便攜式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　便攜式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀器 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度

3、測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，而且也是現(xiàn)代設(shè)備故障檢測(cè)中非常重要的領(lǐng)域。但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，我們要求測(cè)量溫度用的傳感器不能與被測(cè)物體直接接觸，這就需要設(shè)計(jì)一種非接觸式的測(cè)溫方式來(lái)滿足這樣的測(cè)溫需求。本論文正是應(yīng)上述實(shí)際需求而設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫系統(tǒng)。</p><p>　　本文介紹的是一個(gè)由單片機(jī)構(gòu)成的紅外溫度測(cè)量系統(tǒng)，它采用STC89C51單片機(jī)和紅外溫度傳感器及數(shù)碼管等其他器件實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的

4、構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設(shè)計(jì)流程圖。該系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外傳感器、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的紅外輻射能量，紅外能量聚焦在紅外傳感器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。STC89C51單片機(jī)負(fù)責(zé)控制溫度測(cè)量、接收測(cè)量數(shù)據(jù)、并按照單片機(jī)中的溫度值計(jì)算算法計(jì)算出目標(biāo)的溫度值再通過(guò)LED把結(jié)果顯示出來(lái)。</p><p>　　紅外測(cè)溫儀是以黑體輻射定律作為理論基礎(chǔ)，是光學(xué)理論和微電子學(xué)綜合發(fā)展的

5、產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的測(cè)溫方式相比，具有響應(yīng)時(shí)間短、非接觸、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)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: STC89C51單片機(jī)，紅外測(cè)溫，LED顯示</p><p>　　Portable Infrared Temperature Measurement System </p><p><b>　　Abstract</b&

6、gt;</p><p>　　The technology of temperature measurement is used widespread, and it also important in the modern equipment failure examination field. However, with the continuous development of society, in so

7、me application domains, we needn’t the sensor contact with the measured object which used in temperature measurement, this needs a kind of non-contact temperature measurement to satisfies the demand and the design of t

8、his infrared thermometer based on the demand.</p><p>　　This article describes a single chip which is composed of infrared temperature measurement system that uses STC89C51 microcontroller and digital infrare

9、d temperature sensors and other devices to achieve. The paper introduces the composing and the method of that system in detail, and gives the hardware principle diagram and the design flow chart of the software. The syst

10、em formed by the optical system, photoelectron detector,display and output partially. The optical system collects the infrared r</p><p>　　Infrared thermomter, it uses the blackbody radiation laws as the theo

11、ries foundation, it is the outcome that the optical theories and micro-electronics learn a comprehensive development. Compared to the way of traditional temperature measurement, it has a series of merits, such as short i

12、n response time, non-contact, noninterference to temperature field, long useful time and convenient operation, etc.</p><p>　　KEYWORDS: The STC89C51 MCU, infrared radiation thermometry, the LED display</p&

13、gt;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>

14、;　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3紅外測(cè)溫技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景及方案介紹4</p>

15、<p>　　2.1紅外溫度測(cè)量技術(shù)的概述4</p><p>　　2.2紅外測(cè)溫原理及方法4</p><p>　　2.3紅外測(cè)溫系統(tǒng)的方案介紹7</p><p>　　3紅外測(cè)溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1單片機(jī)處理模塊10</p><p>　　3.2紅外測(cè)溫模塊12</p&

16、gt;<p>　　3.3 RS232A轉(zhuǎn)換電路模塊15</p><p>　　3.4電源模塊16</p><p>　　3.5鍵盤(pán)模塊16</p><p>　　3.6 LED顯示模塊17</p><p>　　4紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1主程序模塊的設(shè)計(jì)18</p&

17、gt;<p>　　4.2紅外測(cè)溫程序模塊19</p><p>　　4.3鍵盤(pán)掃描程序模塊21</p><p>　　4.4顯示程序模塊23</p><p><b>　　結(jié)論24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>&

18、lt;b>　　致謝26</b></p><p><b>　　附錄27</b></p><p>　　附錄圖1 電路原理圖27</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p><

19、p>　　在日常生活和生產(chǎn)中，我們經(jīng)常要使用到溫度的測(cè)量與控制，溫度測(cè)量系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于鍋爐、汽車、 化工、電子等各個(gè)領(lǐng)域。早期的一些溫度控制系統(tǒng)采用的是模擬電路來(lái)設(shè)計(jì)制作，有的采用熱敏電阻，有的采用鉑電阻，有的采用熱電偶，還有的利用PN結(jié)，其精度和準(zhǔn)確性都不是很理想。現(xiàn)在基本上都很少使用模擬技術(shù)，而是使用基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品，這種產(chǎn)品功能強(qiáng)，是前者的換代之物。同時(shí)隨著單片機(jī)性價(jià)比的不斷提高，新一代產(chǎn)品的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，大則可用

20、于復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)，完成復(fù)雜的控制功能。小則可以用于電器控制，甚至還可以用于兒童的電子玩具。它功能強(qiáng)大，質(zhì)量輕，體積小，靈活好用，再配以適當(dāng)?shù)慕涌谛酒?，就可以?gòu)造各種各樣、功能各異的溫度測(cè)量與控制的產(chǎn)品。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　溫度是確定物體狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它的測(cè)量在國(guó)防、科學(xué)、軍事研究以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有

21、十分重要的地位。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們需要經(jīng)常對(duì)機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)確保設(shè)備安全的運(yùn)行，而通過(guò)測(cè)量其表面的溫度就能知道設(shè)備的運(yùn)行狀況。現(xiàn)在的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流以及其它危險(xiǎn)情況下運(yùn)行的，如果依靠傳統(tǒng)的人工接觸式檢測(cè)方法，既浪費(fèi)時(shí)間、人力、物力，又帶有一定的危險(xiǎn)性，同時(shí)對(duì)測(cè)溫儀所使用的材質(zhì)也有嚴(yán)格的要求，在這樣的情況下，測(cè)溫儀器的使用壽命也成了設(shè)計(jì)接觸式測(cè)溫儀的一個(gè)重點(diǎn)考慮部分。所以要使用一種新的方式來(lái)檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的溫度，確

