【文章內容簡介】 號轉換為電壓再轉化成溫度才顯示出來的，那么這個過程將在第三個放大器中完成。通過放大濾波的信號就輸入到模數(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。 調試：在實驗中通過調 節(jié)放大器 1 輸出端的 10KΩ變阻器，使第三個放大器的輸出信號大小發(fā)生改變，當最后一個也就是第三個信號放大器的輸出小于5V 時，可以適應下面系列的處理，因此第三個放大器的兩個電位器用來調節(jié)最后信號輸出的大小，確保在高溫時不超過 5V。 模數(shù)轉換部分電路 由于傳感器探測到紅外線后被放大的是模擬信號， 然而 需要在 LCD 液顯上顯示出來，所以 本設計 利用模數(shù)轉換器來實現(xiàn)這個功能。因為只用到了一個 輸入 信號，所以為了節(jié)省不必要的累贅， 采 用 ADC0804 把有用的模擬信號轉換成數(shù)字信號，最后顯示出來。 ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉換芯片。分辨率 8位，輸入電壓范圍是 0~5V, 增加一些外部電路后，輸入模擬電壓為 177。 5V。此芯片內有輸出鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在 CPU數(shù)據(jù)總線上，不用再加接口電路。 ADC0804 芯片的外引腳圖如 所示，引腳名稱及意義如下： 11 圖 ADC0804 引腳圖 Vin（ +）、 Vin（ ）：芯片的兩個模擬信號輸出端，用來接收單極性、雙極性和差模輸入信號； D0~D7： AD 轉換器的數(shù)據(jù)輸出端； AGND：接模擬信號地； DGND：接數(shù)字信號地端； CLK IN：外電路提供時鐘脈沖輸入端； CLK R：內部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與 CLK IN 端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，頻率為 1/； CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦使用低電平，表示轉換器被選中，則開始工作。 WR： 寫信號輸入，低電平有效。當 CS、 WR 同時為低電平時，啟動轉換。 RD：讀信號輸入，低電平有效，當 CS、 RD 同時為低電平時，可以讀取轉換輸出的數(shù)據(jù)。 INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效。如果輸出低電平表示此次轉換已經(jīng)完成。 本設計采用了 CLK R 端口和 CLK IN 端口配合， 芯片本身產(chǎn)生時鐘脈沖的方法， A/D 轉換器 Vin（ +）端口接收到經(jīng)處理過的模擬信號在內部進行模數(shù)轉換，片選端口 CS 和 WR 寫信號輸入端口同為低電平時啟動轉換，因為 0804 內部有輸出鎖存器，轉換后的數(shù)字信號存在鎖存器里，當 CS、 RD 同為低電平時，可以讀取轉換輸出的數(shù)字信號，由 A/D 模數(shù)轉換器的 D0~D7 端輸出，接入AT89C51 單片機的 P1 口的 ~,經(jīng)過程序燒制顯示到液晶顯示屏上。 A/D模數(shù)轉換 電路連接圖如 下圖 ： 12 圖 ADC0804 模數(shù)轉換電路 LCD1602 顯示電路 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。在本設計采用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個字、 2 行 16 個字、 2 行 20 個字等等，這里以常用的 2 行16 個字的 1602 液晶模塊來介紹它的編程方法。 1602 采用標準的 16 腳接口，其中 ： 第 3 腳： VEE 為液晶顯示器對比度調整端 ； 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器； 第 5 腳： RW 為讀寫信號線， 高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)； 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令； 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線； 第 15～ 16 腳：空腳 。