【正文】 都隨著波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線只有一個(gè)極大值； ② 隨著溫度的升高，與光譜輻射度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)減小。線性化處理后得到物體的表觀溫度，需進(jìn)行輻射率修正為真實(shí)溫度， 其 校正式為 ： 4 ()TrT T?? 式中 Tr——輻射溫度 (表觀溫度 ) ε(T)——輻射率，取 ～ 由于調(diào)制片輻射信號(hào)的影響，輻射率修正后的真實(shí)溫度為高于環(huán)境的溫度，還必須作 環(huán)溫補(bǔ)償，即真實(shí)溫度加上環(huán)溫才能最終得到被測(cè)物體的實(shí)際溫度。 1℃ ； 2：溫度測(cè)量的分辨率 ℃： 2： LED 顯示； 3：電源： DC 5V177。 顯示模塊：獲取并處理相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)， 在此紅外測(cè)溫儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘的設(shè)置是相當(dāng)重要的，通過時(shí)鐘的設(shè)置才能獲得良好的時(shí)鐘頻率，這個(gè)時(shí)鐘頻率是整個(gè)軟件系統(tǒng)是否能正常有序地運(yùn)行的關(guān)鍵。 單片機(jī)作為紅外測(cè)溫儀的核心處理部件，它關(guān)系到整個(gè)儀器的性能指標(biāo)。 （ 2） RST： 單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端 ； （ 3） ALE: 地址鎖存有效信號(hào)輸出端； （ 4） PSEN ：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。而且它具備 SPI 接口，可以很方便地與單片機(jī)（ MCU）傳輸數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2～ 3V左右，所以其共模抑制能力差。 鍵盤模塊 圖 210 鍵盤電路原理圖 鍵盤模塊采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，鍵盤掃描電路輸出端和 LED 顯示器段碼控制端口共用 74HC164 的輸出 Q0~Q7,這樣減少占用更多的 I/O 口。 本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示，顯示模塊由兩片 74HC164,8 個(gè) 8 段 LED 數(shù)碼管組成。動(dòng)態(tài)掃描電路的掃描頻率應(yīng)不低于 50Hz,否則 LED 顯示器會(huì)不穩(wěn)定。 若不是就返回開機(jī)顯示，是則進(jìn)行紅外測(cè)溫，接收數(shù)據(jù)，并將計(jì)算的溫度值顯示出來，如果是環(huán)境溫度通過數(shù)碼管前四位顯示，目標(biāo)溫度用后四位顯示。因?yàn)榧t外測(cè)溫模塊的數(shù)據(jù)是一位一位地送入單片機(jī)的，所以用雙重循環(huán)，內(nèi)循環(huán)接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，外循環(huán)接收五個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。這就消除了按鍵按下時(shí)前沿的抖動(dòng)對(duì)單片機(jī)正確判斷按鍵造成的影響。 本設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，硬件部分包括了單片機(jī)處理模塊、紅外測(cè)溫模塊、 LED 顯示模塊、鍵盤模塊和 RS232 電平轉(zhuǎn)換模塊，軟件部分主要包括 主程序模塊、紅外測(cè)溫程序模塊、 LED 顯示程序模塊。爭(zhēng)取能夠在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的智能化儀器。另一種是并聯(lián)諧振晶體可看作高品質(zhì)因數(shù)的并聯(lián) LC 電路。溫度補(bǔ)償振蕩器包含補(bǔ)償溫度變化的電路，從而抑制了頻率的變化。參考頻率通常是由晶體連到合成器上產(chǎn)生的。然后，這些控制信號(hào)通過一個(gè)電荷泵和一個(gè)環(huán)路濾波器產(chǎn)生控制壓控振蕩器的控制電壓。其表達(dá)式為 Fref/Q。 時(shí)鐘緩沖器 28 時(shí)鐘緩沖器是一種輸出波形直接跟隨輸入波形的器件 。抖動(dòng)可分為如下三類：周期間抖動(dòng)，周期內(nèi)抖動(dòng)和長(zhǎng)期抖動(dòng)。對(duì)于個(gè)人電腦主板和圖形應(yīng)用，這個(gè)數(shù)字通常是 10～ 20微秒。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器件有緩沖器件和基于鎖相環(huán)的器件兩類。例如，假設(shè)一個(gè)接收器件的門限電壓為 ，而另一個(gè)接收器件的門限電壓為 ，輸入信號(hào)的上升時(shí)間為 1V/ns，那么兩個(gè)器件的狀態(tài)切換時(shí)刻就會(huì)相差 500 皮秒，這就是相位偏移。 測(cè)量?jī)陕份敵鲂盘?hào)間相位偏移的最簡(jiǎn)單方法是用雙通道示波器顯示這兩路信號(hào)的波形，并測(cè)量二者上升沿的時(shí)間差。穩(wěn)定性為什么重要？假如在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到穩(wěn)定性，可能會(huì)導(dǎo)致該設(shè) 計(jì)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)處于極限工作狀態(tài)。近來，隨著低功耗器件的出現(xiàn)，擺動(dòng)被用于定義頻率變化率。 31 Clock Sources Clock Devices There are a variety of clock drvices available today. Some of them are described below. Crystals A Crystal is a basic piezoelectric quartz crystal. On its own, it cannot generate electrical clocks. It has to be connected to a clock oscillator to get a clock waveform. There are two kinds of crystals。 