22、保設(shè)備運(yùn)行順暢。有兩種溫度測(cè)量方法，一種是利用電參數(shù)隨溫度變化的熱電偶、熱電阻測(cè)溫法，以及作為主要代表的以膨脹式溫度計(jì)測(cè)溫方法，另一種則是由熱輻射為代表的非接觸式測(cè)量。前者的優(yōu)勢(shì)在于測(cè)到的是物體的真實(shí)溫度，而且測(cè)溫非常簡(jiǎn)單可靠，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能差，需要與被測(cè)物體接觸才能測(cè)，溫度測(cè)量設(shè)備和被測(cè)物體需要接觸一定時(shí)間才能達(dá)到熱平衡狀態(tài)，也會(huì)影響被測(cè)物體的溫度場(chǎng)分布，而且由于工業(yè)領(lǐng)域的高壓、腐蝕性、高溫等惡劣工況，會(huì)直接影響溫度計(jì)的精度和使用壽命

23、；非接觸式溫度測(cè)量也就是所謂的輻射測(cè)</p><p>　　便攜式紅外測(cè)溫儀測(cè)量溫度不需要直接與物體接觸，所以在一些比較危險(xiǎn)的行業(yè)里進(jìn)行測(cè)溫，紅外測(cè)溫就是最好的選擇。比如在2003年的非典時(shí)期，對(duì)于便攜式紅外測(cè)溫儀的研制開(kāi)發(fā)達(dá)工作有了進(jìn)一步的提升。由于社會(huì)需求量的增加，人們希望有性價(jià)比更好的便攜式紅外測(cè)溫儀投入市場(chǎng)來(lái)滿足社會(huì)的需求。</p><p>　　1.3紅外測(cè)溫技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀<

24、;/p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　六十年代我國(guó)研制成功第一臺(tái)紅外測(cè)溫儀。我國(guó)最早開(kāi)發(fā)應(yīng)用的是紅外光電測(cè)溫儀，它相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)光學(xué)高溫計(jì)，響應(yīng)時(shí)間不快，測(cè)溫精度不高，己經(jīng)被淘汰。</p><p>　　進(jìn)入九十年代，我國(guó)的紅外測(cè)溫儀采用當(dāng)今國(guó)際上通用的工作原理，由反射式、折射式或干涉式光學(xué)系統(tǒng)收集被測(cè)物發(fā)出的紅外輻射，經(jīng)濾光片選取一定波長(zhǎng)范

25、圍的輻射，射入紅外探測(cè)器，探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，線性化處理后送入數(shù)字電壓表顯示被測(cè)物體的溫度。并且陸續(xù)生產(chǎn)了小目標(biāo)、遠(yuǎn)距離、適合工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的測(cè)溫儀器，如西光IRT-1200D型、HCW-III型、HCW- V型；YHCW-9400型；WHD4015型(雙瞄準(zhǔn)，目標(biāo)直徑為40mm時(shí)，測(cè)距可達(dá)15m)、WFHX330型(光學(xué)瞄準(zhǔn)，目標(biāo)直徑為50mm，測(cè)距可達(dá)30m )。</p><p>　　九十年代末期，我國(guó)

26、也產(chǎn)生了用光纖束作為光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)溫儀，用單板機(jī)或單片機(jī)作信號(hào)處理和線性化及數(shù)字顯示的測(cè)溫儀。</p><p>　　在2003年全國(guó)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)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(kāi)發(fā)成功了非接觸式紅外測(cè)溫儀，打開(kāi)了國(guó)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。作為一種醫(yī)療儀器，紅外體溫計(jì)的性能

27、應(yīng)當(dāng)符合技術(shù)法規(guī)的要求。但目前我國(guó)尚未有相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)量檢定規(guī)程，建議國(guó)家有關(guān)部門需要從速制定體溫測(cè)量用的各種紅外溫度儀表的標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范。</p><p>　　各生產(chǎn)廠在投產(chǎn)前都應(yīng)參考相近的溫度計(jì)和儀表的標(biāo)準(zhǔn)（包括我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和外國(guó)標(biāo)準(zhǔn)），制訂出本單位的產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)規(guī)定對(duì)紅外體溫計(jì)的技術(shù)要求和對(duì)這些要求的測(cè)試方法,那樣人們就可以得心應(yīng)手的使用及對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。 </p><p&g

28、t;　　1.3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)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(guó)家致力于這方面的開(kāi)發(fā)研究，到現(xiàn)在為止很多國(guó)家的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并已廣泛應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域。比如：美國(guó)早在2001年就頒布了有關(guān)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)雷泰公司生產(chǎn)的ST系列已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，由于本系列具有測(cè)量溫度范圍寬，并為從更遠(yuǎn)的距離或同樣的距離測(cè)量較小物體的溫度而改變了光學(xué)分辨率，它為專業(yè)人

29、員提供了精度和價(jià)格合理的組合，它可用于電器的紅外測(cè)溫、供暖的紅外測(cè)溫、運(yùn)輸/汽車維修時(shí)的紅外測(cè)溫及人體的紅外測(cè)溫等各個(gè)領(lǐng)域。因此，我們還有很大一段差距！</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　針對(duì)目前溫度檢測(cè)的非接觸技術(shù)指標(biāo)要求，本文討論了這種非接觸式紅外輻射溫度測(cè)量技術(shù)，這種技術(shù)通過(guò)測(cè)量物體的紅外輻射量而達(dá)到測(cè)量物體溫度的目的。本測(cè)溫儀是基于STC89C51單

30、片機(jī)而開(kāi)發(fā)的紅外測(cè)溫儀。首先根據(jù)實(shí)際的需求開(kāi)發(fā)制定出紅外測(cè)溫儀的性能指標(biāo)和功能要求，然后由此具體設(shè)計(jì)出硬件電路原理圖及其相關(guān)軟件原理圖。</p><p>　　1.4.1紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　1.設(shè)計(jì)或選用將被測(cè)物溫度快速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器及與之配套的電子線路。

31、 2.設(shè)計(jì)主光學(xué)系統(tǒng)，它有兩個(gè)作用：</p><p>　　a）把被測(cè)處的紅外線集中到檢測(cè)元件上，</p><p>　　b）把進(jìn)入儀表的紅外線發(fā)射面，限制在固定范圍內(nèi)； </p><p>　　3.設(shè)計(jì)信號(hào)處理單元，把檢測(cè)元件輸出的信號(hào)，用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理，變成人們需要的各種模擬量和數(shù)字量信息； </p&

