紅外測溫系統(tǒng)課程設計

1、紅外測溫系統(tǒng)作者：前言一般來說，測溫方式可分為接觸式和非接觸式，接觸式測溫只能測量被測物體與測溫傳感器達到熱平衡后的溫度，所以影響時間長，且極易受環(huán)境溫度的影響；非接觸紅外測溫采用紅外技術(shù)可快速方便地測量物體的便面溫度。不需要機械的接觸被測物體而快速測得溫度讀書。紅外測溫技術(shù)利用紅外光波（又紅外線）作為載波來傳送測量信號或者控制指令，例如紅外遙控電視開關(guān)、紅外報警器、自動玻璃門等。之所以采用紅外光波作為控制光源，是由于紅外發(fā)射器件與紅外接收器件的發(fā)光與受光峰值波長一般為0.88m0.94m，落在近紅外波段內(nèi)，而且二者的光譜恰好重合能夠很好的匹配，可獲得較高的傳輸效率及較高的可靠性。紅外測控系統(tǒng)

2、一般包括發(fā)射、接受以及處理部分。本文介紹了一種基于單片機的紅外測控系統(tǒng)，它采用了單片機控制技術(shù)和紅外感應技術(shù)，集成了光學、電子和單片機等技術(shù)于一體，該系統(tǒng)工作可靠，成本低廉，經(jīng)濟效益顯著。關(guān)鍵字：紅外測溫，單片機目錄第一章 設計原理與分析11.1 紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理11.2 非接觸紅外測溫技術(shù)的原理1第二章 硬件選擇與設計32.1 紅外數(shù)據(jù)采集32.2 89C52單片機介紹42.3 液晶顯示器LCD的介紹6第三章 軟件設計73.1 Keil C51軟件簡介73.2 keil C51驅(qū)動LCD11第四章 調(diào)試結(jié)果及分析144.1 硬件調(diào)試144.2 軟件調(diào)試15第五章 總結(jié)18參考文獻1

3、9第一章 設計原理與分析1.1 紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理由紅外溫度傳感器采用非接觸式測溫方式檢測被測點表面的溫度，通過AD轉(zhuǎn)換，送CPU處理；通過數(shù)字溫度傳感器采集電纜接頭（或接點）的溫度，以數(shù)字的形式直接交由CPU集中處理，然后利用RS485總線直接將信號（也可以使用數(shù)字采集器）傳輸給微機（帶后臺機系統(tǒng)）；或利用RS485總線將信號送協(xié)議轉(zhuǎn)換機以標準CDT規(guī)約的形式接入綜自系統(tǒng)，但綜自系統(tǒng)必須留有接口，具體凡方式根據(jù)用戶要求。最后由計算機進行處理，當被測點溫度超出報警溫度時，系統(tǒng)開始報警，并及時存儲報警點的數(shù)據(jù)，如圖1-1所示。圖1-11.2 非接觸紅外測溫技術(shù)的原理非接觸紅外測溫技術(shù)可快

4、速方便地測量物體的表面溫度，不需要機械地接觸被測物體而快速測得溫度讀數(shù)，能可靠地測量熱的、危險的或難以接觸的物體，而不會污染或損壞被測物體。紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設備在線故障診斷、安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了正在發(fā)揮著重要作用。一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射特性一輻射能量的大小及其按波長的分布一與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此,通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎。紅外位于可見光和無線電波之間，紅外波長常用微米表示，

5、波長范圍為0.7微米1000微米，實際上，0.7微米14微米波帶用于紅外測溫。 紅外測溫由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾娦盘枴Ｔ撔盘柦?jīng)過放大器和信號處理電路，并按照其內(nèi)部的算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。有幾個決定精確測溫的重要因素，最重要的因素是發(fā)射率、視場、光學分辨率（光斑的距離和光斑的位置）。 視場確保被測目標大于儀器測量時的光斑尺寸，目標越小，就應離它越近。當精度特別重要時，要確保目標至少倍于光斑尺寸，建議被測目標尺

