【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)化成溫度才顯示出來(lái)的，那么這個(gè)過(guò)程將在第三個(gè)放大器中完成。通過(guò)放大濾波的信號(hào)就輸入到模數(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。 調(diào)試：在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)放大器 1 輸出端的 10KΩ變阻器，使第三個(gè)放大器 的輸出信號(hào)大小發(fā)生改變，當(dāng)最后一個(gè)也就是第三個(gè)信號(hào)放大器的輸出小于5V 時(shí)，可以適應(yīng)下面系列的處理，因此第三個(gè)放大器的兩個(gè)電位器用來(lái)調(diào)節(jié)最后信號(hào)輸出的大小，確保在高溫時(shí)不超過(guò) 5V。 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路 由于傳感器探測(cè)到紅外線后被放大的是模擬信號(hào)， 然而 需要在 LCD 液顯上顯示出來(lái)，所以 本設(shè)計(jì) 利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。因?yàn)橹挥玫搅艘粋€(gè) 輸入 信號(hào)，所以為了節(jié)省不必要的累贅， 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 所示，引腳名稱及意義如下： 11 圖 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： AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端； AGND：接模擬信號(hào)地； DGND：接數(shù)字信號(hào)地端； CLK IN：外電路提供時(shí)鐘脈沖輸入端； CLK R：內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘脈沖，頻率為 1/； CS：片選信號(hào)輸入端，低電平有效，一旦使用低電平，表示轉(zhuǎn)換器被選中，則開(kāi)始工作。 WR： 寫(xiě)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。如果輸出低電平表示此次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。 本設(shè)計(jì)采用了 CLK R 端口和 CLK IN 端口配合， 芯片本身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的方法， A/D 轉(zhuǎn) 換器 Vin（ +）端口接收到經(jīng)處理過(guò)的模擬信號(hào)在內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，片選端口 CS 和 WR 寫(xiě)信號(hào)輸入端口同為低電平時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，因?yàn)?0804 內(nèi)部有輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)存在鎖存器里，當(dāng) CS、 RD 同為低電平時(shí)，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號(hào)，由 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 D0~D7 端輸出，接入AT89C51 單片機(jī)的 P1 口的 ~,經(jīng)過(guò)程序燒制顯示到液晶顯示屏上。 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路連接圖如 下圖 ： 12 圖 ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 LCD1602 顯示電路 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容 豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。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，這里以常用的 2 行16 個(gè)字的 1602 液晶模塊來(lái)介紹它的編程方法。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中 ： 第 3 腳： VEE 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端 ； 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器； 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)； 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，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(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)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(nèi)部顯示地址。 表 2 1602 的內(nèi)部顯示地址 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 序號(hào) 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(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼 。 在軟件中設(shè)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(jī) AT89C51 直接接口， 液晶顯示的 D0~D7 八個(gè)雙向端口接 AT89C51 單片機(jī)的 P0 口的 ~，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，所以中間接10K 的排阻，來(lái)決定顯示器高低點(diǎn)位，是否要顯示。 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 。 LCD1602 的 RS 寄存器選擇端口接單片機(jī)的 口，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 端口直接接單片機(jī)的 口，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 E 端接單 片機(jī)的 口，使能端由高電平到低電平時(shí)開(kāi)始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來(lái)。 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(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開(kāi)始測(cè)溫后復(fù)位各個(gè)端口，摁下開(kāi)關(guān) ，接通電源，確定打開(kāi)電源后 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Vin（ +）輸入端讀取經(jīng)過(guò)放大濾波計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， CS 片選端、 WR 寫(xiě)入端同時(shí)設(shè)置成低電平，當(dāng)芯片自身產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。然后 A/D 轉(zhuǎn)換器的 CS、RD 同時(shí)為低電平 0 時(shí)讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) 存入模數(shù)轉(zhuǎn)換器自身的鎖存器里，由輸出端口 D0~D7 輸入到單片機(jī)的 P0 口中。