【正文】 傳感器OTP538U，集成運放LM324，ADC轉換芯片ADC0804，液晶顯示器LCD12864實現一個帶報警功能的非接觸式溫度測量儀。如最近發(fā)生的H7N9禽流感會引起人體溫度升高，所以，對于人們溫度快速，準確的測量是必須解決的一個問題。這對于診斷疾病和對疾病的預防是有巨大的意義的。本文闡述了基于紅外線傳感器的紅外測溫儀的工作原理，討論了該系統(tǒng)的設計與實現方法，簡單介紹了測溫系統(tǒng)的適用條件。赫胥爾從熱的觀點來研究各種色光時，發(fā)現了紅外線。試驗中，他偶然發(fā)現一個奇怪的現象：放在光帶紅光外的一支溫度計，比室內其他溫度的批示數值高。 自從赫胥爾發(fā)現紅外輻射至今，紅外技術的發(fā)展經歷了將近兩個世紀。當前，各傳感器用戶紛紛升級其控制系統(tǒng)，智能紅外傳感器的需求量將會繼續(xù)增長，預計短期內市場還不會達到飽和。 紅外檢測是一種在線監(jiān)測(不停電)式高科技檢測技術，它集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準確、實時、快速等優(yōu)點。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術將這種看不見的“熱像”轉變成可見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測出設備細微的熱狀態(tài)變化，準確反映設備內部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對發(fā)現設備隱患非常有效。目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內裝化等幾個方面發(fā)展。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中?，F代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。 單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結構的最佳選擇。單片機芯片單片機是靠程序運行的，并且可以修改。在普通人們的日常生活中，我們常用水銀溫度計去測量。所以這種溫度計不適合對多人進行連續(xù)的溫度采集。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。本系統(tǒng)采用了AT89C51芯片，LM324芯片，LCD12864顯示屏,ADC0804芯片，ANTOTP538U紅外傳感器，完成紅外測溫的功能。此外，本設計還增加了超溫報警功能，當被測物體溫超過50度時，LED燈亮的同時蜂鳴器蜂鳴報警。 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。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實際物體，必須引入一個與材料性質及表面狀態(tài)有關的比例系數，即發(fā)射率。當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量，然后由測溫系統(tǒng)計算出被測目標的溫度，用公式可表達為： 式()E是輻射出射度．單位是W／m3；δ是斯蒂芬一波爾茲曼常數，5．67x108W／（m2在不同的溫度范圍，對象發(fā)出的電磁波能量的波長分布不同，在常溫（0～100℃）范圍，能量主要集中在中紅外和遠紅外波長。輻通量：單位時間內通過某一截面的輻射能，又稱輻射功率，SI單位為瓦。：黑體——只能部分吸收輻射到其上能量的物體（實際）。 為非黑體在溫度為T時的光譜輻射射出射度。吸收輻射能力強的物體，受熱后向外輻射的能力也強。 為斯忒潘—玻耳茲曼常數， T為物體的熱力學溫度。 2）確定目標尺寸：紅外測溫儀根據原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。 3）確定距離系數（光學分辨率）：距離系數由D：S之比確定，即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。 5）確定響應時間：響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到達最后讀數的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數有關。紅外測溫技術的關鍵是檢測數據結果的真實性和可靠性，判斷缺陷部位的準確性和合理性。大氣吸收時，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。(2)距離系數的影響距離系數是紅外測溫儀的一項很重要的技術性能指標。當被測物體小于儀器的光學目標時，儀器顯示被測物體及背景二者溫度的加權平均值，此時顯示出的溫度誤差與被測物體的背景溫度有關，同時也與被測物體與背景的大小比例有關。(3)輻射率的影響輻射率是一個描述被測物體相對于黑體輻射能力大小的物理量。一般情況，對運行的設備進行紅外測溫時，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比較。根據表達式（）可以得到不同的標定公式： （1）簡單關系式，即 式()式中： 應用此公式所作的標定實驗結果見表1，表中數據表明， 不僅與有關，還與有關。然后再根據環(huán)境溫度的不同對已選出的標定系數進行修正，達到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準確測溫的目的。 不同環(huán)境溫度下的標定系數標準溫度 （℃）環(huán)境溫度（℃）測量值（V）系 數 Ka（V/℃） 表第3章 系統(tǒng)硬件設計 AT89C51單機AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。它們都有字節(jié)地址，每一個端口鎖存器還有位地址，所以每一條I/O線獨立地用做輸入或輸出時，數據可以鎖存；作輸入時，數據可以緩沖。