【正文】 便等一系列優(yōu)點(diǎn)。在這種溫度測量技術(shù)中紅外溫度傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點(diǎn)溫度測量中要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測量也可使用紅外溫度傳感器。目前，我國也在研發(fā)一種體積小、成本較低，又不受外界環(huán)境溫度干擾的人體紅外測溫儀，對(duì)醫(yī)學(xué)、工業(yè)的發(fā)展有很重大的意義。第二章通過研究紅外溫度儀所需要的軟硬件平臺(tái)，介紹了C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及單片機(jī)在系統(tǒng)中的功能，在軟件方面詳細(xì)介紹了函數(shù)的調(diào)用以及編程所需要的軟件知識(shí)。第四章通過對(duì)系統(tǒng)軟件功能的研究，詳細(xì)說明了軟件編程的實(shí)現(xiàn)，對(duì)每個(gè)軟件功能進(jìn)行了介紹。第六章介紹了這次設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)體會(huì)。C；測量范圍33~220176。F；操作范圍10~50176。F；響應(yīng)時(shí)間：1sec；D:S為1:1；1波長：5um14um；1人體測溫距離：5～10cm。 本章小結(jié)本章主要介紹了紅外溫度儀的設(shè)計(jì)背景以及發(fā)展的前景，可以看出在國內(nèi)醫(yī)學(xué)和工業(yè)方面有巨大的應(yīng)用價(jià)值。從而論證了選題和此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義以及價(jià)值。本次開發(fā)主要使用單片機(jī)作為硬件平臺(tái)，keil編程軟件作為軟件環(huán)境。它結(jié)合了CMOS的高速和高密度技術(shù)及CMOS的低功耗特征，基于標(biāo)準(zhǔn)的MCS51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，集成了時(shí)鐘輸出和向上或向下計(jì)數(shù)器等很多的功能，在很多工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。 C51單片機(jī)接口介紹圖21 單片機(jī)引腳上述單片機(jī)一共有21個(gè)引腳，在工業(yè)應(yīng)用中主要作為小型控制模塊。電源引腳：Vcc和Vss：Vcc(40或44腳)是電源端，為+5V，Vss(20或22腳)是接地端。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，則該引腳懸空，89C51正常工作時(shí)，該引腳應(yīng)有脈沖信號(hào)輸出。在訪問片外ROM時(shí)，定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為讀片外ROM的選通信號(hào)，接片外ROM的OE端，它的負(fù)載能力為8個(gè)LS型TTL負(fù)載；EA：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端。I/O端口P0、PPP3I/O口：當(dāng)I/O口作為輸入時(shí)，應(yīng)先向此口鎖存器寫入全1，此時(shí)該口引腳浮空，可作高阻抗輸入；P0口：漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址；P3口：帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每位能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。 C51單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)模塊 圖22 系統(tǒng)模塊有以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)：8位CPU程序存儲(chǔ)器(ROM)(52為8K)；256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)（52有384bytes的RAM）；32條I/O接口線；單字節(jié)指令占大部分；21個(gè)專用寄存器；2個(gè)可編程定時(shí)器；5個(gè)中斷源；2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）；全雙工串行通信口一個(gè)；64kB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間；64kB外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為，具有邏輯操作位尋址的功能，直插雙列40PinDIP封裝，單一+5V電源供電；CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成；還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，比如運(yùn)算中間結(jié)果、最后結(jié)果以及所要顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放一些原始數(shù)據(jù)、程序和表格；I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，來實(shí)現(xiàn)串行通信；時(shí)鐘電路和片內(nèi)振蕩器，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 C51單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)資源分配1）程序存儲(chǔ)器的空間。地址為0000H～0FFFH。當(dāng)EA=“1”時(shí)，89C51的PC在0000～0FFFH范圍內(nèi)執(zhí)行片內(nèi)ROM中的程序，當(dāng)指令地址超過0FFFH后就自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM中取指令?？梢詮?0000H 開始尋址。89C51從片內(nèi)ROM和片外ROM取指的速度相同。如表21所示。表22工作寄存器地址表組RS1RS0R0R1R2R3R4R5R6R700000H01H02H03H04H05H06H07H10108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH21010H11H12H13H14H15H16H17H31118H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH3） 位尋址區(qū)D地址范圍是20H~2FH，位尋址區(qū)有16個(gè)單元，每個(gè)單元8位，共128位位地址為00H7FH。