【正文】 3 DB7 數(shù)據(jù)位 8 7 DB0 數(shù)據(jù)位 1 15 A 背光源正極 8 DB1 數(shù)據(jù)位 2 16 K 背光源負(fù)極 18 鍵盤(pán)與液晶顯示電路 鍵盤(pán)與液晶顯示器接口電路如圖 414 所示： SDl602 的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口分別與LPC2132 微控制器的 36～ 4 4 47 等引腳相連接， SDl602 的使能端 E 和寄存器選擇端口 RS 分別與微控制器的 P0． 16 和 P0． 29 引腳連接，用來(lái)控制液晶模塊的顯示和指令的發(fā)送． 圖 414鍵盤(pán)與液晶顯示器接口電路 第四 章 軟件設(shè)計(jì) 紅外測(cè)溫儀測(cè)溫是通過(guò)硬件與軟件共同實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)接正電源時(shí)對(duì)比度最高，負(fù)電源時(shí)對(duì)比度最低，對(duì)比度的大小通過(guò)一個(gè) 5k 電位器來(lái)控制。接 +5v 電源電壓。 顯示 SDl602 是美國(guó) ETC 公司生產(chǎn)的一種字符型液晶控制器，采用 HD77480 作為驅(qū)動(dòng)芯片，其內(nèi)置 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些圖形包括阿拉伯?dāng)?shù)字、大小寫(xiě)英文字母、常用的符號(hào)以及日文假名等。LPC2132 擁有多達(dá) 47 個(gè)通用 I／ O 口，由于需要按鍵較少，因此本系統(tǒng)的鍵盤(pán)設(shè)計(jì)采用5 個(gè)獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵占用一個(gè) GPIO 引腳，分別為開(kāi)機(jī)鍵、攝氏與華氏溫度轉(zhuǎn)換鍵、輻射率修正鍵、激光瞄準(zhǔn)鍵和背光顯示鍵．使用時(shí)，定義相應(yīng)的 GPl0 引腳為輸入模式，每個(gè) GPIO 引腳接有上拉電阻，所以當(dāng)有鍵按下時(shí)，被按下的 GPIO 引腳為低電 17 平；當(dāng)沒(méi)有按鍵按下時(shí)， GPl0 引腳狀態(tài)為高電平。 LPC2132 微控制器的內(nèi)核和 I/O 口使用同一電源電壓．只需要 3． 3V 的供電電源，所以系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)為 3． 3V應(yīng)用系統(tǒng)，而一般器件通常為 5v 供電，系統(tǒng)需要電源轉(zhuǎn)換模塊將 5V 轉(zhuǎn)換為 3． 3V電壓。 AD592 是美國(guó) AD 公司的一款高性能的集成溫度傳感器，能線(xiàn)性地將溫度轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)輸出，具有測(cè)溫精度高、非線(xiàn)性誤差小、寬范圍輸入等優(yōu)點(diǎn)。 主放大器電路采用集成運(yùn)放 OP07，其特點(diǎn)是低失調(diào)、低噪聲、低漂移，廣泛用于精密儀用放大器、傳感放大器等場(chǎng)合，電路中 R53 是阻值為 100K 的可調(diào)電位器，用來(lái)對(duì)傳感器 輸出信號(hào)的增益進(jìn)行調(diào)節(jié)． 圖 36 主放大器電路 環(huán)境溫度檢測(cè)電路 由于探測(cè)器測(cè)量的是被測(cè)物與斬波器的輻射能量差，因此需要在信號(hào)處理電路中增加環(huán)境溫度的檢測(cè)電路。 由于大部分紅外探測(cè)器輸出的信號(hào)十分微弱，只有微伏或納微伏數(shù)量級(jí)，因此前置放大器必須是高增益和低噪聲的。參考通道部分主要功能是對(duì)斬波信號(hào)進(jìn)行移相，以確保檢測(cè)結(jié)果最佳。 型號(hào) LH1878 靈敏元面積 21mm2 靈敏度 4000v/W(100℃ ,1Hz 時(shí) ) 偏置電壓 ～ (Rs=47K? ,25℃ ) 工作電壓 2～ 15v(Rs=47K? ,25℃ ) 噪音等效功率 10 10? W/Hz (1HzBw,100℃ , 1Hz 時(shí) ) 噪音 20uVpp,(25℃ ,～ 10Hz) 工作溫度 40～ 85℃ 儲(chǔ)存溫度 40～ 85℃ 12 圖 32載波器示意圖 信號(hào) 處理電路 由于本系統(tǒng)測(cè)溫儀測(cè)溫范圍在中低溫區(qū)段，目標(biāo)信號(hào)十分微弱，大多掩埋在強(qiáng)噪聲之中，如探測(cè)器 與周?chē)h(huán)境熱交換的起伏引起的熱噪聲、電子器件的復(fù)合噪聲及其它 噪聲等 ]19[ 。