【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下框圖所示：圖33 TN9工作原理圖此紅外測(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)。它通過(guò)紅外溫度傳感器掃描被測(cè)物體。圖34是紅外測(cè)溫模塊電路圖：圖34 紅外測(cè)溫電路模塊面對(duì)目前眾多的紅外檢測(cè)器件產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)中選擇合適的紅外檢測(cè)器已成為一個(gè)重要問題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇紅外線檢測(cè)器件時(shí)，首先需要考慮的是器件的以下性能因素:光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測(cè)面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測(cè)目標(biāo)的溫度。本紅外測(cè)溫儀選用了凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為TN901的紅外探測(cè)溫度傳感器作為測(cè)溫模塊，內(nèi)部集成了紅外探測(cè)所需要的模塊，有溫度補(bǔ)償電路單元和線性處理電路單元，因此簡(jiǎn)化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它的測(cè)量距離大約為30米。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)。其相關(guān)資料如下：（1）紅外測(cè)溫傳感器的引腳介紹 圖35 紅外測(cè)溫傳感器引腳圖紅外測(cè)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(shí)D為低電平有效；C為2KHz 時(shí)鐘輸出端口引腳；G為接地端口引腳；A為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)端口引腳，是低電平有效。以上面的例子說(shuō)明無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到Item為0x4cH或者0x66H同時(shí)檢測(cè)到CR為0x0dH，他們的溫度的計(jì)算方法都相同。計(jì)算公式為目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/，其中Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的高八位為MSB，低八位為L(zhǎng)SB；比如MSB為0x14H，LSB為0x2ah，則Temp十六進(jìn)制時(shí)為0x142aH，十進(jìn)制時(shí)為5162，則測(cè)得的溫度值為5162/=℃。TN9模塊是內(nèi)部集成模塊，內(nèi)部有紅外探頭、信號(hào)放大器、濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)化器以及溫補(bǔ)償電路組成，其主要各部分電路如下：1）紅外傳感器本設(shè)計(jì)中TN9模塊的的探頭是紅外線傳感器，它能探測(cè)人體發(fā)射出的紅外線并接收使之轉(zhuǎn)換成有效的電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)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(gè)接收元串聯(lián)和二個(gè)補(bǔ)償元并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能有效地補(bǔ)償所處環(huán)境溫度起伏以及振動(dòng)等對(duì)目標(biāo)溫度干擾影響。它的工作溫度在20℃——+50℃范圍內(nèi)，特別適合測(cè)量人體的溫度。且PM611單元各項(xiàng)指標(biāo)都比較好，因此可用來(lái)做TN9溫度儀的探頭。如圖36所示：圖36　傳感器的內(nèi)部典型連接電路2）放大電路由于傳感器探測(cè)到的人體紅外線信號(hào)比較弱，因此當(dāng)紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后需要通過(guò)放大器放大。因?yàn)樘綔y(cè)器測(cè)到的信號(hào)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(lái)把多余的信號(hào)濾掉。如圖37所示：圖37　放大部分電路傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)47μF電容耦合到第一個(gè)同相放大器，它的閉環(huán)增益為23～24之間。同時(shí)第一個(gè)放大器還兼做高通濾波器。第二個(gè)放大器是一個(gè)低通濾波器，其閉環(huán)增益約為1，截止頻率為7Hz。第一個(gè)，使輸出的信號(hào)僅僅是經(jīng)過(guò)調(diào)制器調(diào)制的1Hz紅外信號(hào)。通過(guò)上面的原理可知紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓再轉(zhuǎn)化成溫度信號(hào)才顯示出來(lái)的，這個(gè)過(guò)程將在第三個(gè)放大器中完成。放大濾波的輸出信號(hào)輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的Vin（+）端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)把收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而轉(zhuǎn)化成可顯示的溫度信號(hào)。3）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由于傳感器探測(cè)到紅外線后被放大的是模擬信號(hào)，而在LCD液顯上顯示出來(lái)的信號(hào)必須是數(shù)字信號(hào)，所以在本設(shè)計(jì)需要利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹挥玫搅艘粋€(gè)輸入信號(hào)，可以采用ADC0804把有用的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后顯示出來(lái)。ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)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(nèi)有輸出鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)轉(zhuǎn)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38所示，引腳名稱及意義如下： 圖38 ADC0804引腳圖Vin（+）、Vin（）：芯片的兩個(gè)模擬信號(hào)輸出端，用來(lái)接收單極性、雙極性和差模輸入信號(hào)；D0~D7：A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)的端口；AGND：模擬信號(hào)的接地端；DGND：數(shù)字信號(hào)的接地端；CLK IN：時(shí)鐘脈沖信號(hào)的輸入端口；CLK R：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的外接電阻端，與外部CLK IN端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，頻率為1/；CS：片選信號(hào)輸入端，低電平有效，當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)，表示轉(zhuǎn)換器被選中，則開始工作。WR：寫信號(hào)輸入，低電平有效。當(dāng)CS、WR同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。RD：讀信號(hào)輸入，低電平有效，當(dāng)CS、RD同時(shí)為低電平時(shí)，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)。INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，低電平有效。低電平時(shí)候表示完成此次的轉(zhuǎn)換。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接圖如下圖39：圖39 ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 LCD液晶顯示模塊本系統(tǒng)中采用LCD1602液晶顯示屏，具有輕薄易于設(shè)計(jì)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。其工作流程如下圖所示：圖310 LCD液晶屏工作流程在本設(shè)計(jì)采用的字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)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(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里以2行16個(gè)字的1602液晶模塊來(lái)介紹顯示屏的編程方法。1602所采用的是標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第3腳：VEE為液晶屏的對(duì)比度調(diào)整端口；第4腳：RS為寄存器的選擇端口，當(dāng)RS為高電平時(shí)，RS選擇為數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)為低電平時(shí)RS選擇為指令寄存器；第5腳：RW是讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)讀操作，低電平時(shí)寫操作。當(dāng)RW和RS都為低電平時(shí)則可以顯示地址也可以寫入指令，當(dāng)RW是高電平RS是低電平時(shí)讀忙信號(hào)，當(dāng)RW是低電平，RS是高電平時(shí)則寫入數(shù)據(jù)；第6腳：E端為使能端口，當(dāng)E端由高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15～16腳：背光。1602液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示屏幕器件，因此在執(zhí)行每條指令之前首先要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志是否為低電平，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)首先輸入顯示字符地址，也就是告訴液晶屏將要在哪里顯示字符，表31是DM162的內(nèi)部顯示地址。表31　1602的內(nèi)部顯示地址12345678910111213141516序號(hào)000102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行LCD1602液晶模塊的字符存儲(chǔ)器（CGROM)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、常用符號(hào)和日文假名等，其中每一個(gè)字符都有其固定的代碼。在液顯電路連接上，LCD1602顯示模塊可以直接和單片機(jī)STC89C51直接接口，液晶顯示的D0~~，單片機(jī)的P0口可以作為通用的輸入，輸出端口使用，此時(shí)，若要驅(qū)動(dòng)NMOS或其他拉電流負(fù)載時(shí)，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效。由于VEE端接電源時(shí)接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，對(duì)比度過(guò)低會(huì)使屏幕模糊不清，所以使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整它的對(duì)比度。，通過(guò)軟件程序中對(duì)此端口的設(shè)置來(lái)決定選擇的寄存器。液顯的RW端口直接接地，此液晶屏只用來(lái)寫數(shù)據(jù)，高電平時(shí)進(jìn)行對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀數(shù)。，使能端由高電平到低電平時(shí)開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來(lái)。下圖311是LCD1602顯示電路的連接圖：圖311　LCD顯示電路連接圖 控制模塊本紅外溫度測(cè)試儀采用C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，具有控制好，體積小，編程操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),在本系統(tǒng)中其工作流程如下圖所示： 圖312 C52單片機(jī)工作流程該紅外測(cè)溫儀是以STC89C51單片機(jī)為核心器件，此單片機(jī)模塊的工作原理是：加載相應(yīng)程序的STC89C51單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)加以處理，送LCD顯示屏顯示。圖313是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖，如下所示 圖313 單片機(jī)處理模塊電路圖其復(fù)位電路如圖313左邊上部分，本單片機(jī)處理模塊是通過(guò)自動(dòng)復(fù)位的，只要在RST引腳出現(xiàn)大于10ms的高電平，單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。而此儀器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖31左邊下部分。采用晶體震蕩電路的原因是因?yàn)樗念l率穩(wěn)定性好，而這正是本紅外測(cè)溫儀非常重要的技術(shù)要求。