6、寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場，背景輻射能量就會進入測溫儀，干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。相反，如果目標大于測溫儀的視場，測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。紅外測溫儀的光學系統(tǒng)從圓形測量光斑收集能量并聚焦在探測器上，光學分辨率定義為測溫儀到目標的距離與被測光斑直徑S之比（D：）。比值越大，測溫儀的分辨率越高，被測光斑尺寸也就越小。紅外光學的最新改進是增加了硅透鏡的近焦特性,可對小目標區(qū)域提供精確測量，還可防止背景溫度的影響。第二章 硬件選擇與設計2.1 紅外數(shù)據(jù)采集1、運算放大器（OP07）紅外傳感器輸入電壓為05V，經(jīng)過電阻R10、R11、電位器V0分壓變?yōu)?4V ，再有O

7、P07,送入4051數(shù)據(jù)選擇器，采用OP07構(gòu)成射極跟隨器，電路結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強，電容C3電阻R12，可以穩(wěn)定輸出電壓。如下圖2-1 OP07運算放大器。圖2-1 OP07運算放大器2、數(shù)據(jù)選擇器（4051）由于max191只有一個模擬量輸入接口 我們的紅外數(shù)據(jù)采集了六路模擬量 4051是八選一數(shù)據(jù)選擇器， 講輸入的六路數(shù)據(jù)分別送入到MAX191中。如圖2-2所示。圖2-2 4051數(shù)據(jù)選擇器2.2 89C52單片機介紹89C52單片機是我們生活中最常用的系列,MCS-51系列單片機有4個并行口(P0,P1,P2,P3口),但對一個稍微復雜的應用系統(tǒng)來說,真正可供用戶使用的并行口,只有P1

8、口可用,況且常常因擴展I2C和SPI的器件需占用某些P1口,迫使用戶不得不擴展并行口以滿足實際的需要。習慣上,常用的并行口接口芯片有8255、8155,這兩種芯片功能比較齊全,可以使用在相對比較復雜的系統(tǒng)中,但如是對一般的系統(tǒng)而言,這些功能往往閑置不用。那么就可以選用一些本來閑置不用的口線作為選通信號來進行并行口的擴展,這樣就能充分利用單片機有限的I/O資源。一、特點：1與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容28K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存31000次擦寫周期4全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz5三級加密程序存儲器6256X8字節(jié)內(nèi)部RAM732個可編程I/O口線83個16位定時/計數(shù)器98個中斷源

9、10可編程串行UART通道1、74LS138芯片74LS138 為3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：   74LS138是TTL集成電路，是由于TTL集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。TTL的輸入端是發(fā)射極輸入方式，就是說前級輸入低電平，是給它提供一個電流流出的通路，相當于輸入邏輯“0”；輸入端開路時，沒有“下拉”電流流出，是“非零”狀態(tài)，所以等于高電平輸入，是邏輯“1”。其管腳圖2-3如下:圖2-6 74LS138管腳圖2、8255芯片8255芯片是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，它具有3個8位I/O口，3

10、種工作方式，可通過編程改變其功能，因而使用靈活方便，通用性強，可作為單片機與多種外圍設備連接時的中間接口電路。各引腳功能如下：1、D7D0：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機數(shù)據(jù)總線連接，用來傳送數(shù)據(jù)信息。2、CS：片選信號線，低電平有效，表示本芯片被選中。3、RD：讀出信號線，低電平有效，控制8255中的數(shù)據(jù)的讀出。4、WR：寫入信號線，低電平有效，控制向8255數(shù)據(jù)的寫入。5、Vcc：+5V電源。6、PA7PA0：A口輸入/輸出線。7、PB7PB0：B口輸入/輸出線。8、PC7PC0：C口輸入/輸出線。9、A1A0：地址線，用來選擇8255內(nèi)部的4個端口。2.3 液晶顯示器LCD的介紹隨著圖形點陣L