32、gt;<p>　　4.設(shè)計(jì)顯示單元，把處理過(guò)的信號(hào)變成人們可閱讀的數(shù)字或畫(huà)面。</p><p>　　1.4.2紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)及主要功能</p><p>　　1：溫度測(cè)量精度±0.5℃ ；</p><p>　　2：溫度測(cè)量的分辨率0.1℃：</p><p><b>　　3：LED顯示；</b&g

33、t;</p><p>　　4：電源：DC 5V±10%；</p><p>　　5：工作環(huán)境溫度≤60℃ 工作環(huán)境濕度≤90%。</p><p>　　2紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景及方案介紹</p><p>　　2.1紅外溫度測(cè)量技術(shù)的概述</p><p>　　經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，普通的溫度測(cè)量技術(shù)已近于成熟。

34、但是，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展在特殊條件(如高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁場(chǎng)條件下或較遠(yuǎn)距離)下的溫度測(cè)量技術(shù)卻尚處在發(fā)展階段。因此，當(dāng)前研究的重點(diǎn)也在于此。</p><p>　　2.1.1紅外溫度測(cè)量技術(shù)</p><p>　　便攜式紅外測(cè)溫技術(shù)也被稱為輻射測(cè)溫技術(shù)，一般使用光電探測(cè)器或熱電型作為檢測(cè)元件。這個(gè)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，也可以是測(cè)量物體上某一點(diǎn)的溫度；而且使用方便；它的制

35、造工藝比較簡(jiǎn)單，成本較低，測(cè)溫時(shí)不需要接觸被測(cè)物體，具有響應(yīng)時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、不會(huì)干擾被測(cè)溫場(chǎng)、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，但利用紅外輻射技術(shù)測(cè)量溫度，也必然會(huì)受到物體紅外發(fā)射率、測(cè)溫距離、煙塵和水蒸氣等外部因素的影響，其測(cè)量誤差較大。</p><p>　　在紅外溫度測(cè)量技術(shù)中紅外溫度傳感器的選擇是至關(guān)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)量也要使用紅外溫度傳感器。本設(shè)計(jì)采用紅外溫度傳感器作

36、為紅外數(shù)據(jù)的采集和傳送，它具有響應(yīng)速度快、分辨率、不擾動(dòng)被測(cè)目標(biāo)溫度分布場(chǎng)、穩(wěn)定性好和測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)；另外紅外溫度傳感器的種類較多，發(fā)展非?？?，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)非接觸式紅外溫度測(cè)量?jī)x的主要原因之一。</p><p>　　2.1.2紅外溫度傳感器</p><p>　　根據(jù)紅外溫度傳感器的測(cè)量原理可以分為兩類:即熱電紅外溫度傳感器和光電紅外溫度傳感器。本紅外測(cè)

37、溫儀設(shè)計(jì)選用熱電紅外溫度傳感器。</p><p>　　熱電紅外溫度傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，通過(guò)溫差電效應(yīng)、熱敏電阻和熱釋電效應(yīng)等來(lái)測(cè)量所吸收的紅外輻射，間接地測(cè)量輻射紅外光物體的溫度。</p><p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)代非接觸故障檢測(cè)技術(shù)的需求選用了型號(hào)為凌陽(yáng)的TN9溫度傳感器。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）

38、傳輸數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.2紅外測(cè)溫原理及方法</p><p>　　2.2.1紅外測(cè)溫原理</p><p>　　紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對(duì)零度的物體都在不停向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯(lián)系，物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強(qiáng)．黑體的光譜輻射出射度有普朗克公式

39、確定，即：</p><p><b>　　( 2-1 )</b></p><p>　　黑體輻射出射度由斯蒂芬-玻爾茲曼定律確定，即</p><p>　　== ( 2-2 )</p><p>　　其中=3.7418×10W·m, 稱為第一出射度<

40、;/p><p>　　=1.4388×10m·K,稱為第二出射度</p><p>　　=5.6697×10W··,稱為斯蒂芬 –玻爾茲曼常數(shù)</p><p><b>　　表示波長(zhǎng)</b></p><p><b>　　T表示熱力學(xué)溫度</b></p&g

41、t;<p>　　由于實(shí)際物體并非黑體，所以實(shí)際物體的輻射度還需要在上式中乘上物體的輻射度常數(shù)，即：</p><p>　　= ， （2-3）</p><p>　　表示物體的輻射出射度 </p><p>　　因此對(duì)于進(jìn)入紅外測(cè)溫光學(xué)系統(tǒng)的光線，經(jīng)過(guò)探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換后，其電壓：

42、 </p><p>　　V= ， （2-4）</p><p>　　這里面的K與探測(cè)器的靈敏度和光學(xué)系統(tǒng)中光譜的透過(guò)率等有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)時(shí)確定。</p><p>　　下圖2-1是不同溫度下的黑體光譜輻射度圖：</p><p>　　圖2-1 不同溫度下的黑體光譜輻射度<

43、;/p><p>　　從上圖曲線中可以看出黑體輻射具有以下幾個(gè)特征:</p><p>　　隨著溫度的升高，黑體輻射曲線全面提高，即在任一指定波長(zhǎng)處，溫度高相應(yīng)的光譜輻射度也大，反之亦然；</p><p>　　在任何溫度下，黑體的光譜輻射度都是隨著波長(zhǎng)連續(xù)變化，每一條曲線只有一個(gè)極大值；</p><p>　　隨著溫度的升高，與光譜輻射度極大值對(duì)應(yīng)的波

44、長(zhǎng)減小。這表明隨著溫度的升高，黑體輻射中短波長(zhǎng)輻射所占比例增加。</p><p>　　2.2.2紅外測(cè)溫的方法</p><p>　　根據(jù)不同的溫度測(cè)量原理，紅外測(cè)溫儀有三種不同的設(shè)計(jì)方法：第一種稱為亮度測(cè)溫法，通過(guò)測(cè)量物體在一定波長(zhǎng)下的單色輻射亮度來(lái)確定它的亮度溫度；第二種稱為全輻射測(cè)溫法，通過(guò)測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射來(lái)確定物體的輻射溫度；第三種稱為比色測(cè)溫法，如果是通過(guò)被測(cè)物體在兩個(gè)

