【正文】 送外部送來的資料。 STC89C51 各引腳的功能描述如下： (1)電源和晶振： Vcc—— 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時加的電壓； Vss—— 接地； XTAL1—— 輸入到振蕩器的反向放大器； XTAL2—— 反向放大器輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。由于可以在用戶的目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果，故無須仿真器。 STC89C51 系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程（ ISP）特性，這樣可以省去購買 通用編程器，單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載、燒錄用戶程序，無須將單片機(jī)從以生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下。因此它的選擇是非常重要的。采用晶體振蕩電路的原因是因?yàn)樗?頻率穩(wěn)定性好，而這正是本紅外測溫儀非常重要的技術(shù)要求。 下圖是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖： RSTXTAL2XTAL1GNDGND123456781011121315161718914201912晶振C30pFC30pFSTC89C51VccEA/VppALE/PROGPSEN4039383736353433323130292827262524232122SKEYD1N414810KR10uFC+5VVCCC30pF 圖 11 單片機(jī)處理模塊電路圖 Fig11 Single chip processing circuit module 其復(fù)位電路如上圖左邊上部分，本單片機(jī)處理模塊是通過開關(guān)手動復(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)，這樣做的目的是便于根據(jù)實(shí)際情況而選擇是否復(fù)位溫度測量數(shù)據(jù)。 計(jì)算公式： 目標(biāo)溫度 /環(huán)境溫度 =Temp/ (7) 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 LSB；其中例 MSB 為 0x14H， LSB 為 0x2Ah，則 Temp 十六進(jìn)制時為 0x142aH，十進(jìn)制時為5162，則測得的溫度值為 5162/=℃。CR 為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) CR為 0x0dH 時表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。 測溫模塊的時序與計(jì)算 紅外測溫模塊的時序圖如下圖，在 Clock 的下降沿時接收數(shù)據(jù)。P1 口內(nèi)部自帶上拉電阻，總線上不需要外加上拉電阻。系統(tǒng)采用集成溫度13 傳感器 DS18B20 進(jìn)行環(huán)境溫度的檢測， DS18B20 采用電源供電方式，與單片機(jī)的接口電路如下圖所示 : VCCDQGNDDS18B20VCCSTC89C51 圖 9 DS18B20與單片機(jī)的接口電路 Fig9 DS18B20 and MCU interface circuit DS18B20 的 1腳接地， 2腳作為信號線， 3腳接電源。 TLC549 僅僅使用輸入 /輸出時鐘 (I/O CLOCK)和片選信號 (CS)控制數(shù)據(jù)，與 51單片機(jī)的接口電路如下圖所示。 TLC549 與單片機(jī)通過 I/O CLOCK、 CS、 DATA OUT 3 個引腳串行連接。當(dāng) CS 為高時，數(shù)據(jù) DATA OUT 處于高阻態(tài)，此時 I/O CLOCK 不起作用。 TLC549 可 按 比 例 量 程 校 準(zhǔn) 轉(zhuǎn) 換 范 圍 ， 其 VREF 接地時，(VREF+)(VREF)≥1V，可用于較小信號的采樣， 3～ 6V的供電范圍 。 TLC549 是 8 位串行 A/D 芯片，既有 4MHz 的片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，轉(zhuǎn)換時間最長為17μs，允許最高轉(zhuǎn)換速度達(dá) 40000 次 /s，總失調(diào)誤差最大為 177。根據(jù)本系統(tǒng)測溫需要，系統(tǒng)采用二階無限增益多路巴特沃斯型帶通濾波器，其中心頻率設(shè)計(jì)為 30Hz 左右，帶寬在 10Hz 左右。 11 NULLININ+VNULLV+OUTOVOP0712348765UTLC549A/D 轉(zhuǎn)換C+12V100KR10KR→帶通濾波電路V210KRC 12V 圖 6 主放大器電路 Fig6 The main amplifier circuit 帶通濾波電路 當(dāng)信號經(jīng)過放大后，其寬帶噪聲較大，因此在前置 放大器和后級放大器之間加了帶通濾波器來抑制寬帶噪聲，提高信噪比。 由于前置放大器的放大倍數(shù)不能做的太大，所以本系統(tǒng)把信號的放大電路分為前置放大電路和后級放大電路進(jìn)行處理，前置放大器的噪聲系統(tǒng)對整個檢測系統(tǒng)的噪聲具有決定性作用，本系 統(tǒng)所設(shè)計(jì)的前置放大部分采用低失調(diào)精密運(yùn)算放大芯片 AD707。 由于大部分紅外探測器輸出的信號十分微弱，只有微伏或納微伏數(shù)量級，因此前置放大器必須是高增益和低噪聲的。將光纖摻雜不同的材料，調(diào)節(jié)窗口波長，利用光纖的空間濾波效應(yīng)，使入射光波從空間瞬態(tài)變?yōu)榭臻g穩(wěn)態(tài)，并根據(jù)熱源溫度選擇紫外、可見和紅外等工作波段，達(dá)到被測溫度、光纖選擇和10 光電轉(zhuǎn)換三部分最佳組合，實(shí)現(xiàn)光纖單線制傳感溫度信息至信號處理單元，實(shí)時測定動態(tài)、靜態(tài)和高溫高壓等各種惡劣環(huán)境下的溫度值。然后將性能優(yōu)良的自聚焦透鏡安裝在二次成像透鏡之后，起到集光的作用，形成點(diǎn)像，更易于光纖接收。在正常的調(diào)準(zhǔn)狀態(tài)下，凸透鏡 1 第二焦面與凸透鏡 2第一焦面重合，因此入射平行光束亦以平行光束出射。作為成像元件使用時，可以做到很短的共軛距離 [8]。 