【正文】 的功能特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的介紹 。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(xiǎn)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(shí)間、物力、人力，又帶有一定的危險(xiǎn)性，同時(shí)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(jì)接觸式測溫儀時(shí)的一個(gè)重點(diǎn)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。 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[ 。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(shí)．需要在探測器前設(shè)置一個(gè)調(diào)制盤，用來提供一個(gè)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(gè)交流電壓信號供信號處理電路進(jìn)行處理。則亮度溫度越接近真實(shí)溫度。多波段測溫法的測溫原理是依次取多個(gè)波段，通過計(jì)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。硬件電路設(shè)計(jì)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(gè)方面對紅外測溫儀的硬件設(shè)計(jì)作了說明． 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 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。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。 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(jì)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。當(dāng)接正電源時(shí)對比度最高，負(fù)電源時(shí)對比度最低，對比度的大小通過一個(gè) 5k 電位器來控制。嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是面向相應(yīng)的計(jì)算機(jī)硬件開發(fā)的，在設(shè)計(jì)中需要考慮到：系統(tǒng)軟件的低功耗設(shè)計(jì)、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(jì)采用前 /臺系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。初始化的代碼采用匯編語言實(shí)現(xiàn)，這也是目前最常用的做法。存儲器端口的接口時(shí)序優(yōu)化是非常重要的，這會影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。轉(zhuǎn)到 IRQ 模式 LDR SP,=UndefStack 。base and limit of area IMPORT [Image$$ZI$$Limit] 。 LPC2132 的向量中斷控制器具有 32 個(gè)中斷請求，包括 16 個(gè)向量 IRQ 中斷和 16 個(gè)優(yōu)先級可動(dòng)態(tài)分配的中斷請求，可以將其編程分為 3 類： FIQ、向量 IRQ 和非向量 IRQ．它的這種可編程分配機(jī)制使得不同外設(shè)的中斷優(yōu)先級可以 動(dòng)態(tài)分配和調(diào)整． 本系統(tǒng)的中斷請求的設(shè)計(jì)思想是當(dāng)測溫過程中，程序需要響應(yīng)外部輻射率修正、攝氏與華氏溫度轉(zhuǎn)換以及背光修正等操作，系統(tǒng)需要暫停測溫等操作轉(zhuǎn)去響應(yīng)外界的中斷，同時(shí)保護(hù)好現(xiàn)場。如果仍為有鍵按下的狀態(tài)，則確認(rèn)該按鍵按下，否則作為按鍵抖動(dòng)處理，從而消除了抖動(dòng)的影響。 