【文章內容簡介】 4)用戶 RAM 區(qū)地址范圍為 30H~7FH，其中高 128 字節(jié) RAM 為 80H～ FFH，有21 個特殊功能功能寄存器和有 11 個具有位尋址能力。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 9 表 24 特殊功能寄存器表 符號 名稱 地址 符號 名稱 地址 *ACC 累加器 E0H *B B 寄存器 F0H *PSW 程序狀態(tài)字 D0H SP 棧指正 81H *P0 P0 鎖存器 80H *P2 P2 鎖存器 A0H *P1 P1 鎖存器 90H *P3 P3 鎖存器 B0H DPTR 數(shù)據(jù)指針（高 8位 DPH 低 8 位DPL 83H 82H TL0 定時器 /計數(shù)器0（低字節(jié)） 8AH *IE 中斷允許控制寄存器 A8H *TCON 定時 器 /計數(shù)器控制寄存器 88H TMOD 定時器 /計數(shù)器工作方式寄存器 89H T0H 定時器 /計數(shù)器0（高字節(jié)） 8CH TH1 定時器 /計數(shù)器1（高字節(jié)） 8DH TL1 定時器 /計數(shù)器1（低字節(jié)） 8BH *SCON 串行口控制寄存器 98H SBUF 串行數(shù)據(jù)緩沖器 99H *IP 中斷優(yōu)先級控制寄存器 D8H PCON 電源控制及波特率選擇寄存器 87H 編程語言 本系統(tǒng)是基于 C51 單片機的紅外溫度測試儀系統(tǒng)，編程語言在 keil 的軟件環(huán)境下實現(xiàn)，為了更好的理解軟件程序，下面簡單介紹 編程的環(huán)境。 Keil 簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其 C 語言與匯編相比，在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而簡單易學易用。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的開發(fā)調試工具，全 Windows界面。它提供了一個完整開發(fā)方案，其中包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和功能強大的仿真調試器等，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。其界面如 圖 23所示： 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 10 圖 23 Keil 編程環(huán)境 Keil 主要特點 全功能的源代碼編輯器； 器件庫用來配置開發(fā)工具設置； 項目管理器方便用戶創(chuàng)建和維護項目； 集成的 MAKE 工具可以進行匯編、編譯和連接用戶的嵌入式應用； 開發(fā)工具的設置都是以對話框形式的出現(xiàn)的； 高級 GDI（ AGDI）接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和 Monitor51 進行通信。 本章小結 本章節(jié)從設計紅外溫度儀所需要的硬件條件和軟件知識方面入手，詳細的介紹了紅外溫度儀控制中心器件 C51 單片機的功能以及單片機的工作原理和內部結構。為紅外溫度儀的硬件設計提供了很好的硬件支持。同時在軟件方面，使用的是 C 語言的編程， C 語言具有簡單易于編寫且方便維護的特點，同時在keil 的開發(fā)環(huán)境下，編程易于操作仿真，為紅外溫度儀的軟件方面積累了一定的設計基礎。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 11 第三章 紅外溫度儀的系統(tǒng)設計 本章主要介紹紅外溫度計的技術原理和工作指標，以及各個模塊的硬件設計和軟件方面的編程實現(xiàn)。 紅外溫度計的工作原理 自然界一切高于絕對零度 (℃ )的物體，由于物體內部分子的熱運動，都在時刻地向周圍空間發(fā)射 的電磁波包括紅外波段在內，其物體溫度與輻射能量密度關系符合輻射定律。紅外輻射原理 — 輻射定律如下： 440()E T T???? （ ） 式中： E是輻射時的分子出射度數(shù)，單位為 3W/m ； ? 為斯蒂芬―波爾茲曼常數(shù)， 8 2 * 10 W / ( m )K? ?； ? 是物體輻射率； T 是物體溫度，單位為 K ； 0T 為物體所處環(huán)境溫度，單位為 K 。所以根據(jù)上式測量出發(fā)射 E，就可得出溫度。 紅外溫度儀表就是運用這個原理所制成。所制成的溫度儀不需要與物體的表面接觸，因此屬于非接觸式的溫度儀。 溫度范圍不同，物體發(fā)出的電磁波能量的波長也不同，在常溫（ 0～ 100℃）范圍，能量集中在遠紅外和中紅外波長。