Random thermal noise from crystal, or any other resonating device. P/Q The output frequency of the PLL can be expressed as Fout=( Fref該參數(shù) 用百分比表示。它通常用 ppm/年來表示，而且如不單獨(dú)表述的話，可以和穩(wěn)定性指標(biāo)合在一起。 容差 /精度 該參數(shù)度量的是器件的工作頻率和標(biāo)稱頻率（一般是指在常溫下）的接近程度。這將影響時(shí)鐘邊沿在何時(shí)超過輸入門限電平，從而導(dǎo)致 相位偏移。這種不同主要?dú)w因于輸出負(fù)載的不同。 抖動(dòng)的成因 抖動(dòng)的成因主要有如下四項(xiàng) :電源噪聲、合成器內(nèi)部鎖相環(huán)、晶體或其他諧振器件的隨機(jī)熱噪聲和晶體振動(dòng)產(chǎn)生的隨機(jī)機(jī)械噪聲。這種抖動(dòng)最難測(cè)量，通常需要時(shí)序間隔分析儀。因此，這種器件存在傳播延遲。 基于鎖相環(huán)的頻率合成器的精度是 P， Q 計(jì)數(shù)器的位數(shù)。壓控振蕩器的穩(wěn)態(tài)頻率為Fvco=Fref圖 1 展 27 示了一個(gè)鎖相環(huán)的框圖。雙恒溫箱振蕩器含兩個(gè)恒溫箱，晶體在內(nèi)層恒溫箱中，而控制電路和內(nèi)層恒溫箱又包含在外層恒溫箱中。 晶體振蕩器 晶體振蕩器是一種用晶體做反饋元件的振蕩器。 [11] 魏澤鼎．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例．北京：電子工業(yè)出版社， [12] 宗光華、李大寨．多單片機(jī)系統(tǒng)與應(yīng)用技術(shù)．北京：北方交通大學(xué)出版社 , [13] 朱定華、戴汝平．單片微機(jī)原理與應(yīng)用．北京：北方交通大學(xué)出版社， [14] 王福端．單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全． 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， [15] 李昌禧．智能儀表原理與設(shè)計(jì)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [16] 盧勝利、胡新宇、程森林．智能儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．重慶：重慶大學(xué)出版社 [17] 何力民 .智能單片機(jī)應(yīng)用文集 . 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 ,1993 [18] 戴義 保．高精密溫度測(cè)量的研究與實(shí)現(xiàn) [J]．上海：自動(dòng)化儀表第 2021，24（ 3）： 2427 [19] 謝光忠、蔣亞東．溫濕度智能數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的研制 [J]. 哈爾濱：傳感器技術(shù) 2021， 19（ 4）， 2933 [20] 劉君華 . 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1999 [21] 求是科技．單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐．北京：人民郵電出版社， 附 錄 25 電路原理圖 26 英文翻譯 時(shí)鐘信號(hào)源 時(shí)鐘器件 現(xiàn)如今有多種多樣的時(shí)鐘器件。 通過對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)我對(duì) Protel 軟件的使用更加熟練，而通過運(yùn)用 Keil進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)使我的編程和調(diào)試能力也有很大的提高。 顯示程序模塊 在顯示模塊 中， 我們采用兩片 74HC164,4個(gè) 8段 LED數(shù)碼管組成。 鍵盤掃描程序模塊 鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用中不可缺少的一部分。再判定是否結(jié)束溫度測(cè)量，若沒則繼續(xù)測(cè)溫，若收到結(jié)束命令則返回開機(jī)顯示，重新判斷。 17 第三章 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，這樣就把一個(gè)復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)分成幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的部分分別予以解決。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。其工作原理為： 單片機(jī)通過運(yùn)行程序不斷掃描鍵盤，檢查是否有鍵按下，當(dāng)掃描到有鍵按下時(shí)。 RS232 轉(zhuǎn)換電路圖如圖 27 圖 27 RS232轉(zhuǎn)換電路 MAX232C 芯片介紹 MAX232C 是 RS232 與 TTL 電平之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的工具芯片，它是 MAXIM公司生產(chǎn)、包括兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 IC 芯片，適用于各種 EIA232C 和 的通信接口。 RS232C 是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。 二 、 紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序 紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序圖如圖 25，在 CLOCK 的下降沿時(shí)接收數(shù)據(jù)。 紅外測(cè)溫模塊 此紅外測(cè)溫模塊采用非接觸手段，解決了傳統(tǒng)測(cè)溫中需要接觸的問題，具有回應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。本測(cè)溫儀選擇的 STC89C51RC單片機(jī) ，下面是 STC89C51RC單片機(jī)相關(guān)資料信息： STC89C51RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾 /高速 /低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的 D版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。