【正文】 整個測溫過程的程序流程圖如圖 所示。對于整個紅外測溫系統(tǒng)而言，該部分的軟件主要是完成測溫系統(tǒng)的硬件控制功能。由于本設計完成的功能是測溫以及讓其顯示出測溫值，和藍牙無線傳輸測量數(shù)據(jù)到手機客戶端，手機客戶端可以發(fā)送指令控制測溫系統(tǒng)，所以對測溫數(shù)據(jù)接收以及傳輸做了比較細致的敘述，而對其他的各個模塊做了相應簡要的介紹。紅外溫度測量系統(tǒng)軟件的設計，它是一個復雜的軟件設計。 BLKMDHC05 藍牙模塊有兩種工作方式：其一是 命令響應模式，當藍牙模塊在此模式下工作時，用戶就可以用手機發(fā)送指令，通過藍牙傳輸，對單片機發(fā)送指令，并且執(zhí)行指令的相應程序模塊；其二是自動連接方式，當藍牙模塊在這種運作模式下運行時，單片機可以按照預先設定好的模式，通過藍牙向手機客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。 藍牙通信模塊和穩(wěn)壓電路模塊 BLKMDHC05 藍牙模塊串口的電壓需求為 — 6V，因為本系統(tǒng)用的是外電源，4 節(jié) ，所以藍牙模塊與系統(tǒng)連接時，需要增加電平轉(zhuǎn)換芯片 LM7805，為整個系統(tǒng)提供 +5V的電壓，其電路設計如圖 藍牙通信模塊和穩(wěn)壓電路的原理圖所示。在程序運行的過程中，單片機不斷檢查按鍵值，判斷是否有鍵按下。因為本設計中需要的按鍵不多，所以本設計采用一個 I/O 口對應一個按鍵開關的接入方式，通過程序處理進行消抖，按鍵電路如圖 所示。專用芯片 的通用功能更加完善，而且采用的是集成電路，芯片本身已經(jīng)完成消抖、重建處理，只是價錢比較昂貴。矩陣式鍵盤接入法就如同一個矩陣圖形，由行和列構成，在行、列交叉的位置放置按鍵。按鍵模塊的設計，直接影響到單片機引腳資源的使用，并且在一定程度上決定著系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 按鍵模塊 人機對話，包括計算機的輸入輸出、人利用計算機解決問題和回答題目等等。 R/W 是讀寫操作引腳，如果 LCD1602 要進行讀操作，則令 R/W=1；如果 LCD1602 要進行寫操作，則令 R/W=0。在發(fā)聲方面，使用 PNP 三極管驅(qū)動蜂鳴器；發(fā)光報警所用的器件是發(fā)紅光的二極管，如圖 聲光報警模塊電路圖 所示。這種顯示屏的最大優(yōu)點就是顯示的內(nèi)容豐富，人機界面友好，顯示比較清晰，輸出的內(nèi)容為英文提示、實時溫度（攝氏度和華氏度），單片機的 P0 口與 LCD1602 液晶顯示屏的 8 個數(shù)據(jù)引腳相連，如圖 LCD1602液晶屏顯示模塊所示。單片機 口、 口和 口分別與 TN_9 的 DATE、 CLK和 ACK相連接，通過 口發(fā)送啟動測溫指令給 TN_9，TN_9 測得目標物體的溫度數(shù)值后，根據(jù) TN_9 的 CLK 腳的電平變化， TN_9 把溫度數(shù)值從 口 的 DATA 腳發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機，圖 為紅外測溫電路圖。如果振蕩電路為系統(tǒng)提供越高的時鐘脈沖，那么單片機執(zhí)行指令的速度就越快。 使用內(nèi)振蕩電路能夠為系統(tǒng)提供基本的時鐘脈沖，需要在 XTAL1 和 XTAL2 之間外接石英晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器，這時候的內(nèi)部振蕩電路 就相當于一個高增益放大桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（論文）說明書 第 18 頁 共 47 頁 器，和晶振接在一起就形成了一個正反饋的自激振蕩，在經(jīng)過整形和分頻形成單片機內(nèi)各個邏輯部件所需要的時鐘脈沖，并使各部分保持同步。 