根據(jù)式（ ）的原理，儀表所測得的紅外輻射為： 441 2 1 2()E A T T?? ??? （ ） 式中： A 為光學常數(shù)，與溫度儀具體設計有關； 1? 為被測物體的輻射率； 2?為紅外溫度儀的輻射率； 1T 為被測對象的溫度表面（ K）； 2T 為紅外溫度計的所處環(huán)境溫度（ K）；它由一個內置的溫度檢測元件檢測出來。 輻射率 ? 是一個表達物體表面發(fā)射輻射的系數(shù)，數(shù)值大小由 0 到 。所有物體，包括人體的表面，其 ? 值都是低于 的。人體紅外線輻射波長主要集中在 9～ 10 m? ，通過對人體所輻射得紅外能量的測量，便能準確地算出人體表面溫度。由于該范圍內的波長光線不能被空氣吸收，因而利用人體紅外輻射的能量便可以精確地測量人體表面溫度。 紅外溫度測量技術有很多優(yōu)點，區(qū)別以往溫度計最大的優(yōu)點是測試速度快，1 秒鐘內便可完成測試。紅外測溫儀由光電探測器、光學系統(tǒng)、濾波電路、信號放大器及信號處理、顯示等模塊組成。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 12 總體來說，紅外線測溫儀的重要性能指標包括溫度測量范圍、物體的顯示分辨率、測溫的精度、工作環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度、響應時間、響應光譜、尺寸、峰值、重量、發(fā)射率等。 1）確定測量溫度 的范圍：測量范圍是測溫儀很重要的一個指標。每個型號的測溫儀都有自己的測溫范圍。 2）確定所測目標的尺寸：紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標應充滿測溫儀探頭視場。否則背景會干擾測溫精度，造成誤差。對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長內所發(fā)射的輻射能量的比值來確定的。 3）確定所測物體距離系數(shù)（光學分辨率）：測量距離系數(shù)由 D： S 之比確定，即測溫儀探頭到目標的距離 D 與被測目標直徑之比。測溫儀如果由于環(huán)境條件必須安裝在遠離目標之處，而又要測量 較小的目標，此時應選擇光學分辨率高的測溫儀。光學分辨率越高，其測溫儀的成本也會越高。 4）確定所測物體波長范圍：目標物體的發(fā)射率和表面材料特性決定測溫儀的相應波長，對于高反射率合金材料，有低或變化著的發(fā)射率。 5）確定測量響應時間：紅外測溫儀對被測物體溫度變化的反應速度表示響應時間，由達到最后讀數(shù) 95%能量需要的時間來定義，它與紅外探頭、信號處理電路模塊及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有關。 6）所測物體環(huán)境條件：測溫儀所處的環(huán)境溫度對測量結果影響很大，加以考慮并適當解決，否則會影響測溫結果精度甚至引起溫度儀的損壞。 7）紅外輻射測溫儀的標定：所測物體必須經過紅外測溫儀標定才能使正確地顯示出被測目標的溫度。 系統(tǒng)規(guī)劃及流程設計 本節(jié)主要介紹紅外溫度儀的總體設計思路以及開發(fā)流程 系統(tǒng)規(guī)劃 紅外溫度儀系統(tǒng)設計流程如圖 31所示： 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 13 圖 31 系統(tǒng)總體結構框圖 由上圖可以看出紅外溫度儀有四大系統(tǒng)模塊組成。紅外信號接收來經過系統(tǒng)的處理模塊，對紅外信號經過放大、濾波、再計算模數(shù)轉換轉化成相應的溫度信號在屏幕上顯示，如果所測量目標的溫度信號大于所設定的報警溫度，則蜂鳴器響，進行預警。如果所測得的數(shù)據(jù)有錯誤，則再 經過控制系統(tǒng)對溫度進行重新檢測，直到輸出正確的信號為止。 整體框圖的設計 如圖 32 所示，當紅外溫度進行系統(tǒng)初始化后，按下按鈕進行測量，每次的測量所得數(shù)據(jù)實時顯示在液晶屏幕上。其工作步驟為：當按下按鈕時候，整個電路進行工作，物體表面輻射的能量經過熱釋電傳感器接收后，將熱輻射信號轉化成電信號，經過放大器放大信號后到達 A/D 模數(shù)轉換器， C52 單片機作為CPU 接收到的數(shù)據(jù)信號，經過數(shù)據(jù)處理后得到物體表面的溫度在 LCD 液晶屏幕上顯示出來。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 14 圖 32 總體電路框圖 硬件模塊的設計 本節(jié)主要介紹紅外溫度儀各個功能模塊的設計，也是設計的重點部分。下面分別對每個模塊進行詳細介紹。 