作輸入口使用時要先寫1，這就是準雙向的含義。每位可驅動4個LS型TTL負載。由于片內負載電阻較大，約20～40KΩ，所以不會對輸入的數據產生影響。P2口緩沖器能接收，輸出4個TTL門電流，每位可驅動4個LS型的TTL負載，在訪問外接存儲器器時，用做高8位地址輸出。P3口是一個多功能端口。(INT0):外部中斷0，低有效。(WR):片外數據存儲器寫選通控制輸出。如果看門狗計時完成，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。:地址鎖存允許/編程信號端。ALE端的負載驅動能力為8個LS型TTL。此管腳接EPROM的OE端，PSEN端有效，即允許讀出EPROM/ROM中的指令碼。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。此管腳的第二功能Vpp是對89c51片內EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓的輸入端。該傳感器包含了116組串聯的熱接點，形成了一個直徑545μm的感應區(qū)。與電阻相互比較熱敏元件總是存在白色雜訊。使用方便，測量精度較高。管腳4：熱敏電阻接地端點。靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。 輸出電壓與溫度的關系： LM324引腳圖 ADC0804芯片ADC0804是采用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數轉換芯片。: ADC0804引腳圖ADC0804引腳功能: ：芯片片選信號，低電平有效。：低電平有效，即=0時，ADC0804把轉換完成的數據加載到DB口，可以通過數據端口DB0～DB7讀出本次的采樣結果。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共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。DB0~DB7：輸出A/D轉換后的8位二進制結果。：，采樣轉換完畢后，在信號為低的前提下，將腳由高電平拉成低電平后，經過tACC的延時即可從DB腳讀出有效的采樣結果。基本特性：（1）、低電源電壓（VDD:++）（2）、顯示分辨率:12864點 （3）、內置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選) （4）、內置 128個168點陣字符 （5）、2MHZ時鐘頻率 （6）、顯示方式：STN、半透、正顯 （7）、驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）、視角方向：6點 （9）、背光方式：側部高亮白色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）、內置DCDC轉換電路，無需外加負壓 （12）、無需片選信號，簡化軟件設計（13）、工作溫度: 0℃ +55℃ ,存儲溫度: 20℃ +60℃。單片機進行數據判斷，如果超過設定溫度則傳遞信號給報警模塊，開始報警。 單片機最小系統(tǒng)電路對于單片機系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性有兩種因素會產生影響，可以分為外因和內因： （1）外因空間磁場中傳遞著射頻干擾，在機器的內部，由于連接的導線會感生出很多相應的干擾，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，對各個期間的合理布局也可以減少此種干擾。復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號。一般來說單片機可靠復位的只需要5ms時間。放大器的滿度誤差和零位誤差多半是可調的，影響放大器的精度的因素是溫度和噪聲。所以，為使運算放大器安全工作，就應該從這三種方面進行保護。，訊號Vin是加在輸入端，輸出端與輸入端間接有負回授組建R2，其分析如下： 同相放大器 由于理想放大器中輸入端，與輸出端為等電位，故輸入端與輸入端電壓為Vin，得： 式()整理上式可得，輸出電壓： 式()電壓增益： 式()（2）差動放大電路，為綜合同相放大器及反相放大器之特點而構成，此種電路之輸出電壓恰為各輸入電壓相減之結果，可用于電壓差訊號之讀取及放大，其分析如下： 差動放大電路 差動放大電路分析圖（a） 差動放大電路分系統(tǒng)（b），因此輸出電壓 式()，因此輸出電壓 式() 式()輸出電壓 式()電壓增益 式()（3）傳感器放大電路設計熱電堆的輸出溫差訊號在環(huán)境溫度25176。熱電堆的輸出電壓為一溫差訊號，先將熱電堆的熱端接腳與冷端腳通過一差動放大器讀出放大10倍的溫差訊號，再將此訊號經由一放大倍率為100倍的同相放大器，通過放大器的分級放大設計，可將熱電堆的輸出訊號放大1000倍。AD轉換必須通過取樣，保持，量化和編碼四個過程。當片選端口CS端和WR寫信號輸入端口都被置為低電平的時候，這時啟動AD轉換。： 液晶顯示電路報警電路采用一個PNP的三極管，發(fā)光二極管，蜂鳴器組成。模數轉換器Vin(+)輸入端讀取經過放大電路放大過后的計算出來的數據進行模數轉換。在讀取正確的數據后，把讀數寫入到單片機的EEPROM存儲器中。 （2）開機后可以進行A/D模數轉換，并且復位之后也能夠啟動A/D轉換，對環(huán)境溫度進行正確采樣，并在顯示器上顯示當前測量的物體溫度。所以，我們只有對輸出的電壓信號一直不停的進行采樣，進行采樣值的比較，取其中最大值作為峰值的近似值。（4）顯示子程序完成最后的溫度顯示。所以，在每一部分做好后都應該及時的檢查。當在PROTUSE里仿真好電路圖之后，就可以根據電路原理圖進行焊接電路板。系統(tǒng)硬件調試方法如下：（1）對焊接好之后的電路板質量進行檢查，測試，檢查電線連接是否與仿真電路圖里一致。對于系統(tǒng)軟件部分的調試，采用模塊化的調試方法，從每一模塊挨個檢查調試，最后將所用的模塊組合起來調試。當程序按邏輯順序進行后，然后寫入到芯片內，查看