表24 特殊功能寄存器表符號(hào)名稱地址符號(hào)名稱地址*ACC累加器E0H*BB寄存器F0H*PSW程序狀態(tài)字D0HSP棧指正81H*P0P0鎖存器80H*P2P2鎖存器A0H*P1P1鎖存器90H*P3P3鎖存器B0HDPTR數(shù)據(jù)指針（高8位DPH低8位DPL83H82HTL0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（低字節(jié)）8AH*IE中斷允許控制寄存器A8H*TCON定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器88HTMOD定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式寄存器89HT0H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0（高字節(jié)）8CHTH1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（高字節(jié)）8DHTL1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（低字節(jié)）8BH*SCON串行口控制寄存器98HSBUF串行數(shù)據(jù)緩沖器99H*IP中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器D8HPCON電源控制及波特率選擇寄存器87H 編程語言本系統(tǒng)是基于C51單片機(jī)的紅外溫度測試儀系統(tǒng)，編程語言在keil的軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，為了更好的理解軟件程序，下面簡單介紹編程的環(huán)境。其C語言與匯編相比，在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而簡單易學(xué)易用。它提供了一個(gè)完整開發(fā)方案，其中包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。其界面如圖23所示：圖23 Keil編程環(huán)境 Keil主要特點(diǎn)全功能的源代碼編輯器；器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置；項(xiàng)目管理器方便用戶創(chuàng)建和維護(hù)項(xiàng)目；集成的MAKE工具可以進(jìn)行匯編、編譯和連接用戶的嵌入式應(yīng)用；開發(fā)工具的設(shè)置都是以對(duì)話框形式的出現(xiàn)的；高級(jí)GDI（AGDI）接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor51進(jìn)行通信。為紅外溫度儀的硬件設(shè)計(jì)提供了很好的硬件支持。第三章 紅外溫度儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要介紹紅外溫度計(jì)的技術(shù)原理和工作指標(biāo)，以及各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件方面的編程實(shí)現(xiàn)。紅外輻射原理—輻射定律如下： （）式中：是輻射時(shí)的分子出射度數(shù)，單位為；為斯蒂芬―波爾茲曼常數(shù)，；是物體輻射率；是物體溫度，單位為；為物體所處環(huán)境溫度，單位為。紅外溫度儀表就是運(yùn)用這個(gè)原理所制成。溫度范圍不同，物體發(fā)出的電磁波能量的波長也不同，在常溫（0～100℃）范圍，能量集中在遠(yuǎn)紅外和中紅外波長。輻射率是一個(gè)表達(dá)物體表面發(fā)射輻射的系數(shù)。人體紅外線輻射波長主要集中在9～10，通過對(duì)人體所輻射得紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地算出人體表面溫度。紅外溫度測量技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，區(qū)別以往溫度計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是測試速度快，1秒鐘內(nèi)便可完成測試?？傮w來說，紅外線測溫儀的重要性能指標(biāo)包括溫度測量范圍、物體的顯示分辨率、測溫的精度、工作環(huán)境溫度、環(huán)境相對(duì)濕度、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)光譜、尺寸、峰值、重量、發(fā)射率等。每個(gè)型號(hào)的測溫儀都有自己的測溫范圍。對(duì)于單色測溫儀，在進(jìn)行測溫時(shí)，被測目標(biāo)應(yīng)充滿測溫儀探頭視場。對(duì)于雙色測溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長內(nèi)所發(fā)射的輻射能量的比值來確定的。測溫儀如果由于環(huán)境條件必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測量較小的目標(biāo)，此時(shí)應(yīng)選擇光學(xué)分辨率高的測溫儀。4）確定所測物體波長范圍：目標(biāo)物體的發(fā)射率和表面材料特性決定測溫儀的相應(yīng)波長，對(duì)于高反射率合金材料，有低或變化著的發(fā)射率。6）所測物體環(huán)境條件：測溫儀所處的環(huán)境溫度對(duì)測量結(jié)果影響很大，加以考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測溫結(jié)果精度甚至引起溫度儀的損壞。 系統(tǒng)規(guī)劃及流程設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹紅外溫度儀的總體設(shè)計(jì)思路以及開發(fā)流程 系統(tǒng)規(guī)劃紅外溫度儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖31所示：圖31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖由上圖可以看出紅外溫度儀有四大系統(tǒng)模塊組成。如果所測得的數(shù)據(jù)有錯(cuò)誤，則再經(jīng)過控制系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行重新檢測，直到輸出正確的信號(hào)為止。其工作步驟為：當(dāng)按下按鈕時(shí)候，整個(gè)電路進(jìn)行工作，物體表面輻射的能量經(jīng)過熱釋電傳感器接收后，將熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過放大器放大信號(hào)后到達(dá)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，C52單片機(jī)作為CPU接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后得到物體表面的溫度在LCD液晶屏幕上顯示出來。下面分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。它通過紅外溫度傳感器掃描被測物體。