讀取三次數(shù)據(jù)，滿三次后讀數(shù)正確的寫(xiě)入單片機(jī) EEPROM 存儲(chǔ)器。同時(shí)計(jì)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(duì)單片機(jī)進(jìn)行清零，復(fù)位后重新測(cè)量讀數(shù)。 中斷子程序設(shè)置 INT0 為外部中斷，中斷后對(duì) EEPROM 里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)，讀取時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)判斷， AT89C51 單片機(jī)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(shè)計(jì)用 串行口輸入端來(lái)控制報(bào)警系 統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)大于 ℃，則蜂鳴器報(bào)警。顯示溫度的范圍是 30~60℃，當(dāng)所測(cè)溫度高于下限或者上限溫度時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。執(zhí)行完一次子命令后運(yùn)行中斷信號(hào)，子程序返回。主 程序流程圖如圖 所示。 主程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 開(kāi)機(jī)或復(fù)位時(shí)能自動(dòng)初始化設(shè)備，引導(dǎo)程序正確執(zhí)行。 開(kāi)機(jī)或復(fù)位之后啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行采樣，并在顯示器上顯示當(dāng)前環(huán)境溫度。 保持環(huán)境溫度顯示的同時(shí)，對(duì)覆蓋熱釋電探測(cè)器視場(chǎng)的物體表面的紅外輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)換和采樣，并比較各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測(cè)器響應(yīng)的峰值電壓 為止。 如圖 是軟件設(shè)計(jì)部分的中斷子程序流程圖， 主要實(shí)現(xiàn)以下功能： A/D 采樣子程序完成對(duì)熱釋電傳感器放大電路輸出信號(hào)的采樣。要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫就必須得到輸出信號(hào)的峰值，但在實(shí)際電路中，由于探測(cè)器響應(yīng)延時(shí)不盡相同，且電路的延時(shí)也很難準(zhǔn)確計(jì)算，所以要準(zhǔn)確采集到峰值是十分困難的。為此，我們只有對(duì)輸出信號(hào)不斷地進(jìn)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(duì)采樣值的計(jì)算處理。中間又經(jīng)過(guò)了 ADC0804 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可供 LCD 顯示的代碼。 讀取溫度時(shí)超過(guò) 預(yù)警溫度，蜂鳴器報(bào)警，沒(méi)超過(guò)直接顯示所測(cè)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(fù)位 讀取數(shù)據(jù) 寫(xiě)入 EEPROM（超過(guò) ） 計(jì)數(shù)器加 1 計(jì)數(shù)器清零 數(shù)據(jù)正確 滿三次 啟動(dòng)鍵打開(kāi) 結(jié)束 N Y Y N Y 開(kāi)始 N 17 圖 中斷子 程序流程圖 讀取指令 讀取 EEPROM（超過(guò) 37度） 報(bào)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(jié) 紅外測(cè)溫儀的使用注意事項(xiàng) 必須準(zhǔn)確確定被測(cè)物體的發(fā)射率 ； 避免周?chē)h(huán)境高溫物體的影響 ； 對(duì)于透明材料，環(huán)境溫度應(yīng)低于被測(cè)物體溫度 ； 測(cè)溫儀要垂直對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體表面，在任何情況下，角度都不能超過(guò) 30℃ ； 不能應(yīng)用于光亮的或拋光的金屬表面的測(cè)溫，不能透過(guò)玻璃進(jìn)行測(cè)溫 ； 正確選擇跟離系數(shù)，目標(biāo)直徑必須充滿視場(chǎng) ； 如果紅外測(cè)溫儀突然處于環(huán)境溫度差為 20℃ 或更高的情況下，測(cè)量數(shù)據(jù)將不準(zhǔn)確，溫度平衡后再取其測(cè)量的溫度值。 改進(jìn)方案 由于普通紅外測(cè)溫儀只限于測(cè)量物體外部溫度，不方便測(cè)量物體內(nèi)部和存在障礙物時(shí)的溫度，所以可以在其檢測(cè)頭部加一段光導(dǎo)纖維，并在其前端裝一個(gè)小視角的透鏡，這樣被測(cè)物體的輻射能經(jīng)過(guò)透鏡到光導(dǎo)纖維內(nèi)部。在光導(dǎo)纖維里 面經(jīng)過(guò)多次反射傳至檢測(cè)器。因?yàn)楣饫w可以自由彎曲，使輻射能自由轉(zhuǎn)向，這就解決了物體內(nèi)部溫度的測(cè)量問(wèn)題，可以測(cè)量有障礙物擋住的角落等地方的溫度。 推廣及應(yīng)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(cè)溫儀就用于人體溫度的測(cè)量和大量人群的初步篩檢。但是非接觸式人體紅外測(cè)溫儀測(cè)量的是表體溫度而非精確體溫，所以有關(guān)人體表面溫度和傳統(tǒng)的用體溫計(jì)測(cè)得的腋下溫度之間的相關(guān)性還正在研究之中，且發(fā)表的相關(guān)文章少之又少。到目前為止，還沒(méi)有任何結(jié)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(guò)研究部分受試人員的溫度測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn) ： 手持式紅外側(cè)溫儀所測(cè)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(gè)體差異而一致性較差。從本設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，如果將溫差判據(jù)確定為 2℃ 4℃ 時(shí)，將仍然有 35%左右的人員漏查和不必要的進(jìn)一步待查。而按照現(xiàn)在一些相關(guān)單位暫時(shí)提出的紅外測(cè)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(cè)溫技術(shù)，由于被測(cè)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(cè)物體的發(fā)射率ε(λ,R,……) 與輻射波長(zhǎng) λ，輻射物體表面粗糙度 R，被測(cè)物體的材料等有關(guān)，因而其測(cè)溫的準(zhǔn)確度受到限制。相對(duì)于工業(yè)用途的紅外測(cè)溫來(lái)講，人體表面的紅外測(cè)溫因每個(gè)人的個(gè)體差異較大 (諸如人體自身對(duì)周?chē)h(huán)境溫度的適應(yīng)調(diào)節(jié)能 19 力，皮膚狀況，化妝，出汗，膚色等 )，因而很難準(zhǔn)確地 (標(biāo)準(zhǔn)體溫計(jì)的準(zhǔn)確度為177。 ℃ )地給出人體溫度。 20 參考文獻(xiàn) （ References） [1] 那彥 .電子及通信畢業(yè)設(shè)計(jì) [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021. 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