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表 2 是 DM162 的內部顯示地址。 表 2 1602 的內部顯示地址 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 序號 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 第一行 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 第二行 1602 液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符 都有一個固定的代碼 。 在軟件中設置溫度的代碼是：℃ （ 00110011B， 00110000B， 00101110B， 00110000B， 01000011B）； ℃（ 00110011B， 00110111B， 00101110B， 00110000B， 01000011B） ； 60℃（ 00110110B， 00110000B， 01000011B） 。 在 液顯 電路連接上， LCD1602 顯示模塊可以直接和單片機 AT89C51 直接接口， 液晶顯示的 D0~D7 八個雙向端口接 AT89C51 單片機的 P0 口的 ~，單片機的 P0 口可以作為通用的輸入，輸出端口使用，此時，若要驅動 NMOS或其他拉電流負載時，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效，所以中間接10K 的排阻，來決定顯示器高低點位，是否要顯示。 由于 VEE 端接電源時 接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “鬼影 ”， 對比度過低會使屏幕模糊不清，所以 使用時可以通過一個 10K 的電位器 來 調整 它的 對比度 。 LCD1602 的 RS 寄存器選擇端口接單片機的 口，通過軟件程序中對此端口的設置來決定選擇的寄存器。液顯的RW 端口直接接單片機的 口，高 電平時進行對輸入的數(shù)字信號進行讀數(shù)。使能 E 端接單片機的 口，使能端由高電平到低電平時開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。 下圖 是 LC D1602 顯示電路的連接圖： 14 圖 LCD 顯示電路 連接圖 15 第四章 軟件設計 設計的思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開始測溫后復位各個端口，摁下開關 ，接通電源，確定打開電源后 A/D 模數(shù)轉換器 Vin（ +）輸入端讀取經(jīng)過放大濾波計算后的數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉換， CS 片選端、 WR 寫入端同時設置成低電平，當芯片自身產(chǎn)生一個脈沖時，啟動轉換。然后 A/D 轉換器的 CS、RD 同時為低電平 0 時讀取轉換輸出的數(shù)據(jù)，轉換后的數(shù)據(jù)存入模數(shù)轉換器自身的鎖存器里，由輸出端口 D0~D7 輸入到單片機的 P0 口中。讀取三次數(shù)據(jù)，滿三次后讀數(shù)正確的寫入單片機 EEPROM 存儲器。同時計數(shù)器加 1，繼續(xù)讀取下一組數(shù)據(jù)。如果讀數(shù)滿三次后數(shù)據(jù)不正確，則要對單片機進行清零，復位后重新測量讀數(shù)。 中斷子程序設置 INT0 為外部中斷，中斷后對 EEPROM 里的數(shù)據(jù)進行讀取，然后通過液晶屏顯示出來，讀取時要對數(shù)據(jù)進行一個判斷， AT89C51 單片機的P3 口除了是多功能 I/O 口外還是第二功能口，它的第二功能是作為控制端口使用 的，所以本設計用 串行口輸入端來控制報警系統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)大于 ℃，則蜂鳴器報警。顯示溫度的范圍是 30~60℃，當所測溫度高于下限或者上限溫度時，報警系統(tǒng)報警。執(zhí)行完一次子命令后運行中斷信號，子程序返回。主 程序流程圖如圖 所示。 主程序主要實現(xiàn)以下功能： 開機或復位時能自動初始化設備，引導程序正確執(zhí)行。 