11、CD液晶顯示模塊在各行各業(yè)的逐步使用，使得人機界面變得越來越直觀，尤其對于國內(nèi)大多數(shù)需要有漢字和圖形顯示的用戶來說，顯示界面的友好與否，將直接影響到其產(chǎn)品的形象和市場競爭力，但一般涉及有關(guān)圖形點陣液晶模塊顯示界面開發(fā)的技術(shù)人員由于缺乏經(jīng)驗而往往感到力不從心，尤其當用戶的控制電路資源非常缺乏的條件下，圖形點陣液晶模塊則更是望塵莫及，雖然其成本已經(jīng)降到普遍能接受的地步，但還是因其控制方法的特殊性和復雜性嚴重阻礙液晶顯示器的推廣應用。液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點，近年來被廣泛用于單片機控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。LCD可分為段式LCD

12、、字符式LCD和點陣式LCD。其中，段式LCD和字符式LCD只能用于字符和數(shù)字的簡單顯示，不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求；而點陣式LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線以及漢字、動畫，并且可以實現(xiàn)屏幕滾動、反轉(zhuǎn)、閃爍等功能，用途十分廣泛。 第三章 軟件設計3.1 Keil C51軟件簡介Keil公司目前已經(jīng)推出了V7.0以上版本的CX51編譯器，為8051單片機軟件開發(fā)提供了全新心的C語言環(huán)境，同時保留了匯編代碼高效，快速的特點。CX51已被完全集成到一個功能強大的全新集成開發(fā)環(huán)境 Vision2中，其中包括項目（project）管理器、CX51編譯器、AX51宏匯編器、BL

13、51/LX51連接定位器、RTX51實時操作系統(tǒng)Simulator 軟件模擬器以及Monnitor51硬件目標調(diào)試器，所有這些功能均可在 Vision2提供的單一而靈活的開發(fā)環(huán)境中極為簡便的進行操作。1、 輸入/輸出（I/O）口的使用輸入/輸出（I/O）接口是單片機和外部設備之間住處交換和控制的橋梁。Sbit CLR=po0;Sbit READY=po1;CLR=1;CLR=0;2、定時/計數(shù)器的使51系列的單片機內(nèi)部一般帶有2個或者更多的確良6位定時/計數(shù)器。使用定時/計數(shù)器可以讓單片機方便的實現(xiàn)定時操作、頻率發(fā)生器、分頻計等功能。51單片機的定時/計數(shù)器可以分為定時器模式和計數(shù)器模式。其實

14、這兩種模式?jīng)]有本質(zhì)上的區(qū)別，均使用二進制的加一計數(shù)器，當計數(shù)器的值計滿回零時能自動產(chǎn)生溢出中斷的請求，以此來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能。它們的不同之處在于定時器使用CPU的時鐘來計數(shù)，而計數(shù)器使用的是外部信號。#include<stdio.h>#include<reg51.h>void initial(void);int i=1;main() initial(); while(1); void initial(void)IE=0x82;TCON=0x00; TMOD=0x01;TH0=0Xff;Tl0=0x38;TR1=1; /啟動定時器0Void TIMER(void) i

15、nterrupt 1TH0=0xB1;TL0=0xE0;P0=PO0X01;2、 中斷系統(tǒng)計算機有了RPM和RAM就可以對數(shù)據(jù)進行加工處理，但是，數(shù)據(jù)的輸入和輸出仍依賴于外部設備。由于外設之間以及外設和單片機的處理速率不盡相同，所以在外設操作的過程中單片機一般都需要等待。所以中斷是計算機必須具備的重要功能，準確掌握中斷概念和靈活使用中數(shù)技術(shù)是很有必要的。(1) 中斷源51系統(tǒng)單片機中，單片機的型號不同，其中斷源的個數(shù)和中斷標志位的定義也就有差別，AT89C51中有五個中斷源。外部中斷源、定時器溢出中斷源、串行口中斷源。(2) 中斷標志中斷標志位一般集中安排在定時器寄存器TCON和串行口控制寄存