在本系統(tǒng)中C51單片機(jī)作為整個(gè)電路的核心處理模塊，擔(dān)負(fù)著CPU的功能，當(dāng)開始測(cè)量時(shí)候，單片機(jī)處于待命狀態(tài)。按下按鈕時(shí)，單片機(jī)接收到電路的工作信號(hào)，開始測(cè)量。接收紅外模塊傳送過(guò)來(lái)的溫度信號(hào)，進(jìn)行軟件編程方面的相應(yīng)處理，處理好的結(jié)果存放在寄存器中而后傳送到LCD液晶屏上顯示處理結(jié)果。如此循環(huán)，可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到的極小的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)電路超過(guò)所設(shè)定的預(yù)置值時(shí)，單片機(jī)判斷出來(lái)，此時(shí)報(bào)警電路響應(yīng)并工作，達(dá)到報(bào)警的功能。整個(gè)電路的連接如下圖所示：圖314 C51單片機(jī)的連接圖 報(bào)警模塊在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí)候，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)初始設(shè)置的報(bào)警上限溫度時(shí)37度，當(dāng)目標(biāo)溫度顯示大于37度時(shí)候，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，其硬件原理圖如下所示：圖315 蜂鳴器連接圖由于單片機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)電壓比較小，需要一個(gè)三極管作為導(dǎo)通開關(guān)，當(dāng)軟件編程滿足報(bào)警條件時(shí)候，單片機(jī)的引腳輸較出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)蜂鳴器兩端加上+5V的電壓，蜂鳴器響。在本系統(tǒng)中還可以設(shè)置報(bào)警的溫度，由按鈕進(jìn)行設(shè)置。將在下面的軟件編程中介紹。 本章小結(jié)在本章中，從系統(tǒng)的硬件來(lái)具體介紹紅外溫度儀的設(shè)計(jì)。通過(guò)一個(gè)總體的硬件模塊圖，說(shuō)明紅外溫度儀從收集輻射到放大濾波到模數(shù)轉(zhuǎn)化到顯示。其中再?gòu)拿總€(gè)模塊分別介紹紅外溫度儀的硬件電路，包括TN9紅外溫度模塊、C51單片機(jī)控制模塊、按鍵模塊、報(bào)警電路模塊、顯示模塊。每個(gè)模塊介紹時(shí)，分別附上模塊的流程圖和模塊的硬件圖。詳細(xì)介紹了模塊與模塊之間的連接。第4章 紅外溫度儀的軟件設(shè)計(jì) 主程序模塊的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)紅外測(cè)溫儀接通電源時(shí)，STC89C51單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，開始運(yùn)行該程序。該程序首先對(duì)STC89C51初始化。然后給出開機(jī)顯示，接著判斷是否有鍵輸入，若沒有鍵輸入，則繼續(xù)判斷；若有鍵輸入，則判斷是否是紅外測(cè)溫。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(lái)，如果是環(huán)境溫度通過(guò)數(shù)碼管前四位顯示，目標(biāo)溫度用后四位顯示。并等待結(jié)束測(cè)溫命令。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。具體工作的流程圖如下圖41：圖41 主程序流程圖主程序中設(shè)計(jì)單片機(jī)的啟動(dòng)讀數(shù)的條件：當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，而后開始讀取溫度，由于要實(shí)時(shí)顯示溫度，顧考慮不斷的更新Temp溫度的數(shù)據(jù)，這時(shí)候可以定義一個(gè)循環(huán)的讀數(shù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)溫度數(shù)據(jù)經(jīng)紅外溫度傳送進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理傳送到液晶屏顯示出來(lái)時(shí)候，再進(jìn)行循環(huán)，反復(fù)這樣的動(dòng)作，便可以實(shí)時(shí)顯示。 初始化功能模塊的軟件設(shè)計(jì)1）對(duì)管腳的定義，字節(jié)地址定義代碼如下所示： A）對(duì)TN9紅外溫度模塊的管腳定義： sbit TN_ACK =P1^2。 /* TN9觸發(fā) */ sbit TN_Clk =P1^1。 /* TN9時(shí)鐘線 */ sbit TN_Data =P1^0。 /* TN9數(shù)據(jù)線 */ B) 對(duì)LCD液晶顯示屏的管腳定義： sbit rs=P2^0。 sbit lcden=P2^1。2) 初始化屏幕： uchar code table0[]=Wele to the 。 uchar code table1[]= TN9 System。 uchar code table2[]=Target T: C。 uchar code table3[]=HuanJi T: C。 //初始化void Init_LCD(){ uchar num。 lcden=0。 write_(0x38)。 write_(0x0c)。 write_(0x06)。 write_(0x01)。 write_(0x80)。 write_(0x01)。 write_](0x80)。for(num=0。num16。num++) { write_date(table0[num])。 } write_(0x80+0x40)。 for(num=0。num16。num++) { write_date(table1[num])。 } }3）按鍵的初始化： void main() { Init_LCD()。 while(Flag == 0) { if(FM == 0) Flag = 1。 } 紅外測(cè)溫模塊的軟件設(shè)計(jì)，,。它的程序流程圖如圖42所示，此模塊首先定義一個(gè)字符型數(shù)組用于存放讀取到的一幀數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)測(cè)溫，讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。把五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都讀完后判斷第一個(gè)字節(jié)是否為0x4c或0x66并且第五個(gè)字節(jié)為0x0d，若是則計(jì)算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。圖42 紅外溫度模塊軟件流程圖在此紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)中，溫度值的計(jì)算也是一個(gè)非常重要的部分，它關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度，因此把它的溫度數(shù)據(jù)讀取與計(jì)算用單