開機或復位之后啟動 A/D 轉換，對環(huán)境溫度進行采樣，并在顯示器上顯示當前環(huán)境溫度。 保持環(huán)境溫度顯示的同時，對覆蓋熱釋電探測器視場的物體表面的紅外輻射進行轉換和采樣，并比較 各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測器響應的峰值電壓為止。 如圖 是軟件設計部分的中斷子程序流程圖， 主要實現(xiàn)以下功能： A/D 采樣子程序完成對熱釋電傳感器放大電路輸出信號的采樣。要實現(xiàn)準確測溫就必須得到輸出信號的峰值，但在實際電路中，由于探測器響應延時不盡相同，且電路的延時也很難準確計算，所以要準確采集到峰值是十分困難的。為此，我們只有對輸出信號不斷地進行采樣，并比較各樣值，取其中的最大者作為峰值的近似值 數(shù)據(jù)處理子程序完成對采樣值的計算處理。中間又經(jīng)過了 ADC0804 數(shù)模轉換器將結果轉換 為可供 LCD 顯示的代碼。 讀取溫度時超過預警溫度，蜂鳴器報警，沒超過直接顯示所測溫度。 液晶 顯示子程序完成最后的溫度。 16 圖 主程序流程圖 外部中斷 0 初始化 顯示子程序 復位 讀取數(shù)據(jù) 寫入 EEPROM（超過 ） 計數(shù)器加 1 計數(shù)器清零 數(shù)據(jù)正確 滿三次 啟動鍵打開 結束 N Y Y N Y 開始 N 17 圖 中斷子 程序流程圖 讀取指令 讀取 EEPROM（超過 37度） 報警 發(fā)送數(shù)據(jù) LCD 顯示 中斷返回 Y N 外部 中斷入口 18 第 五 章 小結 紅外測溫儀的使用注意事項 必須準確確定被測物體的發(fā)射率 ； 避免周圍環(huán)境高溫物體的影響 ； 對于透明材料，環(huán)境溫度應低于被測物體溫度 ； 測溫儀要垂直對準被 測物體表面，在任何情況下，角度都不能超過 30℃ ； 不能應用于光亮的或拋光的金屬表面的測溫，不能透過玻璃進行測溫 ； 正確選擇跟離系數(shù)，目標直徑必須充滿視場 ； 如果紅外測溫儀突然處于環(huán)境溫度差為 20℃ 或更高的情況下，測量數(shù)據(jù)將不準確，溫度平衡后再取其測量的溫度值。 改進方案 由于普通紅外測溫儀只限于測量物體外部溫度，不方便測量物體內部和存在障礙物時的溫度，所以可以在其檢測頭部加一段光導纖維，并在其前端裝一個小視角的透鏡，這樣被測物體的輻射能經(jīng)過透鏡到光導纖維內部。在光導纖維里面經(jīng)過多次 反射傳至檢測器。因為光纖可以自由彎曲，使輻射能自由轉向，這就解決了物體內部溫度的測量問題，可以測量有障礙物擋住的角落等地方的溫度。 推廣及應用 由于 SARS 和 H1NI 甲流的出現(xiàn) (其相似并發(fā)病癥狀之 ——發(fā)燒 )，這樣，紅外測溫儀就用于人體溫度的測量和大量人群的初步篩檢。但是非接觸式人體紅外測溫儀測量的是表體溫度而非精確體溫，所以有關人體表面溫度和傳統(tǒng)的用體溫計測得的腋下溫度之間的相關性還正在研究之中，且發(fā)表的相關文章少之又少。到目前為止，還沒有任何結論性的證據(jù)表明，其中一種溫度可以可靠地、一致性地表示 為另一種溫度。 本文通過研究部分受試人員的溫度測試結果發(fā)現(xiàn) ： 手持式紅外側溫儀所測得的人體表面溫度與體溫 (腋下溫度 )相比較，其溫差因人體個體差異而一致性較差。從本設計試驗結果來看，如果將溫差判據(jù)確定為 2℃ 4℃ 時，將仍然有 35%左右的人員漏查和不必要的進一步待查。而按照現(xiàn)在一些相關單位暫時提出的紅外測溫值修正 1℃ 3℃ ，那么可能漏查的人員更多 ！ 基于普朗克輻射理論的紅外非接觸測溫技術，由于被測物體均非物理憊義上的黑體 (發(fā)射率 ε=1),而是灰體 (發(fā)射率 ε(λ,R,……)1) ，而被測物體的發(fā)射率ε(λ,R,…… )與輻射波長 λ，輻射物體表面粗糙度 R，被測物體的材料等有關，因而其測溫的準確度受到限制。相對于工業(yè)用途的紅外測溫來講，人體表面的紅外測溫因每個人的個體差異較大 (諸如人體自身對周圍環(huán)境溫度的適應調節(jié)能 19 力，皮膚狀況，化妝，出汗，膚色等 )，因而很難準確地 (標準體溫計的準確度為177。 ℃ )地給出人體溫度。 20 參考文獻 （ References） [1] 那彥 .電子及通信畢業(yè)設計 [M].西安：西安電子科技大學出版社， 2022. 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