【正文】 ..........................................16 顯示 .............................................................................................................................17 V 鍵盤與液晶顯示電路 .....................................................................................................18 第四章 軟件設(shè)計 .........................................................................................................................18 4． 2 總體設(shè)計 ......................................................................................................................19 4． 4 各子模塊的設(shè)計 ............................................................................................................20 4． 4． 1 初始化模塊 .............................................................................................................20 4． 4． 2 中斷處理單元 ..........................................................................................................23 4． 4． 4 鍵盤接口 .................................................................................................................25 4． 4． 5LCD顯示 .................................................................................................................26 4． 4． 8 串行通信模塊 ..........................................................................................................28 第六章 結(jié)論 ................................................................................................................................32 謝 辭 ..........................................................................................................................................33 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................34 1 前言 溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它的測量與控制在國防、軍事、科學(xué)研究以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位。s present stage as a reference． It put forward and develop a kind of measure system according to the embedded microprocessor of high performance ARM． The paper introduces the posing and the method of that system in detail． and gives the hardware principle diagram and design flow chart of the software． The factors that influence PIR thermometer`s accuracy and the related interference of hardware and software are analyzed in detail, and adopted to corresponded matures． The following work is done： The present condition and classification of IR thermometer are introduced elaborately, and the meaning of this research is point out。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成和實現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設(shè)計流 程圖。 I 基于單片機(jī)的熱釋電溫度測控儀 摘要 熱釋電紅外測溫儀是一種利用物體熱釋電效應(yīng)而制成的新型紅外測溫儀器，它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)展的產(chǎn)物。文中還對影響熱釋電紅外測溫儀測溫精度的因素和軟硬件的相關(guān)設(shè)計做了詳細(xì)的分析，并采取了相應(yīng)措施，本文主要做了以下工作： 闡述了紅外測溫儀的發(fā)展現(xiàn)狀和分類，并指出了本文的研究意義；闡述了熱釋電紅外測溫儀的原理，并對目前紅外測溫儀的幾種方案的優(yōu)缺點進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；對 ARM核微處理器作了詳細(xì)的介紹，并對本文用到的 ARM 核芯片 LPC2132 的功能特點和結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的介紹 。 The principle of PIR is introduced； The way to measure IR radiation is presented； The ARM microprocessor is made detailed introduction, and the function characteristics and structure of the ARM chip LPC2132 is made a good introduction； The function of the total design project is introduced， The hardware parts base on this system are designed， and made elucidation to the function and the design way of thinking that each part plete。