45、波長(zhǎng)下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來(lái)定溫。</p><p>　　比色測(cè)溫法的光學(xué)系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測(cè)溫誤差小，但必須選擇適當(dāng)波段，使波段的發(fā)射率相差不大。亮度測(cè)溫法無(wú)需環(huán)境溫度補(bǔ)償，發(fā)射率誤差較小，測(cè)溫精度高，但工作于短波區(qū)，只適合于高溫測(cè)量。本設(shè)計(jì)選用全輻射測(cè)溫法來(lái)計(jì)算被測(cè)量物體的溫度，全輻射測(cè)溫法是根據(jù)全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的總輻射而定溫，得到的是物體的輻射溫度。該方法的選擇是因?yàn)橹械蜏匚矬w的輻射信號(hào)很

46、弱，波長(zhǎng)較大，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但它的測(cè)溫精度稍差，受物體輻射率影響大。下面是全輻射測(cè)溫法的相關(guān)方法介紹：</p><p>　　全輻射測(cè)溫儀測(cè)溫的理論基礎(chǔ)是斯蒂芬一玻耳茲曼定律，即：</p><p>　　== （2-6）</p><p>　　由此可見(jiàn)黑體在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射功率與絕對(duì)溫度的4次方成正比，是溫度的單一函數(shù)

47、，它是通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)從零到無(wú)窮大的整個(gè)光譜范圍內(nèi)的輻射功率來(lái)確定物體的輻射溫度。</p><p>　　通常，紅外測(cè)溫儀是以黑體(=1)定標(biāo)的，此方法所使用的儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀數(shù)客觀并能連續(xù)記錄。缺點(diǎn)是溫度計(jì)示值受環(huán)境及發(fā)射率影響較大，從而降低了其測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確度。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要把輻射溫度轉(zhuǎn)換成真實(shí)溫度，可通過(guò)下式進(jìn)行換算：</p><p>　　T=（）

48、 （2-7）</p><p>　　由它引起的真實(shí)溫度誤差為：</p><p>　　=-× （2-8）</p><p>　　式中：-黑體的溫度；</p><p><b>　　-真實(shí)溫度；</b></p><p><b>　　-總發(fā)射率誤差；&

49、lt;/b></p><p>　　2.3紅外測(cè)溫系統(tǒng)的方案介紹</p><p>　　2.3.1紅外測(cè)溫儀的硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本紅外測(cè)溫儀采用的是模塊化的設(shè)計(jì)理念，它的硬件結(jié)構(gòu)由STC89C51單片機(jī)模塊， RS232轉(zhuǎn)換電路模塊，紅外測(cè)溫模塊，鍵盤(pán)模塊，電源模塊和LED顯示模塊組成。</p><p>　　STC89C

50、51單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制中心，它負(fù)責(zé)控制溫度測(cè)量、測(cè)量數(shù)據(jù)的接收、計(jì)算測(cè)量值、并根據(jù)取得的鍵值控制顯示過(guò)程；RS232轉(zhuǎn)換電路模塊可以使單片機(jī)方便地同PC機(jī)進(jìn)行串口通信；紅外測(cè)溫模塊負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的測(cè)量、采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳送端口傳到STC89C51單片機(jī)；通過(guò)鍵盤(pán)模塊可以方便地進(jìn)行測(cè)溫及各種操作；LED顯示模塊把測(cè)量的溫度值直觀地顯示給觀測(cè)者；電源模塊負(fù)責(zé)本紅外測(cè)溫儀電力的供應(yīng)。</p><p>　　

51、此紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　2.3.2紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度測(cè)量硬件系統(tǒng)的功能是在軟件程序控制下實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思路與硬件設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，同樣采用模塊化設(shè)計(jì)的理念，按系統(tǒng)的整體功能分成多個(gè)不同的程序模塊，然后分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、

52、編程和調(diào)試，最后各程序模塊通過(guò)主程序和中斷處理程序連接起來(lái)。這樣方便程序的修改和調(diào)試，使程序的可移植性增強(qiáng)了。整個(gè)紅外測(cè)溫系統(tǒng)分成四個(gè)模塊分別予以解決，它包括主程序模塊，紅外測(cè)溫模塊，顯示模塊和鍵盤(pán)掃描模塊。</p><p>　　主程序模塊主要完成測(cè)溫系統(tǒng)初始化，溫度的檢測(cè)，串行口通信，鍵盤(pán)和顯示等功能。其中系統(tǒng)初始化包括: 時(shí)間中斷初始化、外部中斷源的初始化、串口通信中斷的初始化、LED顯示屏的初始化。<

53、/p><p>　　紅外測(cè)溫模塊包括：獲取溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫度值。</p><p>　　顯示模塊：獲取和處理相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)。</p><p>　　鍵盤(pán)掃描模塊 ：獲取按鍵的信息，處理按鍵請(qǐng)求等。</p><p>　　在此紅外測(cè)溫儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘的設(shè)置是相當(dāng)重要的，通過(guò)時(shí)鐘的設(shè)置可以獲得良好的時(shí)鐘頻率，這個(gè)時(shí)鐘頻率是整個(gè)軟件系統(tǒng)是否能正常有序運(yùn)

54、行的關(guān)鍵。具體的軟件方案設(shè)計(jì)如下圖2-3：</p><p>　　圖2-3 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3紅外測(cè)溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1單片機(jī)處理模塊</p><p>　　該紅外測(cè)溫儀的核心器件是STC89C51單片機(jī)，此單片機(jī)模塊的工作原理是：加載相應(yīng)程序的STC89C51單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)

55、的數(shù)據(jù)加以處理，發(fā)送到LED顯示屏顯示。</p><p>　　下圖3-1是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)處理模塊電路圖</p><p>　　其復(fù)位電路如圖3-1左邊上部分，此單片機(jī)處理模塊的復(fù)位是通過(guò)開(kāi)關(guān)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)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)，這樣做的目的是便于根據(jù)實(shí)際情況而選擇是否需要重置溫度測(cè)