在設(shè)計(jì)過程中選擇紅外線檢測器件時(shí)，首先需要考慮的是器件的以下性能因素:光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測目標(biāo)的溫度。它的測量距離大約為30米。其相關(guān)資料如下：（1）紅外測溫傳感器的引腳介紹 圖35 紅外測溫傳感器引腳圖紅外測溫傳感器引腳圖如圖35，其中V端為電源接線口VCC，VCC一般為3V或者5V的電壓，本系統(tǒng)中取5V；D為數(shù)據(jù)發(fā)送端口引腳，有數(shù)據(jù)時(shí)D為低電平有效；C為2KHz 時(shí)鐘輸出端口引腳；G為接地端口引腳；A為測溫啟動(dòng)信號(hào)端口引腳，是低電平有效。計(jì)算公式為目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/，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；比如MSB為0x14H，LSB為0x2ah，則Temp十六進(jìn)制時(shí)為0x142aH，十進(jìn)制時(shí)為5162，則測得的溫度值為5162/=℃。本設(shè)計(jì)中TN9模塊選用的是PM611熱釋電傳感器，是單靈敏元器件，但是由于采用一個(gè)接收元串聯(lián)和二個(gè)補(bǔ)償元并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能有效地補(bǔ)償所處環(huán)境溫度起伏以及振動(dòng)等對(duì)目標(biāo)溫度干擾影響。且PM611單元各項(xiàng)指標(biāo)都比較好，因此可用來做TN9溫度儀的探頭。因?yàn)樘綔y器測到的信號(hào)可能摻雜了外界環(huán)境影響的某些因素，所以在放大電路中要加入低通濾波電路，用來把多余的信號(hào)濾掉。同時(shí)第一個(gè)放大器還兼做高通濾波器。第一個(gè)，使輸出的信號(hào)僅僅是經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制的1Hz紅外信號(hào)。放大濾波的輸出信號(hào)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，從而轉(zhuǎn)化成可顯示的溫度信號(hào)。因?yàn)橹挥玫搅艘粋€(gè)輸入信號(hào)，可以采用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。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。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。WR：寫信號(hào)輸入，低電平有效。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)。低電平時(shí)候表示完成此次的轉(zhuǎn)換。其工作流程如下圖所示：圖310 LCD液晶屏工作流程在本設(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2行16個(gè)字的1602液晶模塊來介紹顯示屏的編程方法。當(dāng)RW和RS都為低電平時(shí)則可以顯示地址也可以寫入指令，當(dāng)RW是高電平RS是低電平時(shí)讀忙信號(hào)，當(dāng)RW是低電平，RS是高電平時(shí)則寫入數(shù)據(jù)；第6腳：E端為使能端口，當(dāng)E端由高電平跳變到低電平時(shí)，液晶模塊開始執(zhí)行命令；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15～16腳：背光。要顯示字符時(shí)首先輸入顯示字符地址，也就是告訴液晶屏將要在哪里顯示字符，表31是DM162的內(nèi)部顯示地址。在液顯電路連接上，LCD1602顯示模塊可以直接和單片機(jī)STC89C51直接接口，液晶顯示的D0~~，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。通過軟件程序中對(duì)此端口的設(shè)置來決定選擇的寄存器。使能端由高電平到低電平時(shí)開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。圖313是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖，如下所示 圖313 單片機(jī)處理模塊電路圖其復(fù)位電路如圖313左邊上部分，本單片機(jī)處理模塊是通過自動(dòng)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)。采用晶體震蕩電路的原因是因?yàn)樗念l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。按下按鈕時(shí)，單片機(jī)接收到電路的工作信號(hào)，開始測量。如此循環(huán)，可以做到實(shí)時(shí)測量、實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到的極小的響應(yīng)時(shí)間。整個(gè)電路的連接如下圖所示：圖314 C51單片機(jī)的連接圖 報(bào)警模塊在本系統(tǒng)中，當(dāng)溫度超過一定值時(shí)候，則單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，系統(tǒng)初始設(shè)置的報(bào)警上限溫度時(shí)37度，當(dāng)目標(biāo)溫度顯示大于37度時(shí)候，此時(shí)蜂鳴器報(bào)警，其硬件原理圖如下所示：圖315 蜂鳴器連接圖由于單片機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)電壓比較小，需要一個(gè)三極管作為導(dǎo)通開關(guān)，當(dāng)軟件編程滿足報(bào)警條件時(shí)候，單片機(jī)的引腳輸較出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)蜂鳴器兩端加上+5V的電壓，蜂鳴器響。將在下面的軟件編程中介紹。通過一個(gè)總體的硬件模塊圖，說明紅外溫度儀從收集輻射到放大濾波到模數(shù)轉(zhuǎn)化到顯示。每個(gè)模塊介紹時(shí)，分別附上模塊的流程圖和模塊的硬件圖。第4章 紅外溫度儀的軟件設(shè)計(jì) 主程序模塊的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)紅外測溫儀接通電源時(shí)，STC89C51單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，開始運(yùn)行該程序。然后給出開機(jī)顯示，接著判斷是否有鍵輸入，若沒有鍵輸入，則繼續(xù)判斷；若有鍵輸入，則判斷是否是紅外測溫。并等待結(jié)束測溫命令。具體工作的流程圖如下圖41：圖41 主程序流程圖主程序中設(shè)計(jì)單片機(jī)的啟動(dòng)讀數(shù)的條件：當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，而后開始讀取溫度，由于要實(shí)時(shí)顯示溫度，顧考慮不斷的更新Temp溫度的數(shù)據(jù)，這時(shí)候可以定義一個(gè)循環(huán)的