表 44 SD1602操作指令 指令名稱 指令碼 說明 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 清 屏 L L L L L L L L L H 清楚屏幕 輸入方式設(shè)置 L L L L L L L H I/D S 設(shè)光標(biāo)移動(dòng)方向并指示 整體是否運(yùn)動(dòng) 顯示開關(guān)控制 L L L L L L H D C B D：整體顯示開關(guān) C： 光標(biāo)開關(guān) B：光標(biāo)位的字符閃爍 功能設(shè)置 L L L L H DL N F X X 讀接口數(shù)據(jù)位數(shù) DL， 顯示行數(shù) L 及字型 F 移 位 L L L L L H S/C R/L X X 移動(dòng)光標(biāo)，同時(shí)不改變 RAM 內(nèi)容 SD1602 液晶顯示的流程圖如下： 28 圖 45 LCD顯示流程圖 串行通信模塊 串行通信模塊的功能是將紅外測溫儀的每次測溫?cái)?shù)據(jù)通過串行接口完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，當(dāng)紅外測溫儀需要使用串行通信功能時(shí) ，首先需要關(guān)閉中斷以屏蔽低優(yōu)先級中斷的發(fā)生，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 UOLCR=0x03； } //串口發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù) void sendByte(uint8 data) //向串口發(fā)送 1 字節(jié)數(shù)據(jù) { while(!(UOLSR ＆ 0x20))； //等待發(fā)送完畢 U0THR=data。i10,i++) //轉(zhuǎn)換成字符串 { buf[9i]=(number%10)+`0`。 } 31 else { break。 熱釋電紅外測溫儀是根據(jù)熱釋電效應(yīng)而制成的一種新型的紅外測溫儀，它具有不需制冷、能在室溫下工作、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、光譜響應(yīng)寬、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)．由于它在這些方面突出的優(yōu)點(diǎn)，使得其近年來發(fā)展十分迅速，獲得了廣泛的應(yīng)用 。在做 畢設(shè)的時(shí)間里，孟老師 以其淵博的知識、富有創(chuàng)造性的思維方式和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度為我樹立了良好的榜樣，對我今后的人生將 產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響．在此，本人向孟老師 致以由衷的敬意和感謝 ! 衷心感謝評審論文的各位專家、老師，感謝你們對本論文提出的寶貴意見 ! 34 參考文獻(xiàn) [1]CUNNOLD F A． The optical system of the disappearing filament pyrometer． Proc． Roy． Soc,1935，(152A)： 6480 [2]宋雪君 、楊顏峰．輻射溫度的檢測原理及應(yīng)用．物理． 1995． 7： 417423 [3]朱 祖昌、李秀芊．應(yīng)用紅外技術(shù)的非接觸式測溫．檢測技術(shù) : 3539 [4]姚學(xué)軍．紅外測溫原理 與測溫技術(shù)．中國儀器儀表． 1999． 1： 1013 [5]戴景明．輻射測溫的發(fā)展現(xiàn)狀與展望．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 2021． 3： 15 [6]RIGHINF、 ROSSOA． Ten years of high speed primary at IMGC． Temp． It’s Ind.,1982(5)： 421426 [7]韓菊娣、趙惠德、王啟坤．本質(zhì)安全型紅外智能測溫儀．煤礦機(jī)械． 19954 [8]徐南榮、卞南華．紅外輻射與制導(dǎo)．北京：國防工業(yè)出版社， 1986 [9]VANZETIR． Practical application of infrared techniques．北京：科學(xué)出版社， 1972． 7 [10],． ． 36,1965 [11]V. and ,Ferroelectrics, [12]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． 2021． 6 [13]王慶有．光電技術(shù)．電子工業(yè)出版社 2021． 125 [14]楊宣和，岳敏，周維真．紅外系統(tǒng)．北京：國防工業(yè)出版社， 1995： 129 [15]張德欣、林瑤．雙色測溫儀工作原理及其應(yīng)用．傳感器世界． 1998． 1： 4951 [16]李軍、劉梅冬、曾亦可等．非接觸式紅外測溫的研究．壓電與聲光． 2021． 6． [17]:/1． ．廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司． PHILIPS 單片 16/32 位微控制器LPC2131/2132/2134/2136/2138． [18] Dual DMOS FullBridge Microstepping PWM Motor [19]劉建科、張海寧、馬毅．紅外測溫中檢測強(qiáng)噪聲下微弱信號的新途徑．物理學(xué)報(bào)． 2021． 1 [20]高晉占 .微弱信號檢測．北京．清華大學(xué)出版社． 2021； 81 [21]Analog Devices,AD592 Data Sheet． 