56、量數(shù)據(jù)。而此儀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。因?yàn)榫w震蕩電路的頻率穩(wěn)定性好，而這正是本設(shè)計(jì)非常重要的一個(gè)技術(shù)要求。</p><p>　　紅外測(cè)溫儀的核心處理部件是單片機(jī)，它關(guān)系到整個(gè)儀器的性能指標(biāo)。因此它的選擇是非常重要的。本測(cè)溫儀選擇的STC89C51單片機(jī)，下面是STC89C51單片機(jī)相關(guān)資料信息：</p><p>　　STC89C51單片機(jī)是宏晶科

57、技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。STC89C51系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，這樣可以省去購(gòu)買通用編程器，單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載/燒錄用戶程序，無(wú)須將單片機(jī)從以生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下。對(duì)于一些尚未定型的設(shè)計(jì)可以一邊設(shè)計(jì)一邊完善，加快了設(shè)計(jì)速度，減少了一些軟件缺陷風(fēng)險(xiǎn)。

58、由于可以在用戶的目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果，故無(wú)須仿真器。下圖3-2是此單片機(jī)的引腳圖：</p><p>　　圖3-2 STC89C51單片機(jī)引腳圖</p><p>　　一、STC89C51單片機(jī)的特點(diǎn)：</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；</p><p>　　工作頻率范圍：0-

59、40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80M，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；</p><p>　　工作電壓：5.5v-3.8v；</p><p>　　4k的Flash程序存儲(chǔ)器；</p><p>　　ISP/IAP，無(wú)須專用編程器/仿真器；</p><p>　　片上集成512字節(jié)RAM；</p><p>　　通用I/O口，

60、復(fù)位后：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口開(kāi)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；</p><p><b>　　EEPROM功能；</b></p><p><b>　　看門狗；</b></p><p>　　內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體20M以下時(shí)，可省略復(fù)位電路

61、）;</p><p>　　外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(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；</p><p>　　共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；</p><p><b>　　2個(gè)數(shù)據(jù)指針；</b></p><p>　　超低功耗，正常工作模式，典型

62、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；</p><p>　　通用異步串行口（UATR），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UATR；</p><p>　　工作溫度范圍：0－75℃/－40～＋85℃；</p><p>　　封裝形式：PDIP-40/PLCC-44/PQFP-44。</p><p>　　二、

63、STC89C51各引腳的功能描述如下：</p><p>　　（1）電源和晶振：VCC——運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加的電壓；</p><p><b>　　VSS——接地；</b></p><p>　　XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器；</p><p>　　XTAL2——反向放大器輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。</p>

64、;<p>　?。?）RST：?jiǎn)纹瑱C(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端；</p><p>　　（3）ALE: 地址鎖存有效信號(hào)輸出端；</p><p>　?。?）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。</p><p><b>　　3.2紅外測(cè)溫模塊</b></p><p>　　使用非接觸式紅外測(cè)溫的手段，解決了傳統(tǒng)溫度測(cè)量中

65、需要接觸的問(wèn)題，具有反應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)。它通過(guò)紅外溫度傳感器掃描被測(cè)對(duì)象，并把相應(yīng)的紅外輻射數(shù)據(jù)通過(guò)P1.5和P1.6口傳送給單片機(jī)模塊。</p><p>　　圖3-3是紅外測(cè)溫模塊電路圖：</p><p>　　圖3-3 紅外測(cè)溫電路模塊</p><p>　　面對(duì)目前眾多的紅外測(cè)量器件，在設(shè)計(jì)中選擇合適的紅外測(cè)量器件已成為一個(gè)重要問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)

66、程中，選擇紅外線測(cè)量裝置設(shè)備的性能因素首先考慮的是:光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、元件數(shù)量、有效檢測(cè)面積、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TN9的紅外探測(cè)器作為測(cè)溫模塊，它是一種內(nèi)部有溫度補(bǔ)償電路和線性處理電路集成的紅外探測(cè)器，因此簡(jiǎn)化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　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SP

67、I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>　　一、紅外測(cè)溫傳感器的引腳介紹</p><p>　　圖3-4 紅外測(cè)溫傳感器引腳圖</p><p>　　紅外測(cè)溫傳感器引腳圖如圖3-4，其中V為電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，一般取3.3V；D為數(shù)據(jù)接收引腳，沒(méi)有數(shù)據(jù)接收時(shí)D為高電平；C為2KHz Clock輸出引

68、腳；G為接地引腳；A為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)引腳，低電平有效。</p><p>　　二、紅外測(cè)溫傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1.溫度范圍：0～100℃</p><p>　　2. 測(cè)溫精度：±0.2°C</p><p>　　3.響應(yīng)時(shí)間：500ms</p><p>　　4. 測(cè)量分辨率：0.05&

69、#176;C</p><p>　　5.測(cè)量距離：小于30米</p><p>　　三、紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序</p><p>　　紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序圖如圖3-5，在CLOCK的下降沿時(shí)接收數(shù)據(jù)。(例：如果一次溫度測(cè)量需接收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這5個(gè)字節(jié)中：Item為0x4c表示測(cè)量目標(biāo)溫度，為0x6c表示測(cè)量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)

70、；Sum為驗(yàn)證碼，接收正確時(shí)Sum=Item+MSB+LSB；CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0xodH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。) </p><p>　　圖3-5紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序圖</p><p>　　一幀數(shù)據(jù)包括5Byte ，每個(gè)Byte 代表含義如下：</p><p>　　Item ：“L”(4CH): 代表此幀為目標(biāo)溫度，</p><p>

71、;　　“f”(66H)：代表此幀為環(huán)境溫度；</p><p>　　MSB： 8 bit Data Msb；</p><p>　　LSB： 8 bit Data Lsb；</p><p>　　Sum： Item+MSB+LSB=SUM；</p><p>　　CR： 0DH, 結(jié)束碼。</p><p><b>　

72、　計(jì)算公式：</b></p><p>　　目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/16-273.15</p><p>　　其中Temp是十進(jìn)制數(shù)，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時(shí)，高八位為MSB，低八位為L(zhǎng)SB；比如MSB取0x14H，LSB取0x2Ah，則Temp十六進(jìn)制數(shù)為0x142aH，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制就是5162，則測(cè)得的溫度值就是5162/16-273.15=49.475℃。</p&g