圖 單片機處理模塊原理圖 每一個單片機最小系統(tǒng)都含有振蕩器，其全稱為晶體振蕩器。將程序下載到 單片機 AT89S52 中，同時單片機對TN_9 送來的溫度值進行分析處理，最后傳給 LCD 液晶上，顯示給觀察員，同時通過藍牙無線傳輸?shù)绞謾C客戶端進行顯示，當溫度值超過事先設定的值時，就會啟動聲光報警。通過劃分部分的方法，能夠把一個繁雜的題目分成幾個比較容易解決的問題，然后再分別處理，降低了設計難度。在體溫約為 37℃ 的情況 下，一般人體輻射的紅外波波長為 10μm左右， TN_9 對 5～ 14μm范圍內(nèi)的波長反應比較快速， TN_9 紅外測溫傳感器測溫是不需要去接觸人體的，它是通過檢測人體輻射出的紅外線能量的變化，并將這種紅外能量變化轉(zhuǎn)換成電信號輸出，就可以測出人體溫度，故本系統(tǒng)采用 TN_9 熱釋電紅外探測器 。一般常見的的熱釋電傳感器結構圖如圖 所示，其中 (1)圖為傳感器外形結構， (2)圖為管腳名稱， D 為漏極端， S 為源極端， GND 為接地端。 探測器的選擇 在市場上熱釋電傳感器是按照封裝、外形等來分類，按照不同的類型來分類，所以品種較多，例如有塑封式和金屬封裝等，而且這個 塑封式和金屬封裝還可以進一步分為 立式和臥式。 當熱釋電探測器測量到溫度變化，而改變的溫度差經(jīng)過經(jīng)光電轉(zhuǎn)換處理，它才能成為一個交流電壓信號，而且在信號處理電路中進一步對交流電壓信號進行處理。 一般情況下可以用陶瓷氧化物或壓電晶體元件作為制造紅外 傳感器的材料，特別是熱釋電紅外傳感器，把材料元件的表面分別做成兩個電極，這樣就可以制作出最簡單的熱釋電紅外傳感器。 (a) 電荷不移動的情況 (b) 電荷移動的情況 圖 熱釋電效應圖 由以上的討論可以得出：用紅外線去照射熱釋電元件時，會導致熱釋電元件的內(nèi)部極化作用發(fā)生巨大變化，而這些發(fā)生變化的部分以電荷的形式被釋放出來，運用一定的措施將這些電荷從外部取出來就可以形成傳感器的輸出電壓。晶體會因為自發(fā)極化的原因而產(chǎn)生束縛電荷，而晶體上自由電子會和晶體的束縛電荷中和，因此該晶體不會表現(xiàn)出自發(fā)極化的電性。但 由于各種現(xiàn)實條件的限制 ,所以在非接觸式測溫方法中一直沒有成功的運用此項技術。這種電極現(xiàn)象是由于晶體受熱而導致的，現(xiàn)代人們將其稱之為熱釋電效應。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（論文）說明書 第 15 頁 共 47 頁 熱釋電傳感器工作原理 在目前的市場上，有一款新型紅外傳感器，即熱釋電傳感器，其經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，目前這款傳感器在紅外檢測領域中的占 有不可代替的重要性，尤其是在一些比較前沿的領域，例如工業(yè)過程自動監(jiān)控、汽車行業(yè)、食品行業(yè)、冶金行業(yè)、石油行業(yè)等等范疇領域。 其校正式為： 4 ()TrT T?? () 公式 ()式中 Tr：輻射溫度 (表觀溫度 )； ε(T)：輻射率，取 ～ 。從公式 ()可以得出：探測器輸出信號與目標溫度的關系不是線性的，而是非線性的， V與 T4之間的關系不是線性的，但是它們成正比關系，因此在得出被測對象的表面體溫之前，要進行線性化處理。