內(nèi)部資料 請勿外傳 9J WKf f wvGt YM *Jgamp。M uWFA5uxY7J nD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%M z849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE%amp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 在光學(xué)系統(tǒng)部分，在斬波器前置一個(gè)菲涅耳透鏡來控制紅外測溫儀的視場，同時(shí)濾除部分干擾光的影響。39。 } for(i=0。 I=0。在設(shè)計(jì)中規(guī)定兩者串行通信的波特率為 115200，傳送信息的格式為： 8 個(gè)數(shù)據(jù)位 ,1 個(gè)停止位。 鍵盤的掃描程序流程圖如下： 26 圖 44 鍵盤掃描流程圖 LCD 顯示 SDl602 顯示屏可顯 示 2 行 16 個(gè)字符，第一行為狀態(tài)顯示符，分別為輻射率顯示、攝氏和華氏溫度提示符以及背光顯示符；第二行為測量得到的數(shù)據(jù)值，當(dāng)測溫儀正常測溫時(shí)，顯示 4 位被測數(shù)據(jù)，可精確到 0． 1℃ ． SDl602 的基本操作時(shí)序?yàn)椋? 1. 讀狀態(tài)： RS=L， RW=H， E=H； //此時(shí)輸出的 D0～ D7 表示狀態(tài)字 2. 寫指令： Rs=I， RW=L， D0D7 為指令碼， E=高脈沖； 3. 讀數(shù)據(jù)： RS=H， RW=H， E=H。 中斷程序的流程圖如圖： 25 鍵盤接口 鍵盤共有 5 個(gè)按鍵，分別為開機(jī)鍵、攝氏與華氏溫度轉(zhuǎn)換鍵、輻射率修正鍵、激光瞄 準(zhǔn)鍵和背光顯示鍵，當(dāng)按住開機(jī)按鍵后，首先定義相應(yīng)的鍵盤控制引腳為輸入模式。得到 RW 數(shù)據(jù)源的起始地址 LDR r1,=[Image$$RW$$Base] 。比如 LED 等，來顯示系統(tǒng)啟動(dòng)的進(jìn)程和狀態(tài)。 LPC2132 通過寄存器控制模塊的配置寄存器來初始化存儲器系統(tǒng)。 21 1. 中斷向量表 ARM 要求中斷向量表必須放置在從零地址開始的連續(xù) 8x4 字節(jié)的空間內(nèi)，每當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生后， ARM 微處理器強(qiáng)制把 PC 指針置為向量表中對應(yīng)中斷類型的地址值。當(dāng)啟動(dòng)紅外測溫儀時(shí)。 A， K 端口為背光引腳，當(dāng) A 接正電極、 K 接負(fù)電極時(shí)，點(diǎn)亮背光． 編號 引腳名稱 功能說明 編號 引腳名稱 功能說明 1 VSS 電源地 8 DB2 數(shù)據(jù)位 3 2 VDD 電源正極 9 DB3 數(shù)據(jù)位 4 3 VO 液晶顯示偏壓信號 10 DB4 數(shù)據(jù)位 5 4 RS 寄存器選擇段 11 DB5 數(shù)據(jù)位 6 5 R/W 讀寫控制引腳 12 DB6 數(shù)據(jù)位 7 6 E 使能信號 13 DB7 數(shù)據(jù)位 8 7 DB0 數(shù)據(jù)位 1 15 A 背光源正極 8 DB1 數(shù)據(jù)位 2 16 K 背光源負(fù)極 18 鍵盤與液晶顯示電路 鍵盤與液晶顯示器接口電路如圖 414 所示： SDl602 的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線接口分別與LPC2132 微控制器的 36～ 4 4 47 等引腳相連接， SDl602 的使能端 E 和寄存器選擇端口 RS 分別與微控制器的 P0． 16 和 P0． 29 引腳連接，用來控制液晶模塊的顯示和指令的發(fā)送． 圖 414鍵盤與液晶顯示器接口電路 第四 章 軟件設(shè)計(jì) 紅外測溫儀測溫是通過硬件與軟件共同實(shí)現(xiàn)的。LPC2132 擁有多達(dá) 47 個(gè)通用 I／ O 口，由于需要按鍵較少，因此本系統(tǒng)的鍵盤設(shè)計(jì)采用5 個(gè)獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵占用一個(gè) GPIO 引腳，分別為開機(jī)鍵、攝氏與華氏溫度轉(zhuǎn)換鍵、輻射率修正鍵、激光瞄準(zhǔn)鍵和背光顯示鍵．使用時(shí)，定義相應(yīng)的 GPl0 引腳為輸入模式，每個(gè) GPIO 引腳接有上拉電阻，所以當(dāng)有鍵按下時(shí)，被按下的 GPIO 引腳為低電 17 平；當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)， GPl0 引腳狀態(tài)為高電平。 由于大部分紅外探測器輸出的信號十分微弱，只有微伏或納微伏數(shù)量級，因此前置放大器必須是高增益和低噪聲的。因此菲涅耳透鏡在這里面的功能就是把來自多個(gè)方向的紅外信號有效地集中反射到傳感器上，同時(shí)濾除一些波長大于紅外線的噪聲信號，本