【正文】 由于我以前沒有認真學習過單片機，所以畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)十分緊迫。 7 結(jié)論 歷經(jīng)幾個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回想這段時間收獲頗多。 （ 4）干擾光的影響 對于紅外測溫系統(tǒng)，進入探測器的干擾光 ,要有三個來源：一是待測目 標非測26 量區(qū)域的紅外輻射 。由于實際的被測目標不是黑體，所以在進行輻射率修正以及溫度補償時，需要對測溫距離進行補償。 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)要讓哪個數(shù)碼管亮和讓它亮什么數(shù)據(jù)來選擇不同的字型字位口，再進行查表，把查到的編碼一位位送到兩片 Header 的數(shù)據(jù)端進行顯示。 開始 判斷 0 接收一位數(shù)據(jù)存放在數(shù)組中，變量加 1 變量等于 7？ 變量清 0，接收下一個字節(jié)的數(shù)據(jù) 23 N Y N Y 圖 20 鍵盤掃描程序 Fig20 Keyboard scanning procedures 由于系統(tǒng)采用由機械觸電構(gòu)成的獨立式按鍵，它存在按鍵開關(guān)的抖動問題，這種抖動的暫態(tài)過程大約經(jīng)過 5~10ms 的時間，人的肉眼是覺察不到的，但對高速的 CPU來說，這個抖動容易影響到單片機對按鍵的正確判斷。具體工作的流程圖如下： N Y N Y N Y 圖 17 主程序流程圖 Fig17 Flowchart of main program 紅外測溫模塊 該紅外測溫模塊的數(shù)據(jù)輸出信號和脈沖信號分別接單片機 ， 口，測溫控制端接 口。 5 紅外測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本紅外測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，這樣就把一個復雜的軟件設(shè)計分成幾個相對簡單的部分分別予以解決。 本系統(tǒng)的鍵盤采用 1*8 行列式鍵盤。接收器典型的工作電平為 +3~+12V與 12~ 3V。但是進行串行通訊時要滿足一定的條件，因為 RS232 是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)的，而 TTL 是用高低電平來表示邏輯狀態(tài)的，因此，為了能夠同 PC 機接口或終端的 TTL 器件連接，必須在 RS232 與 TTL 電平之間進行電平轉(zhuǎn)換。本測溫儀選擇的 STC89C51 單片機，下面是 STC89C51單片機相關(guān)資料信息： STC89C51 單片機是新一代超強抗干擾、高速、低功耗的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機， 12 時鐘 /機器周期和 6 時鐘 /機器周期可任意選擇， D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路 [12]。 圖 10 紅外測溫時序圖 Fig10 Infrared temperature measurement timing diagram 14 紅外測溫模塊溫度值的計算 以上面的例子；無論測量環(huán)境溫度還是目標溫度，只要檢測到 Item 為 0x4cH或者 0x66H 同時檢測到 CR 為 0x0dH，他們的溫度的計算方法都相同。 REF+AINREFGNDDOCLKVCCCS87654321VCC主放大電路1KR→VCCUTLC549STC89C51 圖 8 TLC549與單片機的接口電路 Fig8 TLC549 and MCU interface circuit 環(huán)境溫度補償電路 由于熱釋電傳感器測量是全輻射測溫法，測得的是被測物體與環(huán)境的輻射能量差，因此需要在信號處理電路中增加環(huán)境溫度的檢測電路。典型功耗為6mW 。高增益是用來把微弱信號放大到一定電平，以便進一步再做處理；低噪聲是為了保持盡可能高的信噪比 [9]。 圖 4 鏡頭光路 Fig4 Lens light path diagram 鏡頭光路圖鏡頭 模擬望遠鏡的原理可以作為將遠處物點發(fā)出的球面波拉近放大并清晰成像的光學系統(tǒng)，它由兩個會聚透鏡組成，通過第 1 個凸透鏡（通常是消色差雙合透鏡）能夠形成一個倒立實像；第 2 個透鏡用來考察該實像。具體的軟件方案設(shè)計如下圖 圖 2 紅外測溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計框圖 Fig2 Infrared thermometer system software design block diagram STC89C51 單片機 電源模塊 紅外測溫模塊 RS232 轉(zhuǎn)換模塊 鍵盤模塊 LED 顯示模塊 主程序模塊 紅外測溫 鍵盤掃描 顯示模塊 通信模塊 8 4 紅外測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本章主要介紹了系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計方案，并針對硬件單元的設(shè)計要求，對所需元器件進行了選擇。 STC89C51 單片機是本系統(tǒng)的控制中心，它負責控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值、并根據(jù)取得的鍵值控制顯示過程；紅外測溫模塊負責溫度數(shù)據(jù)的采集、測量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送給 STC89C51 單片機； RS232 轉(zhuǎn)換電路模塊可以使單片機方便地同 PC機進行 串口通信，并可以同時接收或傳送外部送來的資料；通過鍵盤模塊可以方便地進行測溫及各種操作； LED 顯示模塊把測量的溫度值直觀地顯示給觀測者；電源模塊負責本紅外測溫儀電源的供應(yīng) [7]。