全輻射測溫法的相關方法介紹如下： 由普朗克公式可知，輻射溫度與檢測電壓之間的聯(lián)系如下： V=RaεσT4=KT4 () 當 ()式中 K=Raεσ，由實驗確定，定標時 ε取 1， (1)T— 被測物體的絕對溫度； (2)R— 探測器的靈敏度； (3)a— 與大氣衰減距離有關的常數(shù)； (4)ε— 輻射率； (5)σ— 斯蒂芬 — 玻耳茲曼常數(shù)。由于被測對象溫度約在 0℃ ~100℃ 之間，屬于 中低溫類，眾所周知，這類被測對象波長較大，并且它們輻射出的信號小，這是紅外測溫方法選擇全輻射測溫的原因。但是比色測溫法也有弊端，其一是工作波段必須選擇適當波段，這樣才能使波段的發(fā)射率相差比較小。然而因為亮度溫度的測量方法只適合在短波區(qū)工作，所以這一方法僅僅適用需要測量高溫的情況下。在查閱了一些相關資料后，了解到紅外測溫儀的設計比較通用的方法有三種，其一是全輻射測溫法，這是一種需要測量出輻射物體的全波長，并且計算出全波長的熱輻射，才能得到物體的輻射溫度的方法；其二是亮度溫度的測量方法，若是想用這種方法來獲得亮度溫度，就必須測出在一定波長下物體的單色輻射亮度；其三是比色測溫法，這種方法是將被測對象放在兩個不同波長下，得到它們在不同波長下的單色輻射亮度的比例，通桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（論文）說明書 第 14 頁 共 47 頁 過判斷這一比例和溫度變化的關系來定溫。即在任何給定的波長處，溫度和光譜輻射度呈現(xiàn)同步增長或下降的趨勢。這一現(xiàn)象說明溫度的連續(xù)變化，會導致波長改變。由普朗克公式得出，當知道溫度 T 和 波長 λ時， 黑體單色 輻射出射度為： Mλ (T)=C1λ 5[expC2/λ T1]1 () 圖 是在不同溫度下的黑體光譜輻射度圖 ： 圖 不同溫度黑體的光譜輻射度 從圖 同溫黑體的光譜輻射度 的黑體輻射曲線可知，紅外測溫具有以下幾個特征 : (1)當溫度為任意值，隨著波長的連續(xù)變化，這可能會 導致黑體的光譜輻射度會發(fā)生變化，但每個曲線的連續(xù)變化，將有一個最大值； (2)隨溫度連續(xù)變化，光譜輻射度最大值所對應的波長也會產(chǎn)生變化。由黑體輻射定律可以得知，物體 對外輻射能量的原因是有許多方面的影響因素，最重要的是波長分布和表面溫度。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（論文）說明書 第 13 頁 共 47 頁 紅外測溫原理 正如大家所知道的，黑體輻射定律是紅外測溫技術最初的測溫理念的源頭。 在這一溫度測量模塊中最重要的是傳感器，在眾多的產(chǎn)品中 ，紅外溫度傳感器是最適合用來測量溫度的，因此傳感器的選取是舉足輕重的，并且不僅能實現(xiàn)在某一點的溫度測量，而且也可以在大范圍測量溫度時使用。它的制造成本比較低，生產(chǎn)過程簡單，不用接觸被測目標物體，就可以完成測溫過程，紅外測溫擁有反應時間短、使用簡單、不易受被測對象的干擾、耐用等長處。 輻射溫度的測溫也被稱為非接觸式紅外溫度測溫，檢測元件用于輻射測溫一般有兩種：熱電和光電探測器。 溫度測量技術的概述 經(jīng)過一段相當長的時間，普通溫度測量技術的發(fā)展已經(jīng)相當成熟，完全超乎我們的想象。 BLKMDHC05 藍牙模塊具有以下特點： (1) 藍牙 +EDR； (2) 藍牙 Class 2； (3) 內(nèi)置 PCB射頻天線； (4) 內(nèi)置 8Mbit Flash； (5) 支持 SPI編程接口； (6) 支持 USB,SPI等接口； (7) 支持主從一體； (8) 支持軟件控制主從模塊； (9) ； (10) 通過 REACH、 ROHS 認證。 