解決的途徑就是使用斬波器，斬波器把接收到的光信號(hào)變成交替變化的光信號(hào)，再經(jīng)過(guò)熱釋電探測(cè)器后生成交流信號(hào)，本系統(tǒng)所使用的斬波裝置如圖 4． 2 所示，它分成 1O 個(gè)明區(qū)和 10 個(gè)暗區(qū)，當(dāng)它以一定的速度周期轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，探測(cè)器接收到的信號(hào)變化 10 次，探測(cè)器發(fā)出 10 個(gè)脈沖信號(hào)。因此菲涅耳透鏡在這里面的功能就是把來(lái)自多個(gè)方向的紅外信號(hào)有效地集中反射到傳感器上，同時(shí)濾除一些波長(zhǎng)大于紅外線(xiàn)的噪聲信號(hào)，本文采用的菲涅耳透鏡為光束式透鏡，其有效探測(cè)距離達(dá) 30 米，可使測(cè)溫儀用來(lái)探測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的表面溫度。硬件電路設(shè)計(jì)不僅需要考慮電路的基本組成結(jié)構(gòu)，也要考慮到嵌 10 入式系統(tǒng)的小型化和低功耗的要求．本章主要圍繞這兩個(gè)方面對(duì)紅外測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì)作了說(shuō)明． 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)需要測(cè)量的是中低溫物體的表面溫度，且考慮到成本因素，所以本文采用全輻射測(cè)溫方案，即通過(guò)測(cè)量目標(biāo)發(fā)出整波段的輻射功率來(lái)測(cè)量物體溫度，紅外測(cè)溫儀的組成如圖 4． 1 所示，主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器，信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。 較小的封裝和很低的功耗使 LPC2132特別適用 于訪(fǎng)問(wèn)控制和 POS機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和 16kB 的片內(nèi) SRAM，它也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件 modem、語(yǔ)音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。 與傳統(tǒng)的 4/8 位單片機(jī)相比， ARM 微處理器的性能和處理能力大大加強(qiáng)， ARM 微處理器一般具有以下特點(diǎn)： 1. 體積小、低功耗、低成本、高性能 2. 支持 Thumb(16 位 )/ARM(32 位 )雙指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器件； 3. 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快 4. 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成 5. 尋 址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高 6. 指令長(zhǎng)度固定． LPC2132 主要特性 本系統(tǒng)所選擇的 ARM 微控制器是 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 ARM7 系列中的 LPC2132芯片， LPC2132 是基于一個(gè)實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的 32/16 位 ARM7TDMIs，并帶有64KB 嵌入的高速 Flash 存儲(chǔ)器， 128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼在最大的時(shí)鐘速率下運(yùn)行。 ARM 公司的處理器具有性能高、成本低和能耗小的特點(diǎn)，適用于多種領(lǐng)域，如嵌入控制、消費(fèi) /教育類(lèi)多媒體、 DSP 和移動(dòng)式應(yīng)用等。多波段測(cè)溫法的測(cè)溫原理是依次取多個(gè)波段，通過(guò)計(jì)算這些波段輻射功率之問(wèn)的復(fù)雜關(guān)系來(lái)確定物體的溫度，該測(cè)溫法精度比較高，但測(cè)溫儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 將（ 29）兩邊取對(duì)數(shù)可得： 1221221ln 5 lncCTZ????????? (16) 即波長(zhǎng)確定后，可根據(jù)所測(cè)得的 Z 值計(jì)算如黑體的溫度 Tc． 