下面是全輻射測溫法的相關(guān)方法介紹： 由普朗克公式可推導出輻射體溫度與檢測電壓之間的關(guān)系式： 44 KTTRaV ?? ?? （ 2） 式中 ??RaK? ,由實驗確定，定標時 ? 取 1 T—— 被 測物體的絕對溫度 R —— 探測器的靈敏度 a —— 與大氣衰減距離有關(guān)的常數(shù) ? —— 輻射率 ? —— 波爾茲曼常數(shù) 因此，可以通過檢測電壓而確定被測物體的溫度，上式表明探測器輸出信號與目標溫度呈非線性關(guān)系， V與 T 的四次方成正比，所以要進行線性化處理。 紅外測溫原理及方法 紅外測溫原理 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。四、對系統(tǒng)進行仿真整機調(diào)試，然后進行測試，誤差分析，抗干擾設(shè)計等。美國雷泰公司生產(chǎn)的 ST 系列、MX 系列、 MX6 系列、 3i系列測溫儀，德國 HEITRONICS 公司的 KT19 系列、 KTl5D、KTl2 系列等也有較廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們需要經(jīng)常設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)測來確保設(shè)備的安全運行，而對設(shè)備的監(jiān)測通常通過測量其表面的溫度來進行。因此有必要去應(yīng)用一種新的方式去檢測目標系統(tǒng)的溫度，確保設(shè)備的平穩(wěn)運行 [1]。詳細介紹了該系統(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。 infrared temperature measurement。這其中的不足之處，請各位老師加以批評指正。但受到物體的發(fā)射率、測溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 4 本課題主要研究工作：一、在測溫系統(tǒng)原理和測溫方案分析的基礎(chǔ)上，進行總體方案框圖的設(shè)計。 紅外溫度傳感器 紅外溫度傳感器按照測量原理可以分為兩類：光電紅外溫度傳感器和熱電紅外溫度傳感器。比色測溫法的光學系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測溫誤差小，但必須選擇適當波段，使波段的發(fā)射率相差不大。 此紅外測溫儀的特點：有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動被測目標溫度分布場、測量精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 鍵盤掃描模塊：獲取按鍵信息，出了按鍵請求等。 光學信號的采集由光學鏡頭實現(xiàn)（其原理如下圖所示），為了避免白光干擾以及保證成像的清晰準確，本研究使用一種沿徑向折射率變化的自聚焦透鏡，其具有直徑小、重量輕、焦距短、數(shù)值孔徑大、消像差性能好，端面可為平面，光學特性與透鏡長度有關(guān)等特點。將光纖摻雜不同的材料，調(diào)節(jié)窗口波長，利用光纖的空間濾波效應(yīng)，使入射光波從空間瞬態(tài)變?yōu)榭臻g穩(wěn)態(tài)，并根據(jù)熱源溫度選擇紫外、可見和紅外等工作波段，達到被測溫度、光纖選擇和10 光電轉(zhuǎn)換三部分最佳組合，實現(xiàn)光纖單線制傳感溫度信息至信號處理單元，實時測定動態(tài)、靜態(tài)和高溫高壓等各種惡劣環(huán)境下的溫度值。根據(jù)本系統(tǒng)測溫需要，系統(tǒng)采用二階無限增益多路巴特沃斯型帶通濾波器，其中心頻率設(shè)計為 30Hz 左右，帶寬在 10Hz 左右。 TLC549 與單片機通過 I/O CLOCK、 CS、 DATA OUT 3 個引腳串行連接。 測溫模塊的時序與計算 紅外測溫模塊的時序圖如下圖，在 Clock 的下降沿時接收數(shù)據(jù)。采用晶體振蕩電路的原因是因為它的 頻率穩(wěn)定性好，而這正是本紅外測溫儀非常重要的技術(shù)要求。 STC89C51 各引腳的功能描述如下： (1)電源和晶振： Vcc—— 運行和程序校驗時加的電壓； Vss—— 接地； XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器； XTAL2—— 反向放大器輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。典型的 RS232信號在正負電平之間擺動，發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平 +5~+15V，負電平為 15~ 5V。所以，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。 本設(shè)計采用的是動態(tài)顯示，顯示模塊由兩片 Header 8X2， 8個 8段 LED 數(shù)碼管組成： 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16Header 8X2 D1D3D4D5D6D7D8D21 23 45 67 89 1011 1213 1415 16Header 8X2 R1R3R4R5R6R7R8R21K1K1K1K1K1K1K240agdbcfeabcdefgdpdpABCDEFGDPLEDagdbcfedpagdbcfedpagdbcfedpDIG1 DIG2 DIG3 DIG4agdbcfedpagdbcfedpagdbcfedpagdbcfedpDIG5 DIG6 DIG7 DIG8Q1PNPRDIG1D1Q2PNPRDIG2D2Q3PNPRDIG3D3Q4PNPRDIG4D4Q5PNPRDIG5D5Q6P