光學(xué)信號的采集由光學(xué)鏡頭實(shí)現(xiàn)（其原理如下圖所示），為了避免白光干擾以及保證成像的清晰準(zhǔn)確，本研究使用一種沿徑向折射率變化的自聚焦透鏡，其具有直徑小、重量輕、焦距短、數(shù)值孔徑大、消像差性能好，端面可為平面，光學(xué)特性與透鏡長度有關(guān)等特點(diǎn)。 RST XTAL2 XTAL1 GNDGND1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 15 16 17 189 14 201912晶振C30pFC30pFSTC89C51Vcc EA/VppALE/PROGPSEN40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 2122SKEYD1N414810KR10uFC+5VVCCC30pF VCC12345678910111213141516Header 8X2D1 D3 D4 D5 D6 D7 D8D2 12345678910111213141516Header 8X2R1 R3 R4 R5 R6 R7 R8R2 1K 1K 1K 1K 1K 1K 1K 240a g db cf ea b c d e f gdpdpA B C D E F G DPLEDa g db cf edpa g db cf edpa g db cf edpDIG1DIG2DIG3DIG4a g db cf edpa g db cf edpa g db cf edpa g db cf edpDIG5DIG6DIG7DIG8Q1PNPRDIG1D1Q2PNPRDIG2D2Q3PNPRDIG3D3Q4PNPRDIG4D4Q5PNPRDIG5D5Q6PNPRDIG6D6Q7PNPRDIG7D7Q8PNPRDIG8D84K74K74K74K74K74K74K74K7VCC1 2 3 4 56 7 8 911 10DB9D Connector 9CCCCGND CAP CAP 2+ CAP 2RTOUT1 RTOUT2 RRIN1 RRIN2VCC CAP + CAP 1+ CAP 1 TIN1 TIN2 ROUT1 ROUT2MAX232VCCPC_RXD(Com pin2) PC_TXD(Com pin3)SSWPBSSWPBSSWPBSSWPBSSWPBSSWPBSSWPBSSWPBCOL8COL7COL6COL5COL4COL3COL2COL1RVCCNULL IN IN+ VNULLV+ OUT OVOP071 2 3 48 7 6 5UC+12V100KR10KR→10KRC12VREF+ AIN REF GNDDOCLKVCC CS8 7 6 54321VCC1KR→VCCUTLC549 VNULL IN +IN YNULLV+ OUT OVAD7071 2 3 48 7 6 5C+12VVU100KR12VC10K10KC47uFC+5VR R56KR傳感器3 2 1JNULL IN IN+ VNULLV+ OUT OV1 2 3 48 7 6 5UC4+12VVOP07C312VR3C210uFC110uF 33KR1 R2VCC DQ GND DS18B20VCC 圖 3 紅外測溫儀系統(tǒng)的硬件電路總圖 Fig3 Infrared thermometer system hardware circuit diagram 9 紅外測溫模塊 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 紅外測溫儀光學(xué)系統(tǒng)的作用是重新改善光束的分布，更有效地利用光能。 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì) 紅外測溫儀的系統(tǒng)組成，主要由紅外測溫模塊、單片機(jī)主電路及外圍電路模塊等部分組成。 在此紅外測溫儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，時鐘的設(shè)置是相當(dāng)重要的，通過時鐘的設(shè)置才能獲 得良好的時鐘頻率，這個時鐘頻率是整個軟件系統(tǒng)是否能正常有序地運(yùn)行的關(guān)鍵。 鍵盤掃描模塊：獲取按鍵信息，出了按鍵請求等。其中系統(tǒng)初始化包括：時間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、串口通信中斷的初始化、 LED 顯示的初始化。 此紅外測溫儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： 7 圖 1 紅外測溫儀系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)框圖 Fig1 Infrared thermometer system hardware design block diagram 紅外測溫儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 此 紅外測溫儀的軟件設(shè)計(jì)同樣采用模塊 化的設(shè)計(jì)思想，它把整個系統(tǒng)分成若干模塊分別予以解決，它包括主程序模塊，紅外測溫模塊，鍵盤掃描模塊和顯示模塊。 紅外測溫儀的硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本紅外測溫儀采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，它的硬件結(jié)構(gòu)由 紅外測溫模塊，STC89C51 單片機(jī)， RS232 轉(zhuǎn)換電路，電源模塊，鍵盤模塊和 LED 顯示模塊組成。 此紅外測溫儀的特點(diǎn)：有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動被測目標(biāo)溫度分布場、測量精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。可以對正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行非接觸檢測，拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度值，據(jù)此對各種外部及內(nèi)部故障進(jìn)行診斷，具有實(shí)時、遙測、直觀和定量測溫等優(yōu)點(diǎn)，用來檢測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效 [6]。線6 性化處理后得到物體的表現(xiàn)溫度，需進(jìn)行輻射率修正為真實(shí)溫度， 其校正式為： 4