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們需要經(jīng)常對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測來確保設(shè)備的安全運(yùn)行，而對設(shè)備的監(jiān)測通常通過測量其表面的溫度來進(jìn)行．現(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流以及其它危險情況下運(yùn)行的，傳統(tǒng)依靠人工接觸式檢測的方法既浪費(fèi)時間、物力、人力，又帶有一定的危險性，同時對測溫儀 所采用的材質(zhì)也有嚴(yán)格的限制，在這樣的場合下，儀器的使用壽命也成為設(shè)計接觸式測溫儀時的一個重點考慮問題．因此有必要去應(yīng)用一種新的方式去檢測目標(biāo)系統(tǒng)的溫度，確保設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。課題采用 Philips 公司的 ARM 核芯片 LPC2132 作為主處理芯片，設(shè)計的紅外測溫儀具有配置簡單，擴(kuò)展方便，可靠性高的特點．本文主要完成了以下工作： 1. 在對整個測溫系統(tǒng)的原理和測溫方案分析的基礎(chǔ)上。 3 第一 章 熱釋電紅外測溫儀的原理 本章主要介紹熱釋電紅外測溫的原理和測溫的方法，并對熱探測器的功能特性作了概括說明． 輻射測溫原理 紅外測溫儀的測溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對零度的物體都在不 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)． 熱釋電探測器 早在 1703 年 左右人類就發(fā)現(xiàn)了熱釋電效應(yīng)，在 1965 年查明這種效應(yīng)對溫度具有極高的靈敏度，在室溫附近可以檢測出 610 6? ℃ 的溫度變化值 ]10[ 。從封裝、外形來分，有塑封式和金屬封裝 (立式和臥式的 )等．從內(nèi)部結(jié)構(gòu)分，有單探測元、雙探測元、四探測元等。只能接受 到紅外輻射能的一小部分，所以它只能檢測到變化的溫度，所以在測溫時．需要在探測器前設(shè)置一個調(diào)制盤，用來提供一個交替變化的光學(xué)信號給紅外探測器，然后經(jīng)過探測器的光一電轉(zhuǎn)換后，其傳感器的輸出電壓正比于目標(biāo)輻射與調(diào)制盤溫度之差 ,變成一個交流電壓信號供信號處理電路進(jìn)行處理。缺點是溫度計示值受環(huán)境及發(fā)射率影響較大，從而降低了其測溫結(jié)果的準(zhǔn)確度。則亮度溫度越接近真實溫度。 因此其測溫時沒必要精確知道被測物體的光譜發(fā)射率，而只需要知道兩個波長下光譜發(fā)射率的比值即可，所以比色測溫法可使讀出的溫度接近于物體的真實溫 度。多波段測溫法的測溫原理是依次取多個波段，通過計算這些波段輻射功率之問的復(fù)雜關(guān)系來確定物體的溫度，該測溫法精度比較高，但測溫儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 與傳統(tǒng)的 4/8 位單片機(jī)相比， ARM 微處理器的性能和處理能力大大加強(qiáng)， ARM 微處理器一般具有以下特點： 1. 體積小、低功耗、低成本、高性能 2. 支持 Thumb(16 位 )/ARM(32 位 )雙指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器件； 3. 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快 4. 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成 5. 尋 址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高 6. 指令長度固定． LPC2132 主要特性 本系統(tǒng)所選擇的 ARM 微控制器是 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 ARM7 系列中的 LPC2132芯片， LPC2132 是基于一個實時仿真和嵌入式跟蹤的 32/16 位 ARM7TDMIs，并帶有64KB 嵌入的高速 Flash 存儲器， 128 位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼在最大的時鐘速率下運(yùn)行。硬件電路設(shè)計不僅需要考慮電路的基本組成結(jié)構(gòu)，也要考慮到嵌 10 入式系統(tǒng)的小型化和低功耗的要求．本章主要圍繞這兩個方面對紅外測溫儀的硬件設(shè)計作了說明． 系統(tǒng)總體設(shè)計 由于本系統(tǒng)需要測量的是中低溫物體的表面溫度，且考慮到成本因素，所以本文采用全輻射測溫方案，即通過測量目標(biāo)發(fā)出整波段的輻射功率來測量物體溫度，紅外測溫儀的組成如圖 4． 1 所示，主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器，信號處理、顯示輸出等部分組成。解決的途徑就是使用斬波器，斬波器把接收到的光信號變成交替變化的光信號，再經(jīng)過熱釋電探測器后生成交流信號，本系統(tǒng)所使用的斬波裝置如圖 4． 2 所示，它分成 1O 個明區(qū)和 10 個暗區(qū)，當(dāng)它以一定的速度周期轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)動一周，探測器接收到的信號變化 10 次，探測器發(fā)出 10 個脈沖信號。參考通道部分主要功能是對斬波信號進(jìn)行移相，以確保檢測結(jié)果最佳。 主放大器電路采用集成運(yùn)放 OP07，其特點是低失調(diào)、低噪聲、低漂移，廣泛用于精密儀用放大器、傳感放大器等場合，電路中 R53 是阻值為 100K 的可調(diào)電位器，用來對傳感器 輸出信號的增益進(jìn)行調(diào)節(jié)． 圖 36 主放大器電路 環(huán)境溫度檢測電路 由于探測器測量的是被測物與斬波器的輻射能量差，因此需要在信號處理電路中增加環(huán)境溫度的檢測電路。 LPC2132 微控制器的內(nèi)核和 I/O 口使用同一電源電壓．只需要 3． 3V 的供電電源，所以系統(tǒng)需要設(shè)計為 3． 3V應(yīng)用系統(tǒng)，而一般器件通常為 5v 供電，系統(tǒng)需要電源轉(zhuǎn)換模塊將 5V 轉(zhuǎn)換為 3． 3V電壓。 顯示 SDl602 是美國 ETC 公司生產(chǎn)的一種字符型液晶控制器，采用 HD77480 作為驅(qū)動芯片，其內(nèi)置 160 個不同的點陣字符圖形，這些圖形包括阿拉伯?dāng)?shù)字、大小寫英文字母、常用的符號以及日文假名等。當(dāng)接正電源時對比度最高，負(fù)電源時對比度最低，對比度的大小通過一個 5k 電位器來控制。一般來說，以硬件為主會使方案成本增加，但處理比較及時，并可減輕微處理器的負(fù)擔(dān)；以軟件為主則能降低成本，但需要花費(fèi)更多的時間和人力投入到軟件設(shè)計中去。嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是面向相應(yīng)的計算機(jī)硬件開發(fā)的，在設(shè)計中需要考慮到：系統(tǒng)軟件的低功耗設(shè)計、軟件的運(yùn)行效率以及軟件的開發(fā)效率、可維護(hù)性及易升級性． ARM 微處理器軟件設(shè)計采用前 /臺系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計。本系統(tǒng)軟件設(shè)計所需要完成的功能主要包括： 1. 控制步進(jìn)電機(jī)以一定速度轉(zhuǎn)動