通過劃分模塊的方法，可以把一個(gè)復(fù)雜的問題分割成幾個(gè)相對(duì)容易解決的問題，分別予以解決，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的難度。 STC89C51 單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制中心，它負(fù)責(zé)控制啟動(dòng)溫度測(cè)量、接收測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算溫度值、并根據(jù)取得的鍵值控制顯示過程；紅外測(cè)溫模塊負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集、測(cè)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(jī)； RS232 轉(zhuǎn)換電路模塊可以使單片機(jī)方便地同 PC 機(jī)進(jìn)行串口通信，并 可以同時(shí)接收或傳送外部送來的資料 ；通過鍵盤模塊可以方便地進(jìn)行測(cè)溫及各種操作； LED 顯示模塊把測(cè)量的溫度值直觀地顯示給 觀測(cè)者；電源模塊負(fù)責(zé)本紅外測(cè)溫儀電源的 6 供應(yīng)。 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的方案介紹 紅外測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。 4 二 、 紅外測(cè)溫的方法 依據(jù)測(cè)溫原理的不同，紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)有三種方法，通過測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射來確定物體的輻射溫度的稱為全輻射測(cè)溫法；通過測(cè)量物體在一定波長(zhǎng)下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度的稱為亮度測(cè)溫法；如果是通過被測(cè)物體在兩個(gè)波長(zhǎng)下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來定溫的稱為比色測(cè)溫法。 3 熱電紅外溫度傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，通過溫差電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)和熱敏電阻等來測(cè)量所吸收的紅外輻射，間接地測(cè)量輻 射紅外光物體的溫度。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日益需要的是在特殊條件 (如高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁場(chǎng)條件下或較遠(yuǎn)距離 )下的溫度測(cè)量技術(shù)。 本論文的第一章簡(jiǎn)要地介紹了現(xiàn)代測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展背景、紅外輻射測(cè)溫原理以及本測(cè)溫儀的總體設(shè)計(jì)方案；第二章系統(tǒng)地介紹了紅外測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì)及其各硬件模塊的功能與原理圖；第三章則概述性的介紹了本紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)，以流程圖的方式介紹了各個(gè)功能的具體實(shí)現(xiàn)。 主程序模塊的設(shè)計(jì) .............................. 17 167。 紅外測(cè)溫原理及方法 .............................. 3 167。與傳統(tǒng)的測(cè)溫方式相比，具有響應(yīng)時(shí)間短、非接觸、不干擾被測(cè)溫場(chǎng)、使用壽命長(zhǎng)、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。 紅外測(cè)溫儀是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。 溫度測(cè)量技術(shù)的概述 .............................. 2 167。 LED 顯示模塊 ................................... 14 第三章 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .......................... 17 167。本測(cè)溫儀是基于 STC89C51 單片機(jī)的紅外測(cè)溫儀，首先它是根據(jù)實(shí)際需要制定的紅外測(cè)溫的性能指標(biāo)和功能要求，然后由此具體設(shè)計(jì) 出了硬件電路原理圖及其相關(guān)軟件。 溫度測(cè)量技術(shù)的概述 普通溫度測(cè)量技術(shù)經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展已近于成熟。本紅外測(cè)溫儀選用熱電紅外溫度傳感器。這表明隨著溫度的升高，黑體輻射中的短波長(zhǎng)輻射所占比例增加； ③ 隨著溫度的升高，黑體輻射曲線全面提高，即在任一指定波長(zhǎng)處，與較高溫度相應(yīng)的光譜輻射度也較大，反之 亦然。 5 167。 10%； 4：工作環(huán)境溫度≤ 60℃ 工作環(huán)境濕度≤ 90%； 二 、紅外測(cè)溫儀的硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本紅外測(cè)溫儀采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，它的硬件結(jié)構(gòu) 由 STC89C51 單片機(jī)模塊，紅外測(cè)溫模塊， RS232 轉(zhuǎn)換電路模塊，電源模塊，鍵盤模塊和 LED 顯示模塊組成。具體的軟件方案設(shè)計(jì)如下圖 13： 7 主 程 序 模 塊紅 外 測(cè) 溫 鍵 盤 掃 描 顯 示 模 塊 通 信 模 塊 圖 13 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)框圖 第二章 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 基于 STC89C51 單