BLKMDHC05 藍牙模塊的核心芯片是 BlueCore4Ext，這款芯片的優(yōu)點就桂林電子科技大學信息科技學院畢業(yè)設計（論文）說明書 第 12 頁 共 47 頁 在于：可以進行嵌入式的編程，而且遵循 +EDR 藍牙規(guī)范。藍牙的無線連接取代了數(shù)據(jù)電纜，將家庭或辦公室等形成了一個微微無線設備網(wǎng) (Pico－ )，這些設備包括語音設備、打印機等等，若是將幾個微微 網(wǎng)繼續(xù)用無線銜接起來，就可以構成一個小型的 分布式網(wǎng)絡 (scatter－ )，在同一個分布式網(wǎng)絡里面的設備就可以相互通信。 藍牙模塊 藍牙技術是一種短距離無線通信技術，目前的藍牙產(chǎn)品的制作，參考的標準是 class2標準，按功率來說，在嚴格無故障的情況下且嚴格按照標準制作的產(chǎn)品，傳輸距離可以達到 30 米；在有一定得障礙的情況下，它也能傳輸 10 米。并且 LM7805 只有三條引腳輸出， 1 是輸入端 ,2 是接地腳， 3 是輸出腳，圖 為 LM7805 的引腳圖。 利用三端穩(wěn)壓集成芯片 LM7805 在搭建穩(wěn)壓電源電路時，不需要使用的外圍元件。 LM7805 在電路中使用時基本不會損壞，這有三個原因：其一是因為其內(nèi)部電流的限制；其二有散熱片用于過熱保護；其三就是 LM7805 得到了安全工作區(qū)的保護。它的封裝形式和其他 78 系列的穩(wěn)壓芯片一樣，是 TO— 220。 如果連接不正常會導致液晶背光不亮 ，但是不影響液晶顯示 ， 可以不連接 。 如果連接不正常會導致液晶背光不亮，但是不影響液晶顯示 ，可以不連接 。 D7 數(shù)據(jù)傳輸位 7。 D5 數(shù)據(jù)傳輸位 5。 D3 數(shù)據(jù)傳輸位 3。 D1 數(shù)據(jù)傳輸位 1。 1： 讀信號 ； 0： 寫信號 EN 液晶使能位 。 RS 寄存器選擇位 。需要輸入一個電壓信號控制液晶的灰度。 這是給液晶工作供電，不正常會不能正常顯示 。 這是給液晶工作供電，不正常會不能正常顯示 。由表 LCD1602的引腳圖、圖 LCD1602的讀操作時序圖、圖 LCD1602的寫操作時序圖可以得知， 1602LCD 有以下特點： (1)讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=H， E=H；輸出： D0～ D7=狀態(tài)字； (2)寫指令：輸入： RS=L， RW=L， D0～ D7=指令碼 ， E=高脈沖；輸出：無； (3)讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=H,E=H；輸出： D0～ D7=數(shù)據(jù)； (4)寫數(shù)據(jù)：輸入： RS=H,RW=L,D0～ D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖；輸出：無。 液晶顯示屏 LCD1602 1602LCD 液晶顯示屏由于體積小 、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用于各種儀器。 計算公式： 目標溫度 /環(huán)境溫度 =Temp/ () 其中 Temp 是十進制數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理時，需要將其轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)據(jù)。 圖 TN_9 模塊的時序圖 紅外測溫模塊溫度值的計算： 由以上所述可知：無論紅外測溫模塊測量環(huán)境或者目標溫度