gè)模塊設(shè)計(jì)好之后，將每個(gè)模塊程序進(jìn)行整合，整個(gè)程序變得完整，可以進(jìn)行調(diào)試仿真、下載。其工作的流程如下：</p><p>　　圖4-5 主程序流程圖</p><p><b>　　程序編譯</b></p><p>　　點(diǎn)擊主菜單中的BUILD按鈕，或者通過(guò)編譯菜單欄進(jìn)行編譯，其程序所

100、顯示結(jié)果如下：</p><p>　　圖4-6 程序編譯圖</p><p><b>　　編譯成功。</b></p><p><b>　　4.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)從軟件方面具體介紹紅外溫度儀的軟件設(shè)計(jì)。按照系統(tǒng)的執(zhí)行順序來(lái)介紹軟件設(shè)計(jì)部分，首先介紹軟件系統(tǒng)的初始化，然后按照硬

101、件的模塊來(lái)分別介紹軟件模塊設(shè)計(jì)，主要包括TN9的探測(cè)溫度、TN9紅外模塊的開始啟動(dòng)探測(cè)標(biāo)志、探測(cè)環(huán)境溫度的標(biāo)志、探測(cè)所測(cè)物體溫度的標(biāo)志到最后的結(jié)束標(biāo)志，按照一個(gè)數(shù)組來(lái)進(jìn)行。最后進(jìn)行華氏攝氏的轉(zhuǎn)換，LCD軟件模塊按照屏幕的顯示初始化，而后經(jīng)過(guò)環(huán)境溫度的顯示分別從正溫度、負(fù)溫度、錯(cuò)誤范圍顯示來(lái)介紹，報(bào)警模塊包括從設(shè)置報(bào)警溫度的調(diào)節(jié)和達(dá)到報(bào)警溫度的條件來(lái)介紹。最后的主程序中主要運(yùn)用一個(gè)WHIL循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)時(shí)顯示溫度。</p>&

102、lt;p><b>　　第五章 下載與實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　本章主要介紹系統(tǒng)的件仿真與實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　5.1 硬件下載</b></p><p>　　當(dāng)程序調(diào)試完善后，開始程序的硬件下載，將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)如圖所示相連接：</p><p>　　圖5-1 下載硬件連接圖

103、</p><p>　　連接好之后，通過(guò)串口下載器下載：</p><p>　　圖5-2 軟件下載圖</p><p>　　下載成功后出現(xiàn)下載OK的提示，表示程序已經(jīng)在單片機(jī)中運(yùn)行。</p><p>　　5.2 調(diào)試中解決的問(wèn)題</p><p>　　在調(diào)試中也發(fā)現(xiàn)了很對(duì)問(wèn)題，但是通過(guò)查閱相關(guān)資料，并找畢設(shè)的老師，在不斷的修改

104、代碼中，其問(wèn)題都得到了很好的解決，增加了自己的動(dòng)手能力。</p><p>　　1）在下載程序后，不能實(shí)時(shí)顯示溫度，顯示最初的開機(jī)溫度，而后溫度不再變化。</p><p>　　經(jīng)過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵谧x取溫度時(shí)，單片機(jī)只讀取了一次，并沒(méi)有重復(fù)的讀取，溫度所以才顯示最初的溫度，可以再程序中加入一個(gè)循環(huán)：</p><p><b>　　While（1）</b&g

105、t;</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　TN_IRACK_UN();</p><p>　　TN_IRACK_EN();</p><p>　　TN_GetData(0x4c);</p><p>　　MBTemp=Temp;</p><p>　　TN

106、_GetData(0x66);</p><p>　　HuanTemp=Temp;</p><p>　　Display(MBTemp,HuanTemp);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　當(dāng)檢測(cè)到按鍵按下時(shí)候，此時(shí)重復(fù)執(zhí)行whil語(yǔ)句，這樣一個(gè)的循環(huán)便可以實(shí)時(shí)顯示溫度。</p>&

107、lt;p>　　當(dāng)屏幕顯示溫度時(shí)候，其顯示的數(shù)值是亂碼，并不是真正的溫度</p><p>　　經(jīng)過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，由于TN9模塊轉(zhuǎn)化的溫度數(shù)據(jù)是十六進(jìn)制，不是平時(shí)所示的十進(jìn)制，顧在華氏溫度轉(zhuǎn)化為攝氏溫度的時(shí)候，不能正常的顯示，這樣可以在程序中加入一個(gè)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制的語(yǔ)句便可以：</p><p>　　Temp=(float)Temp/16.00-273.15;</p>&l