73、t;<p>　　3.3 RS232A電平轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　單片機(jī)可以很方便地通過(guò)RS232轉(zhuǎn)換電路與PC串行通信，同時(shí)也可以接收或傳送外部資料。但是在進(jìn)行串行通訊時(shí)，必須滿足一定的條件，因?yàn)镽S232是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)的,而TTL是用高低電平來(lái)表示邏輯狀態(tài)的。所以,為了能夠與PC機(jī)接口或終端的TTL設(shè)備連接,必須在RS232與TTL電平之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換?？梢允褂媚壳拜^為普遍的集成

74、電路轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)采用MAX232芯片來(lái)完成TTL到EIA雙向電平的轉(zhuǎn)換。RS-232規(guī)定了連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程的接口標(biāo)準(zhǔn)，它采取失衡的傳輸方式，即所謂的單端通信。典型的RS-232信號(hào)就是在正負(fù)電平之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，發(fā)送信號(hào)時(shí)，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出的是+5～+15V正電平，或是-15～-5V的負(fù)電平。沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線上為TTL。傳送的數(shù)據(jù)從開(kāi)始到結(jié)束，電平從TTL電平轉(zhuǎn)換到RS-232電平，然后再回復(fù)到TTL電平。典

75、型的工作電壓為+3～+12V或-12～-3V。由于發(fā)送與接收的電平差只有2～3V左右，所以它的共模抑制能力比較差。再加上電容分布在雙絞線上，其傳送距離最大也只能達(dá)到15米，最高速度為20Kb/s。</p><p>　　RS232轉(zhuǎn)換電路圖如圖3-6</p><p>　　圖3-6 RS232轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　MAX232C芯片介紹</p>

76、<p>　　MAX232C是一種工具芯片，只要用于RS232與TTL之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，它是MAXIM公司生產(chǎn)、包括兩路接收器和驅(qū)動(dòng)集成電路的IC芯片，適用于各種EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232C芯片內(nèi)部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入為+5V電源電壓轉(zhuǎn)換成為RS232輸出電平所需的電壓。因此采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。</p><p><b>

77、　　3.4電源模塊</b></p><p>　　STC89C51的內(nèi)核共電為5v，，而此紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的紅外測(cè)溫模塊和LED鍵盤(pán)模塊的共電電壓都為5v，所以通過(guò)這個(gè)電源模塊后，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V的單片機(jī)工作電壓，來(lái)保障紅外測(cè)溫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如圖3-7所示：</p><p><b>　　圖3-7電源電路</b></p><p>

78、;<b>　　3.5鍵盤(pán)模塊</b></p><p>　　圖3-8 鍵盤(pán)電路原理圖</p><p>　　鍵盤(pán)模塊采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，鍵盤(pán)掃描電路的輸出端和LED顯示器段碼控制端口共用74HC164的輸出Q0~Q7,這樣減少了I/O口。</p><p>　　本系統(tǒng)的鍵盤(pán)采用1×8行列式鍵盤(pán)。它的工作原理是： 單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行程序不斷的

79、掃描鍵盤(pán)，檢查是否有鍵按下，當(dāng)掃描到有按鍵信號(hào)下時(shí)。通過(guò)程序處理找出按下的鍵值，并調(diào)用相應(yīng)鍵操作程序完成相應(yīng)的鍵操作。其電路原理圖如圖3-8所示。</p><p>　　3.6 LED顯示模塊</p><p>　　LED顯示模塊：數(shù)碼管顯示按顯示方式分動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種，靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的電路硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示需

80、要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，所謂的動(dòng)態(tài)就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器，對(duì)每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人的視覺(jué)留感達(dá)到顯示的目的。動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示,顯示模塊由兩片74HC164,8個(gè)8段LED數(shù)碼管組成。</p><p>　　74HC164是高速硅門CMOS器件，與

81、低功耗肖特基型 TTL器件的引腳兼容。74HC164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端（DSA或DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。</p><p>　　時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA 和 DSB）的邏輯與

82、，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。芯片如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 74HC164芯片引腳圖</p><p>　　兩片74HC164分別控制數(shù)碼管的位選和段選，其中控制位選信號(hào)的74HC164的輸出端QA~QD通過(guò)電阻、三極管與數(shù)碼管的共陰極連接，

83、用P1.2口控制CLOCK脈沖信號(hào)；另一個(gè)則通過(guò)電阻直接與數(shù)碼管連接輸送顯示的數(shù)字，P1.1口控制CLOCK脈沖信號(hào)。它們的CLEAR端都始終接高電平，A、B兩輸入端相連共同接到P1.0口上。LED顯示電路原理圖如圖3-10：</p><p>　　圖3-10 LED顯示電路原理圖</p><p>　　由于鍵盤(pán)掃描電路和LED顯示器顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，并共用同一個(gè)74HC164，所以

84、在時(shí)間中斷程序中必須先運(yùn)行鍵盤(pán)掃描子程序，再運(yùn)行LED顯示子程序。動(dòng)態(tài)掃描電路的掃描頻率應(yīng)不低于50Hz,否則LED顯示器會(huì)不穩(wěn)定。鍵盤(pán)掃描去抖動(dòng)通過(guò)應(yīng)用軟件的方法實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1主程序模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)紅外測(cè)溫儀電源接通時(shí)，STC89C51單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并開(kāi)始運(yùn)行該程序。該程序首先對(duì)

85、STC89C51初始化。然后給出開(kāi)機(jī)畫(huà)面，接著確定是否有鍵輸入，若沒(méi)有鍵輸入，則繼續(xù)判斷；若有鍵輸入，則確定是否是紅外測(cè)溫。如果不是就返回開(kāi)機(jī)顯示，如果是則進(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。再確定是否結(jié)束溫度測(cè)量，如果沒(méi)有則繼續(xù)測(cè)溫，如果收到結(jié)束命令則返回開(kāi)機(jī)顯示，重新判斷。具體工作的流程圖如下圖4-1：</p><p>

86、;　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2紅外測(cè)溫程序模塊</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)的P1.5，P1.6口,測(cè)溫控制端接P1.7口。該程序流程圖如圖4-2所示，此模塊首先定義一個(gè)字符型數(shù)組用來(lái)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0x6

