【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。 Keil C51 uVision2 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的主要功能有以下幾點(diǎn)： Keil C51 uVision2：是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中； C51 國(guó)際際準(zhǔn)化 C交叉編譯器：從 C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊； A51 宏匯編器：從 80C51 匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊； BL51 鏈接器 /定位器：組合 由 C51 和 A51 產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對(duì)目標(biāo)模塊； LIB 庫(kù)管理器：從目標(biāo)模塊生成連接器可以使用的庫(kù)文件； 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 5 頁(yè) OH51 目標(biāo)文件至 HEX 格式的轉(zhuǎn)換器，從絕對(duì)目標(biāo)模塊生成 Intel Hex 文件； RTX51 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡(jiǎn)化了復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。 系統(tǒng) 元器件介紹 信號(hào)采集模塊介紹 （一）黑體輻射定律 紅外體溫計(jì)的測(cè)溫原理是基于黑體輻射定律。在任何溫度下都能全部吸收投射到其表面的任何波長(zhǎng)的輻射能量的物體稱為黑體。黑體的單色輻射出度是描述在某一波長(zhǎng)輻射源單位面積上 發(fā)出的輻射通量。 黑體輻射定律：黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，其表面的發(fā)射率為 1。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。 物體發(fā)射率對(duì)輻射測(cè)溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長(zhǎng)及物 體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過(guò)程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于 1 的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因紗在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。 當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫 度， 用公式可表達(dá)為： E=δε（ T4T04） E是輻射出射度．單位是 W／ m3；δ是斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)， 5． 67x108W／（ m2 K4）；ε 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 6 頁(yè) 是物體的輻射率； T 是物體的溫度（ K）； To 是物體周圍的環(huán)境溫度（ K）。 人體主要輻射波長(zhǎng)在 9~10 μ m 的紅外線，通過(guò)對(duì)人體自身輻射紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定人體表面溫度。由于該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量精確地測(cè)量人體表面溫度，便能準(zhǔn)確地測(cè)定人體表面溫度。紅外溫度測(cè)量技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快， 1 秒鐘以內(nèi)可測(cè)試 完畢。由于它只接收人體對(duì)外發(fā)射的紅外輻射，沒(méi)有任何其它物理和化學(xué)因素作用于人體，所以對(duì)人體無(wú)任何害。 （二） 菲涅爾透鏡簡(jiǎn)介： 菲涅爾透鏡是由法國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W古斯汀 .菲涅爾（ )發(fā)明的，他在 1822年最初使用這種透鏡設(shè)計(jì)用于建立一個(gè)玻璃菲涅爾透鏡系統(tǒng) —— 燈塔透鏡。菲涅爾透鏡(Fresnel Lense)是一種微細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，從正面看其象一個(gè)飛鏢盤，由一環(huán)一環(huán)的同心園組成。 菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的 ，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求來(lái)設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在 1mm 左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測(cè)距離遠(yuǎn)。 菲涅爾透鏡的在很多時(shí)候相當(dāng)于紅外線及可見(jiàn)光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。多用于對(duì)精度要求不是很高的場(chǎng)合，如幻燈機(jī)、薄膜放大鏡、紅外探測(cè)器等。 菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在 PIR 上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為 若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。 （三） D203S 簡(jiǎn)介 紅外傳感器是紅外體溫計(jì)的關(guān)鍵部件，在本設(shè)計(jì)中紅外溫度傳感器我們選用 D203S。D203S 是通用雙元熱釋電紅外線感測(cè)器，它是利用溫度變化的特征來(lái)探測(cè)紅外線的輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)的方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了感測(cè)器的工作穩(wěn)定性。 D203S應(yīng)用非常廣泛，例如：保險(xiǎn)裝置、防盜報(bào)警器、感應(yīng)門、自動(dòng)燈具、智能玩具等。 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 7 頁(yè) D203S 規(guī)格尺寸如下： D203S 的引腳圖如圖 a所示，等效電路 如圖 b所示。 圖 a D203S 引腳圖 圖 b D203S 等效電路 熱釋電紅外傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有Δ T的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷Δ Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓Δ V。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件 PZT、場(chǎng)效應(yīng)管 FET 等組成。