108、t;p>　　當(dāng)?shù)谝淮蜗螺d程序時(shí)候可以正常工作，斷電再次開機(jī)啟動(dòng)時(shí)候，便不工作了</p><p>　　經(jīng)過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，其硬件電路的原因，單片機(jī)每次復(fù)位的時(shí)候，沒(méi)有能正常的復(fù)位，所以再次啟動(dòng)的時(shí)候便不工作，可以在單片機(jī)的RES腳下面加一個(gè)自動(dòng)復(fù)位的電路，這樣每次開機(jī)便能正常工作：</p><p>　　圖 5-3 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　蜂鳴器由于所需要電

109、流比較大，直接接在單片機(jī)的端口不能帶動(dòng)。</p><p>　　蜂鳴器是+5V電壓驅(qū)動(dòng)的，不能直接接在單片機(jī)上，此時(shí)可以用一個(gè)三極管作為導(dǎo)通電路，三極管的基極接在單片機(jī)的端口，低電平時(shí)觸發(fā)，使得三極管導(dǎo)通，同時(shí)電源電壓經(jīng)過(guò)三極管進(jìn)入蜂鳴器。</p><p><b>　　5.3 實(shí)現(xiàn)的結(jié)果</b></p><p>　　1）下載軟件后系統(tǒng)進(jìn)入正常的開

110、機(jī)啟動(dòng)畫面如下圖所示</p><p>　　圖5-4 開機(jī)啟動(dòng)畫面</p><p>　　2）按下啟動(dòng)按鈕，測(cè)溫儀開始工作，并能實(shí)時(shí)顯示環(huán)境溫度和所測(cè)目標(biāo)溫度如下圖所示：</p><p>　　圖5-5 溫度儀工作實(shí)際圖</p><p>　　3）按下設(shè)置按鈕時(shí)候，溫度儀能進(jìn)入報(bào)警溫度設(shè)置畫面，如下圖所示：</p><p>　

111、　圖5-6 溫度儀溫度設(shè)置畫面</p><p>　　按下向下或者向上調(diào)節(jié)按鈕，報(bào)警溫度變化，并且達(dá)到值開始報(bào)警。</p><p>　　5.4 紅外溫度測(cè)試儀的改進(jìn)思路</p><p>　　紅外溫度計(jì)在生活中有很多的實(shí)用價(jià)值，雖然本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了紅外溫度計(jì)的基本功能，但是本次設(shè)計(jì)還有很多不足，有實(shí)用的功能沒(méi)能夠?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　1）設(shè)計(jì)中

112、沒(méi)能添加語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)</p><p>　　本紅外溫度儀中沒(méi)有語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)，當(dāng)屏幕出現(xiàn)溫度時(shí)候，沒(méi)有實(shí)時(shí)的通過(guò)語(yǔ)音合成技術(shù)播報(bào)出來(lái)，其改進(jìn)的時(shí)候可以在單片機(jī)的控制端加上一個(gè)TTS語(yǔ)音合成模塊，將輸出的文本溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成語(yǔ)音信號(hào)，然后通過(guò)小喇叭播報(bào)出來(lái)。</p><p>　　2）設(shè)計(jì)中由于只能限于測(cè)量物體的表面溫度，不方便測(cè)量物體內(nèi)部或者遇到障礙物時(shí)的溫度。</p><p&

113、gt;　　可以再紅外探頭上加上一個(gè)光導(dǎo)纖維，并在末端加上一個(gè)透鏡，這樣紅外光可以通過(guò)光導(dǎo)纖維進(jìn)入到探頭內(nèi)部，由于光導(dǎo)纖維可以自由的彎曲，其光在內(nèi)部能自由的傳輸，當(dāng)遇到障礙物時(shí)候可以很方便的進(jìn)行測(cè)量。</p><p>　　3）在調(diào)節(jié)報(bào)警溫度上限的時(shí)候，由于沒(méi)有可存儲(chǔ)的模塊，所以每次調(diào)節(jié)都不能保存，不能很方便的使用，可以在單片機(jī)的端口加上一個(gè)存儲(chǔ)模塊，用來(lái)存儲(chǔ)所設(shè)置的報(bào)警溫度，也可以用來(lái)存儲(chǔ)每次測(cè)量的溫度，方便以后的

114、觀察和使用。</p><p>　　這幾項(xiàng)功能對(duì)于本紅外溫度測(cè)試儀是個(gè)缺陷，可以在以后的改進(jìn)中進(jìn)行增加。</p><p><b>　　5.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)主要介紹軟件和硬件的調(diào)試與實(shí)現(xiàn)結(jié)果，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到很多的問(wèn)題，通過(guò)查閱資料，請(qǐng)教同學(xué)和老師，最終都一一解決，在下載程序到單片機(jī)中，最終經(jīng)過(guò)調(diào)試程序運(yùn)行良好。本