87、6并且第五個(gè)字節(jié)為0x0d，如果是則計(jì)算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖4-2 紅外測(cè)溫流程圖</p><p>　　在該紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)中，溫度值的計(jì)算也是一個(gè)非常重要的組成部分，它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度，因此給出一個(gè)單獨(dú)的程序來(lái)讀取并計(jì)算溫度數(shù)據(jù)，其流程圖如圖4-3。由于紅外測(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

88、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>　　4.3鍵盤(pán)掃描程序模塊</p><p>　　鍵盤(pán)是單片機(jī)應(yīng)用中不可缺少的一個(gè)部分。本鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)采用1列8行(1X8)的設(shè)計(jì)思想，74HC164在鍵盤(pán)中充當(dāng)行驅(qū)動(dòng)，列線接在單片機(jī)的P1.3口上，在固定的極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)鍵盤(pán)的列線進(jìn)行掃描，進(jìn)而判斷是否有鍵按下，有鍵按下再判斷是哪個(gè)

89、鍵按下從而根據(jù)按鍵值在程序中做出進(jìn)一步的判斷。它遵循的程序流程圖如下圖4-4：</p><p>　　圖4-4 鍵盤(pán)掃描程序</p><p>　　由于系統(tǒng)采用由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的獨(dú)立式按鍵，它存在按鍵開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)問(wèn)題，這種抖動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程大約經(jīng)過(guò)5～10ms的時(shí)間，雖然人的肉眼是覺(jué)察不到的，但對(duì)高速的CPU來(lái)說(shuō)，這個(gè)抖動(dòng)容易影響到單片機(jī)對(duì)按鍵的正確判斷。下圖4-5是按鍵抖動(dòng)示意圖：</p>

90、;<p>　　圖4-5按鍵抖動(dòng)示意圖</p><p>　　為了使單片機(jī)能夠正確地讀出P1.3口的狀態(tài)，對(duì)每一次按鍵只作一次響應(yīng)，同時(shí)必須采取措施以消除抖動(dòng)。本設(shè)計(jì)采用軟件方法來(lái)消除抖動(dòng)，它通過(guò)延時(shí)來(lái)躲過(guò)暫態(tài)抖動(dòng)過(guò)程，執(zhí)行一段10ms的延時(shí)程序后，再讀取一個(gè)穩(wěn)定的鍵狀態(tài)。在沒(méi)有鍵按下時(shí)P1.3口是高電平，在單片機(jī)獲得P1.3口為低電平的信息后，并不馬上認(rèn)定鍵盤(pán)已被按下， 執(zhí)行10毫秒延時(shí)函數(shù)后再次檢測(cè)

91、P1.3口，如果仍為低，則表明鍵盤(pán)被按下了。這就消除了按鍵按下時(shí)前沿的抖動(dòng)對(duì)單片機(jī)正確判斷按鍵造成的影響。</p><p><b>　　4.4顯示程序模塊</b></p><p>　　在顯示模塊中，我們使用兩片74HC164,4個(gè)8段LED數(shù)碼管。它的工作原理是主控單片機(jī)STC89C51通過(guò)控制位選的74HC164去控制點(diǎn)亮不同的數(shù)碼管，而另一片74HC164是用來(lái)根

92、據(jù)主控單片機(jī)給出的不同信息，給出不同數(shù)碼管所要顯示的不同內(nèi)容，在給出點(diǎn)亮的信號(hào)時(shí)，數(shù)碼管就顯示出74HC164輸出端的信息。4個(gè)8段數(shù)碼管是定時(shí)循環(huán)按順序被點(diǎn)亮，由于每次被點(diǎn)亮的時(shí)間間隔極短，也由于人眼對(duì)光亮的感覺(jué)延遲效應(yīng)，所以在顯示不斷被刷新的同時(shí)，人眼不會(huì)有亮光閃爍感。</p><p>　　本顯示程序首先定義了數(shù)碼管的字型和字位口編碼表， 然后根據(jù)要讓哪個(gè)數(shù)碼管亮和讓它亮什么數(shù)據(jù)來(lái)選擇不同的字型字位口再進(jìn)行查

93、表，把查到的編碼一位位送到兩片164的數(shù)據(jù)端進(jìn)行顯示。下圖4-6是具體的LED顯示程序圖：</p><p>　　圖4-6 LED顯示程序流程圖</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　紅外測(cè)溫儀是一種將微電子技術(shù)與紅外技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一種新型測(cè)溫技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)是：安全、可靠、非接觸、快速、準(zhǔn)確、方便、壽命長(zhǎng)等，已經(jīng)被越來(lái)越多

94、的廠家和企業(yè)接受和認(rèn)識(shí)，在冶金、電力、石化、醫(yī)療、水泥以及食品等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　目前不同廠家不同種類的紅外測(cè)溫儀功能和價(jià)格相差很大，國(guó)內(nèi)有很多廠家開(kāi)發(fā)了多種紅外測(cè)溫儀，其主要優(yōu)點(diǎn)就是操作方便、價(jià)格較為低廉。但是與國(guó)外公司的同類產(chǎn)品相比，存在測(cè)溫精度不高、抗干擾能力不強(qiáng)等缺點(diǎn)．因此，研制一種操作簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確、性價(jià)比高的紅外測(cè)溫儀很有必要．</p><p>　　本

95、設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，硬件部分包括了單片機(jī)處理模塊、紅外測(cè)溫模塊、LED顯示模塊、鍵盤(pán)模塊和RS232電平轉(zhuǎn)換模塊，軟件部分主要包括主程序模塊、紅外測(cè)溫程序模塊、LED顯示程序模塊。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制紅外測(cè)溫把接收到的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后送LED顯示。</p><p>　　該溫度檢測(cè)系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，經(jīng)過(guò)軟件進(jìn)行非線性及溫度補(bǔ)償后，測(cè)溫精度可進(jìn)一步提高，因此本系統(tǒng)

96、適用于在短距離環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)、控制，有廣闊的應(yīng)用前景。但同時(shí)也明顯感覺(jué)到還有很多地方需要完善和提高，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與實(shí)際應(yīng)用還有一定的差距。例如可以通過(guò)按鍵更靈活的控制測(cè)溫，如果再加上語(yǔ)音播報(bào)功能就更加完善了。所以在今后的工作中，還要不斷的學(xué)習(xí)充電，掌握更多的技能。爭(zhēng)取能夠在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的智能化儀器。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