紅外檢測模塊設計 本系統(tǒng)中采用了集成化的 TN9 紅外測溫模塊，具有響應快，數(shù)據(jù)準確的特點，其工作原理如下框圖所示： 開 始發(fā) 送 轉 換命 令判 斷 是 否結 束繼 續(xù) 發(fā) 送輸 出 結 果結 束YN 圖 33 TN9工作原理圖 此紅外測溫模塊采用非接觸手段，解決了傳統(tǒng)測溫中需要接觸的問題，具有回應速度快，測量精度高，測量范圍廣等優(yōu)點。它通過紅外溫度傳感器掃描被測物體，并把相應的紅外輻射數(shù)據(jù)通過 。 傳 感 器 放 大 器 濾 波 器 ADC0804轉 換 器 AT89C51 液顯LCD1602 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 15 圖 34 是紅外測溫模塊電路圖： 圖 34 紅外測溫電路模塊 面對目前眾多的紅外檢測器件產品，在設計中選擇合適的紅外檢測器已成為一個重要問題。在設計過程中選擇紅外線檢測器件時，首先需要考慮的是器件的以下性能因素 :光譜響應范圍、響應速度、有效檢測面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測目標的溫度。 本紅外測溫儀選用了凌陽公司生產的型號為 TN901的 紅外探測溫度傳感器作為測溫模塊，內部集成了紅外探測所需要的模塊 ，有溫度補償電路單元和線性處理電路單元，因此簡化了本系統(tǒng)的設計。 它的測量距離大約為 30米，測量回應時間大約為 。而 且它具備 SPI接口，可以很方便地與單片機（ MCU）傳輸數(shù)據(jù)。其相關資料如下： （ 1）紅外測溫傳感器的引腳介紹 圖 35 紅外測溫傳感器引腳圖 紅外測溫傳感器引腳圖如圖 35，其中 V 端為電源接線口 VCC， VCC 一般為3V 或者 5V 的電壓，本系統(tǒng)中取 5V； D 為數(shù)據(jù)發(fā)送端口引腳，有數(shù)據(jù)時 D 為低電平有效； C 為 2KHz 時鐘輸出端口引腳； G 為接地端口引腳； A 為測溫啟動信號端口引腳，是低電平有效。 紅 外 測 溫 元 件HJSENSORVDCGA南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 16 以上面的例子說明無論測量環(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。計算公式為目標溫度 /環(huán)境溫度 =Temp/，其中 Temp為十進制，當把它轉換成十六進制的高八位為 MSB，低八位為 LSB；比如 MSB 為 0x14H， LSB 為 0x2ah，則 Temp 十 六進制 時 為 0x142aH，十進 制時 為 5162， 則測得 的溫度 值為5162/=℃。 TN9 模塊是內部集成模塊，內部有紅外探頭、信號放大器、濾波器、模數(shù)轉化器以及溫補償電路組成，其主要各部分電路如下： 1）紅外傳感器 本設計中 TN9 模塊的的探頭是紅外線傳感 器，它能探測人體發(fā)射出的紅外線并接收使之轉換成有效的電壓信號。本設計中 TN9 模塊選用的是 PM611 熱釋電傳感器，是單靈敏元器件，但是由于采用一個接收元串聯(lián)和二個補償元并聯(lián)的結構，能有效地補償所處環(huán)境溫度起伏以及振動等對目標溫度干擾影響。它的工作溫度在 20℃ —— +50℃范圍內，特別適合測量人體的溫度。且 PM611 單元各項指標都比較好，因此可用來做 TN9 溫度儀的探頭。如圖 36 所示： 圖 36 傳感器的內部典型連接電路 2）放大電路 由于傳感器探測到的人體紅外線信號比較弱，因此當紅外信號轉化為電壓信號后需 要通過放大器放大。因為探測器測到的信號可能摻雜了外界環(huán)境影響的某些因素，所以在放大電路中要加入低通濾波電路，用來把多余的信號濾掉。如圖 37 所示： 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 17 圖 37 放大部分電路 傳感器輸出的信號經 47μ F 電容耦合到第一個同相放大器，它的閉環(huán)增益為 23～ 24 之間。同時第一個放大器還兼做高通濾波器，其截止頻率為 。第二個放大器是一個低通濾波器，其閉環(huán)增益約為 1，截止頻率為 7Hz。第一個，第二個放大器能把低于 和高于 7Hz 的信號都濾掉，使輸出的信號僅僅是經過調制器調制的 1Hz 紅外信號。通過上面的原理 可知紅外信號轉換為電壓再轉化成溫度信號才顯示出來的，這個過程將在第三個放大器中完成。放大濾波的輸出信號輸入到模數(shù)轉換器的 Vin（ +）端，模數(shù)轉換器會把收到 的信號進行模數(shù)轉換，從而轉化成可顯示的溫度信號。 3）模數(shù)轉換電路 由于傳感器探測到紅外線后被放大的是模擬信號，而在 LCD 液顯上顯示出來的信號必須是數(shù)字信號，所以在本設計需要利用模數(shù)轉換器來實