16、器SCON中。（3）定時器控制寄存器TCON表3-1 定時器控制寄存器TCON各位定義TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8F8E8D8C8B8A8988IT0和IT1:TI0是INT0的中斷觸發(fā)標志位,位地址是88H.IT0狀態(tài)可以由用戶通過程序設定:如果IT0=0,則INT0上的中斷請示信號的中斷觸發(fā)方式電平觸發(fā)方式為電平觸發(fā);如果IT0=1,則INT0設定為邊沿中斷觸發(fā)方式.IT1的功能與IT0相同,只不過控制的INT1,其位地址為8AH。IE0和IE1：IE0為外部中斷INT0中斷請求標志位，位地址為89H。當CPU檢測到INT0中斷有效時，IE0由硬件自動置

17、位；當CPU響應INT0上的中斷請求后進入相應的中斷服務程序執(zhí)行時，IE0被自動復位。TRO和TR1：TR0為定時器/計數(shù)器T0的啟動/停止控制位。位地址為8CH。TR0的狀態(tài)可以由用戶通過程序設定：TR0=1時，定時器/計數(shù)器T0立即開始計數(shù)；TR0=0時，定時器/計數(shù)器T0停止計數(shù)。TR1作用與TR0相同，位地址是8EH，控制的是定時器/計數(shù)器T1。(4) 串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCON各位定義如表3-2所示。表中，TI和RI兩位分別為串行口發(fā)送中斷標志位和接收中斷標志位，其余各位用于串行口方式設定和串行口發(fā)送/接收控制。表3-2 串行口控制寄存器SCON定義SCONSM

18、0SM1SMCRENTB0RB0TIRI位地址9F9E9D9C9B9A9998TI為串行口發(fā)送中斷標志位,位地址為99H.在串行口發(fā)送完一組數(shù)據(jù)以后,串行口電路向CPU發(fā)出串行口中斷請求的同時也使TI位置位,但在CPU響應串行口中斷后是不能被硬件復位的,故用戶應在串行口中斷服務程序中通過指令來使它復位。RI位串行口接收中斷標志位，位地址為98H。在串行口接收到一組串行數(shù)據(jù)時，串行口電路再向CPU發(fā)出串行口中斷請求的同時也使RI位置位，表示串行口已經(jīng)產(chǎn)生了接收中斷。RI也應該由用戶在中斷服務程序中通過指令復位。按字節(jié)操作指令方式編寫出來的初始化程序如下所示：Void initial(void)I

19、P=IP|0x04; /中斷1為高優(yōu)先級IE=IE|0x04; /允許中斷1 TCON=TCON&0XFB; /中斷1為電平觸發(fā)方式PCON=0;4、單片機串行口我們將串口的初始化工作全部寫在一個函數(shù)initial()之中，該函數(shù)的主要作用是初始化中斷優(yōu)先級、允許串口中斷，定義串口工作模式，以及數(shù)據(jù)傳輸率設置，同時啟動與數(shù)據(jù)傳輸率有關(guān)的定時器。Initial子函數(shù)的程序代碼如下所示：Void initial(void) IP=0x10; /定義串口為高優(yōu)先級中斷 IE=0x90; /允許串口、中斷0、1、定時器0TCON=0x05;TMOD=0x20; /定時器1為自動裝入（auto-

20、load）方式PCON=0; SCON=0Xd0; /串行口工作方式：9位UART數(shù)據(jù)傳輸率可變TH1=0xf3;TL1=0xf3; /PCON=0x80|PCON; TR1=1; /啟動定時器13.2 keil C51驅(qū)動LCD1.模塊與MPU的接口方法，圖3-3是MPU8031的接口電路。圖3-2 MPU8031的接口電路圖8031數(shù)據(jù)口P0口直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口連接，8031的RD，WR用為液晶顯示模塊的讀，寫控制信號，通過與非門連接到EDM12816B的使能信號端。液晶顯示模塊RESET，D/I，R/W分別連接到8031的P1.5,P1.4,P1.3上。Vcc掛在+5V上,GND