97、;<p>　　[1] 姚學(xué)軍．紅外測(cè)溫原理與測(cè)溫技術(shù)．中國(guó)儀器儀表．1999．1：10-13 </p><p>　　[2] 韓菊娣、趙惠德、王啟坤．本質(zhì)安全型紅外智能測(cè)溫儀．煤礦機(jī)械．1995-4</p><p>　　[3] 戴景明．輻射測(cè)溫的發(fā)展現(xiàn)狀與展望．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2004．3：1-5</p><p>　　[4] RIGHINF、ROSSO

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101、;　　[13] 王福端．單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，</p><p><b>　　1998.4</b></p><p>　　[14] 朱祖昌、李秀芊．應(yīng)用紅外技術(shù)的非接觸式測(cè)溫．檢測(cè)技術(shù)1994．1：35-39</p><p>　　[15] 盧勝利、胡新宇、程森林．智能儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．重慶：重慶大學(xué)出版社2003.6&

102、lt;/p><p>　　[16] 戴蘇明、朱桂榮．紅外測(cè)溫誤差的來(lái)源與分析．蘇州絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào)．2000．2：25-29</p><p>　　[17] 王麗明、劉淑娟．紅外熱釋電傳感器的溫度穩(wěn)定性．儀表技術(shù)與傳感器．2004．6</p><p>　　[18] 謝光忠、蔣亞?wèn)|．溫濕度智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的研制[J]. 哈爾濱：傳感</p><p>

103、<b>　　器技術(shù)2000</b></p><p>　　[19] 萬(wàn)福君，潘松峰.單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）[M]. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　

104、便攜式紅外測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1前言部分</b></p><p>　　隨著科學(xué)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步以及人民生活水平的提高，對(duì)非接觸式紅外測(cè)溫儀的需求越來(lái)越大，特別是在 2003 年的非典期間，這種需求達(dá)到了高峰。非接觸式紅外測(cè)溫儀不需要接觸物體即可測(cè)得物體的溫度，它的這個(gè)特點(diǎn)使得在一些比較危險(xiǎn)的行業(yè)進(jìn)行測(cè)溫成為最好的選擇。2003年的非典也使對(duì)非

105、接觸式紅外測(cè)溫儀的研制開(kāi)發(fā)達(dá)到了頂峰。由于需求量的增大，使得人們希望能有測(cè)溫性能穩(wěn)定，測(cè)溫距離較遠(yuǎn)而價(jià)格又很便宜的非接觸式紅外測(cè)溫儀投入市場(chǎng)以滿足社會(huì)的需求。</p><p><b>　　2主題部分</b></p><p>　　2.1紅外測(cè)溫的原理</p><p>　　紅外測(cè)溫系統(tǒng)是利用物體的輻射能量與溫度有關(guān)的原理而組成測(cè)溫的系統(tǒng)。將普朗克公

106、式在探測(cè)器工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)積分可以得出目標(biāo)輻射率的大小與目標(biāo)溫度間存在著固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用紅外探測(cè)器測(cè)出目標(biāo)的熱輻射功率，就能計(jì)算出目標(biāo)的表面溫度，這就為紅外測(cè)溫奠定了理論基礎(chǔ)。</p><p><b>　　(1)普朗克定律</b></p><p>　　黑體的光譜輻射出射度是波長(zhǎng)和黑體溫度的函數(shù)，即：</p><p><b>　?。?—

107、1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　—第一輻射常數(shù)，</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　—第二輻射常數(shù)， <

108、/p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　K—玻耳茲曼常數(shù)；</b></p><p><b>　　h—普朗克常數(shù)；</b></p><p>　　c—電磁波在真空中的傳播

109、速度。</p><p>　　圖1-1表示了不同溫度下黑體輻射的頻譜分布，從圖中可以看出:黑體總的輻射能量隨溫度的增高而增加，這是單波段測(cè)溫儀的依據(jù)。隨著溫度升高輻射峰所在的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，其規(guī)律符合維恩位移定律。顯然高溫測(cè)溫儀適用于較短的工作波長(zhǎng)，低溫測(cè)溫儀宜選用較長(zhǎng)的工作波段；短波長(zhǎng)處輻射能量隨溫度增加比長(zhǎng)波長(zhǎng)處快，這意味著短波長(zhǎng)處比長(zhǎng)波長(zhǎng)處測(cè)溫靈敏度高。</p><p>　　(2)

110、斯蒂芬一玻耳茲曼定律</p><p>　　將普朗克公式1-1對(duì)所有波長(zhǎng)積分，便可得到描述單位面積黑體輻射到半球空間的總輻射功率，即</p><p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　式中，，稱為斯蒂芬一玻耳茲曼常數(shù)。</p><p>　　(3)實(shí)際物體溫度的計(jì)算</p><p>

111、　　式（1—1）,（1—2）中的T均為絕對(duì)溫度。計(jì)算實(shí)際物體的輻射出射度只需在式（1—1）,（1—2）中乘以發(fā)射率即可。物體的輻射出射度與輻射的溫度T和發(fā)射率有關(guān)。只要測(cè)出物體的輻射出射度又以知物體的發(fā)射率即可求出溫度T。實(shí)際上物體的測(cè)量是通過(guò)輻射量的測(cè)量得到的。</p><p>　　2.2 紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1800年，英國(guó)物理學(xué)家F.W赫胥爾發(fā)現(xiàn)了紅外輻射，其

112、占據(jù)的波段為0.76～1000，反映了一定溫度物體的熱特性，從此開(kāi)辟了人類應(yīng)用紅外技術(shù)的廣闊道路。</p><p>　　紅外輻射測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展主要從兩方面來(lái)看：一是紅外輻射測(cè)溫儀器的發(fā)展；二是紅外輻射測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　2.3紅外輻射測(cè)溫儀器的分類及發(fā)展</p><p>　　利用紅外輻射的原理進(jìn)行溫度測(cè)量的儀器是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐漸發(fā)展而成的。早期的紅