其中，濾光片設(shè)置在窗口處，組成紅外線通過(guò)的窗口。濾光片為 6mm 多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈光 的短 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 8 頁(yè) 波長(zhǎng)（約 5mm 以下）可很好濾除。熱釋電元件 PZT 將波長(zhǎng)在 8mm～ 12mm 之間的紅外信號(hào)的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，為了只對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 D203S 熱釋電紅外傳感器能無(wú)接觸地檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)輻射出的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。人體的體溫約為 3 7℃，輻射最多紅外線的波長(zhǎng)是 10μ m左右，而 D203S 對(duì) 5～ 14μ m 范圍波長(zhǎng)比較靈敏，他采用了 2個(gè)熱釋電元件 PZT 板， PZT 板表面吸收紅外線，并在受光面的內(nèi)外各自安裝取出電荷的一對(duì)電極，能敏感的捕捉 到被測(cè)物體或光源，具有很高的靈敏度。 D203S 紅外感測(cè)器的放置方向和器件平面圖的尺寸，結(jié)合菲涅爾透鏡的焦點(diǎn)可以獲得一種最佳的光學(xué)設(shè)計(jì)。菲涅爾透鏡用于感測(cè)器的探測(cè)方位： （四） LM324 簡(jiǎn)介 LM324 系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流大致為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一（對(duì)每一個(gè)放大器而言）。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采 用外部偏置元件的必要性。輸 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 9 頁(yè) 出電壓范圍也包含負(fù)電源電壓。 功能特性如下： 短路保護(hù)輸出； 真差動(dòng)輸入級(jí)； 單電源工作： 伏至 32 伏； 低輸入偏置電流：最大 100 納安； 每一封裝四個(gè)放大器； 內(nèi)部補(bǔ)償； 共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源； 在輸入端的靜電放電箔位增加可靠性而不影響器件的工作。 管腳圖如下圖所示： 引腳功能如下表所示： 引腳 功能 電壓（ V） 引腳 功能 電壓（ V） 1 輸出 1 8 輸出 3 2 反向輸入 1 9 反向輸入 3 3 正向輸入 1 10 正向輸入 3 4 電源 11 地 0 5 正向輸入 2 12 正向輸入 4 6 反向輸入 2 13 反向輸入 4 7 輸出 2 14 輸出 4 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 10 頁(yè) 等特點(diǎn)，因此它被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。 ADC 模塊介紹 （一） ADC0832 簡(jiǎn)介 此次設(shè)計(jì)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器采用 ADC0832 芯片。 ADC0832 是 8 腳雙列直插式雙通道 A/D轉(zhuǎn)換器，能分別對(duì)兩路模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換，可以用在單端輸入方式和差分方式下工作。 ADC0832 采用串行通信方式，通過(guò) DI 數(shù)據(jù)輸入端進(jìn)行通道選擇、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳送。8位的分辨率（最高分辨可達(dá) 256 級(jí)），可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 它的特性如下： 8位分辨率； 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容 ； 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μ S； 一般功耗僅為 15mW； 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為 0176。 C to +70176。 C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40176。 C to +85176。 C； ADC0832 管腳圖如下圖所示： 各引腳功能如下： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 11 頁(yè) CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考零電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 ADC0832 的工作原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在 I/O 口資源緊張時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832 未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用 ， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘（ CLK）輸入端輸入時(shí)鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第二、三個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。 ADC0832 的工作時(shí)序 : 當(dāng) CS由高變低時(shí)，選中 ADC0832。在時(shí)鐘的上升沿， DI端的數(shù)據(jù)移入 ADC0832 內(nèi)部的多路地址移位寄 存器。在第一個(gè)時(shí)鐘期間， Dl 為高，表示啟動(dòng)位，緊接著輸入兩位配置位。當(dāng)輸入啟動(dòng)位和配置位后，選通輸入模擬通道，轉(zhuǎn)換開(kāi)始。轉(zhuǎn)換開(kāi)始后，經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期延遲，以使選定的通道穩(wěn)定。 ADC0832 接著在第 4 個(gè)時(shí)鐘下降沿輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出時(shí)先輸出最高位 (D7~DO)；輸出完轉(zhuǎn)換結(jié)果后，又以最低位開(kāi)始重新輸出一遍數(shù)據(jù) (D7～ 畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)）用 紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 第 12 頁(yè) DO)，兩次發(fā)送的最低位共用。當(dāng)片選 CS為高時(shí)，內(nèi)部所有寄存器清 0，輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)。如果要再進(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，片選 CS必須再次從高向低跳變，后