21、、Vee接地。程序如下：sbit Elcm=P27; /使用信號sbit CSBLCM=p23; /CSA控制信號sbit Dilcm=P20; /CSA控制信號sbit Rwlcm=P21; /D/I信號sbit Datalcm=0x80; /R/W信號2模塊的控制命令（1）顯示開關(guān)控制（DISPLAY ON/OFF）R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000011111DD=1; 開顯示（DISPLAY ON）D=0； 關(guān)顯示（DISPLAY OFF）。此時的DD RAM內(nèi)容不變。只要D=0變成D=1原來的顯示就會顯示在屏幕上。（2）設置顯示起始行R/WD/IDB7

22、DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00011A5A4A3A2A1A0前面在Z地址計數(shù)器一節(jié)已經(jīng)描述了顯示起始行是由Z地址計數(shù)器的。A5A0 6位地址自動送入Z地址計數(shù)器，起始行的地址可以是063的任意一行。（3）設置頁地址（SET PAGE“X ADDRESS” ）R/WD/IDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000101110A1A0#define DISPON 0x3F /顯示開#define DISPOFF 0x3e /顯示關(guān)#define DISPIRST 0xc0; /顯示起始行駛定義#define SETX 0x40; /X定位設定指令（頁）（4）讀操作void

23、LCD_set_xy( unsigned char x, unsigned char y )unsigned char address;if (y = LINE1) address = LINE1_HEAD + x;else address = LINE2_HEAD + x;LCD_en_command(address); （5）寫操作Void LCD_write_string(unsigned char X,unsigned char Y,unsigned char*s) LCD_set_xy( X, Y ); /address while&

24、#160;(*s) / write character LCDIO=*s;        LCD_en_dat(*s);    s +;     第四章 調(diào)試結(jié)果及分析一個完整的系統(tǒng)，首先要完成硬件組裝工作，然后進入軟件設計、調(diào)試和硬件調(diào)試階段。硬件組裝就是在設計、制作完畢的印制板上焊好元件與插座，然后就可用仿真開發(fā)工具進行軟件設計、調(diào)試和硬件調(diào)試工作。4.1 硬件調(diào)試1靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試工作分為兩步：第一步

25、是在通電之前，先用萬用表等工具，根據(jù)硬件邏輯設計圖，仔細檢查線路是否連接正確，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，應特別注意電源系統(tǒng)的檢查，以防止電源的短路和極性錯誤，并重點檢查系統(tǒng)總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線）是否存在相互之間短路或與其他信號線的短路。第二步是加電后檢查各芯片插座上有關(guān)引腳的電位，仔細測量各點電平是否正常，尤其應注意89C51插座的各點電位，若有高壓，與在線仿真器連機調(diào)試時，將會損壞在線仿真器。具體步驟如下：(1) 電源檢查當電路板連接或焊接完成后，先不插主要元器件，通上電源。常用+5V直流電源（這是TTL電源），用萬用表電壓檔測試各元器件插座上相應電源引腳電壓

26、數(shù)值是否正確，極性是否符合。如有錯誤，要及時檢查、排除、以使每個電源引腳的數(shù)值都符合要求。(2) 各元器件電源檢查斷開電源按正確的元器件方向插上元器件。最好是分別插入，分別通電，并逐一檢查每一個元器件上的電源是否正確，直至最后插上全部元器件，通上電源后，每個元器件上電源應正確無誤。(3) 檢查響應芯片的邏輯關(guān)系檢查相應芯片的邏輯關(guān)系通常采用靜態(tài)電檢查法。即在一個芯片信號輸入端加入一個相應電平，檢查輸出電平是否正確。單片機系統(tǒng)大都是數(shù)字邏輯電路，使用電平檢查法可首先檢查出邏輯設計是否正確，選用的元器件是否符合要求，邏輯關(guān)系是否匹配，元器件連接關(guān)系是否符合要求等。2連機仿真、在線動態(tài)調(diào)試在靜態(tài)調(diào)試中，對用戶樣機硬件進行了初步調(diào)試，只是排除了一些明顯的靜態(tài)故障。用戶樣機中的硬件故障（如各個部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯誤）主要是靠連機在線仿真來排除的。在斷電情況下，除AT89C51外，插上所有的元器件，并把在線仿真器的仿真插頭插入樣機上AT89C51