實(shí)際中的比色 測(cè)溫儀通過(guò)濾光片把紅外輻射能量分為兩個(gè)波段，通過(guò)每個(gè)濾光片的紅外輻射被兩個(gè)獨(dú)立的紅外探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)處理器來(lái)計(jì)算兩 7 個(gè)信號(hào)的比值及環(huán)境溫度補(bǔ)償后給出測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)并顯示輸出。 因此其測(cè)溫時(shí)沒(méi)必要精確知道被測(cè)物體的光譜發(fā)射率，而只需要知道兩個(gè)波長(zhǎng)下光譜發(fā)射率的比值即可，所以比色測(cè)溫法可使讀出的溫度接近于物體的真實(shí)溫 度。 比色測(cè)溫法 比色測(cè)溫法又叫做雙波段測(cè)溫法。則亮度溫度越接近真實(shí)溫度。 亮度測(cè)溫法 亮度測(cè)溫法的理論基礎(chǔ)是普朗克定律，即 21 1 1ln ( , )ST T c T? ???? (14) 6 其中： ( , )T?? 為 實(shí)際物體溫度為 T 時(shí)，在波長(zhǎng) ? 下的光譜發(fā)射率； T 為 實(shí)際物體的真實(shí)溫度； ST 為 實(shí)際物體的亮度溫度； 由此式可得出：實(shí)際物體的亮度溫度永遠(yuǎn)小于它的真實(shí)溫度，即 ST T．光譜發(fā)射 率越小，亮度溫度偏離真實(shí)溫度越大。缺點(diǎn)是溫度計(jì)示值受環(huán)境及發(fā)射率影響較大，從而降低了其測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確度。 全輻射測(cè)溫法 全輻射測(cè)溫儀測(cè)溫的理論基礎(chǔ)是斯蒂芬一玻耳茲曼定律，即 400r=M E d T? ??? ?? (11) 由此可見(jiàn)黑體在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射功率與絕對(duì)溫度的 4 次方成正比，是溫度的單一函數(shù)，它是通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)從零到無(wú)窮大的整個(gè)光譜范圍內(nèi)的輻 射功率來(lái)確定物體的輻射溫度 。只能接受 到紅外輻射能的一小部分，所以它只能檢測(cè)到變化的溫度，所以在測(cè)溫時(shí)．需要在探測(cè)器前設(shè)置一個(gè)調(diào)制盤(pán)，用來(lái)提供一個(gè)交替變化的光學(xué)信號(hào)給紅外探測(cè)器，然后經(jīng)過(guò)探測(cè)器的光一電轉(zhuǎn)換后，其傳感器的輸出電壓正比于目標(biāo)輻射與調(diào)制盤(pán)溫度之差 ,變成一個(gè)交流電壓信號(hào)供信號(hào)處理電路進(jìn)行處理。面電極結(jié)構(gòu)的電極面積較大，極間距離較短，因而極間電容較大，其不適用于高速應(yīng)用；邊電極的電極間距較大，電極 面積較小，因而極間電容較小，因此在高速應(yīng)用場(chǎng)合 一般使用此種電容 。從封裝、外形來(lái)分，有塑封式和金屬封裝 (立式和臥式的 )等．從內(nèi)部結(jié)構(gòu)分，有單探測(cè)元、雙探測(cè)元、四探測(cè)元等。利用熱釋電效應(yīng)制成的熱探測(cè)器件，與其他種類(lèi)探測(cè)器相比，熱釋電探測(cè)器具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 具有較高的頻率響應(yīng)．工作頻率接近兆赫茲，一般熱釋電探測(cè)器的時(shí)間常數(shù)典型值在 1～ 0． 01S 范圍內(nèi)，而熱釋電器件的有效時(shí)問(wèn)常數(shù)可低至 104? ～ 3105? s； 2. 探測(cè)率高 ,在熱探測(cè)器中只有氣動(dòng)探測(cè)器的探測(cè)率比熱釋電探測(cè)率稍高，且這一差距正在不斷減小； 3. 熱釋電器件可以有均勻的大面積敏感面，而且工作時(shí)可以不必外加偏置電壓； 4. 受環(huán)境溫度的變化影 響??； 5. 熱釋電探測(cè)器件的強(qiáng)度和可靠性比其他多數(shù)探測(cè)器都要好，且制造比較容易． 圖 21 為典型的熱釋電傳感器結(jié)構(gòu) 4 圖 11熱釋電傳感器 熱釋電紅外傳感器器件的材料有很多，在具有熱釋電效應(yīng)的大量晶體中，熱釋電系數(shù)最大的為鐵電晶體材料，因此，我們常見(jiàn)的傳感器基本都是利用鐵電晶體材料做成的．目前最重要的材料有硫酸三甘肽 (TGS)晶體、鉭酸鋰 (LiTaO3)晶體、鋯鈦酸鉛 (PZT)類(lèi)陶瓷、聚氟乙烯 (PVF)和聚氟乙烯 (PZF2)聚合物薄膜等．其中 TGS 熱釋電是發(fā)展最早、工藝最成熟的熱輻射探測(cè)器件，它在常溫下熱 釋電系數(shù)較大、介電常數(shù)較小，因此在較寬的頻率范圍內(nèi)，這類(lèi)探測(cè)器的靈敏度高，從而得到了廣泛的應(yīng)用。 3 第一 章 熱釋電紅外測(cè)溫儀的原理 本章主要介紹熱釋電紅外測(cè)溫的原理和測(cè)溫的方法，并對(duì)熱探測(cè)器的功能特性作了概括說(shuō)明． 輻射測(cè)溫原理 紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對(duì)零度的物體都在不 停向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯(lián)系，物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強(qiáng)． 熱釋電探測(cè)器 早在 1703 年 左右人類(lèi)就發(fā)現(xiàn)了熱釋電效應(yīng)，在 1965 年查明這種效應(yīng)對(duì)溫度具有極高的靈敏度，在室溫附近可以檢測(cè)出 610 6? ℃ 的溫度變化值 ]10[ 。 2. 硬件部分：采用鎖定放大的方式完成微弱信號(hào)的提取，完成了光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器放大電路單元、帶通濾波單元、移相電路、相敏檢測(cè)電路、低遁濾波單元、環(huán)境溫度測(cè)量單元等部分的 電路設(shè)計(jì) 。課題采用 Philips 公司的 ARM 核芯片 LPC2132 作為主處理芯片，設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫儀具有配置簡(jiǎn)單，擴(kuò)展方便，可靠性高的特點(diǎn)．本文主要完成了以下工作： 1. 在對(duì)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的原理和測(cè)溫方案分析的基礎(chǔ)上。但受到物體的發(fā)射率、測(cè)溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們需要經(jīng)常對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)確保設(shè)備的安全運(yùn)行，而對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)通常通過(guò)測(cè)量其表面的溫度來(lái)進(jìn)行．現(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流以及其它危險(xiǎn)情況下運(yùn)行的，傳統(tǒng)依靠人工接觸式檢測(cè)的方法既浪費(fèi)時(shí)間、物力、人力，又帶有一定的危險(xiǎn)性，同時(shí)對(duì)測(cè)溫儀 所采用的材質(zhì)也有嚴(yán)格的限制，在這樣的場(chǎng)合下，儀器的使用壽命也成為設(shè)計(jì)接觸式測(cè)溫儀時(shí)的一個(gè)重點(diǎn)考慮問(wèn)題．因此有必要去應(yīng)用一種新的方式去檢測(cè)目標(biāo)系統(tǒng)的溫度，確保設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。 1． 3． 1 全輻射測(cè)溫法 ............................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 The principle of PIR is introduced； The way to measure IR radiation is presented； The ARM microprocessor is made detailed introduction, and the function characteristics and structure of the ARM chip LPC2132 is made a good introduction； The function of the total design project is introduced， The hardware parts base on this system are designed， and made elucidation to the function and t