【正文】 溫度測量技術(shù)經(jīng)過相當(dāng)長時間的發(fā)展已近于成熟，但面臨了諸多無法跨越的問題。在這種背景下，設(shè)計了一種非接觸、遠(yuǎn)距離、快速測溫的技術(shù)就孕育而生了。而且可以以數(shù)字的方式顯示出測量結(jié)果，使測量過程 變 得直觀，而且耗時短，往往在幾秒鐘之內(nèi)就能測得結(jié)果 江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 2 紅外 測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。用紅外測溫儀，你可連續(xù)診斷電子連接問題和查找連接處的熱點(diǎn)，以檢測 設(shè)備的 功能狀態(tài)， 還 可檢驗(yàn)電池組件和功率配電盤接線端子，開關(guān)齒輪或保險絲連接，防止能源消耗 紅外測溫技術(shù) 概述 非 接觸式紅外測溫也叫輻射測溫，一般使用熱電型或光電探測器作為檢測元件。 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。 紅外測溫儀的設(shè)計原理 紅外線 紅外線是 太陽光線 中眾多不可見光線中的一種，由英國科學(xué)家 霍胥爾 于1800 年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射 ,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應(yīng)。因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 3 太陽光譜 上紅外線的波長大于可見光線， 波長 為 ～ 1000μm。 紅外線是波長介乎微波與可見光之間的 電磁波 ，波長在 770 納米 至 1毫米之間，是波長比紅光長的非可見光。透過云霧能力比可見光強(qiáng)。 俗稱紅外光。波長按由長到短順序），給人的感覺是熱的感覺，產(chǎn)生的效應(yīng)是熱效應(yīng)，那么紅外線在穿透的過程中穿透達(dá)到的范圍是在一個什么樣的層次？如果紅外線能穿透 到原子、分子內(nèi)部，那么會引起原子、分子的膨大而導(dǎo)致原子、分子的解體。因此，紅外線只能穿透了原子分子的間隙中，而不能穿透到原子、分子的內(nèi)部，由于紅外線只能穿透到原子、分子的間隙，會使原子、分子的振動加快、間距拉大，即增加熱運(yùn)動能量，從宏觀上看，物質(zhì)在融化、在沸騰、在汽化，但物質(zhì)的本質(zhì)（原子、分子本身）并沒有發(fā)生改變，這就是紅外線的熱效應(yīng)。黑體的光譜輻射出射度由普朗克公式確定， 即 ： 21 /51 1CCM e? ???? ? 下圖 12 是不同溫度下的黑體光譜輻射度圖： 圖 12 不同溫度下的黑體光譜輻射度 從上圖中曲線可以看出黑體輻射具有幾個特征 : 在任何溫度下，黑體的光譜輻射度都隨著波長連續(xù)變化，每條曲線只有一個極大值； 隨著溫度的升高， 與光譜輻射度極大值對應(yīng)的波長減小。 （ 2）、紅外測溫的方法 自然界一切溫度高于絕對零度 (℃ )的物體，由于分子的熱運(yùn)動，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。測量出所發(fā)射的 E，就可得出溫度。這種測量不需要與被測對象接觸，因此屬于非接觸式測量。用于不同溫度范圍和用于不同測量對象的儀表，其具體的設(shè)計也不同。 輻射率 ? 是一個用以表達(dá)物體發(fā)射電磁波能力的系數(shù)，數(shù)值由 0 至 。人體主要輻射波長在 9～ 10 m? 的紅外線，通過對人體自身輻射紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。 通過對人體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。 1℃ ； 江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 6 (2) 溫度測量的分辨率 ℃： (3) LCD 顯示； (4) 電源： DC 5V177。 第 二 部分：系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，電路主要由電源模塊、 傳感器模塊 、 放大濾波電路 、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路和 LCD 顯示電路組成。 第 四 部分：電路制作與調(diào)試，在設(shè)計。江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 7 2 紅外測溫儀硬件電路方案設(shè)計 總體設(shè)計方案 本紅外測溫儀采用模塊化的設(shè)計思想，它的硬件結(jié)構(gòu)由 AT89S51 單片機(jī)模 塊，紅外測溫模塊，信號放大濾波電路模塊， A\D 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路模塊和LCD 顯示模塊組成。如果經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)大于所設(shè)置的預(yù)警數(shù)據(jù)，則蜂鳴器報警。 熱釋電傳感器電路 本設(shè)計的探頭使用的是紅外線傳感器，它能接收人體發(fā)射出的紅外線并使之轉(zhuǎn)換成電信號 。熱 釋電紅外傳感器是一種能檢測人或某些動物發(fā)射的紅外線 ,并 將其 轉(zhuǎn)換成電信號 的器件 .RE200B 是熱釋電紅外傳感器。隨著光線對晶體照射的改變，電荷量也會發(fā)生改變 . 熱釋電傳感器 放 大 器 濾 波 器 ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換器 AT89S51單片機(jī) LCD1062液晶顯示 圖 21 紅外測溫儀總體設(shè)計方案 江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 8 任何高于絕對溫度（ 273 度） 的 物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量是不一樣的，因此 紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。 表 21 熱釋電傳感器 RE200B 參數(shù)表 工作波長 平均 透過率 輸出信號（ V） 工作電壓 (V) 工作電流 (mA) 源極電壓 (V) 工作溫度 (℃ ) 視場 714um 75% V 5V 4μA .1V 20℃ +70℃ 139176。 放大濾波電路的設(shè)計 運(yùn)算放大器 LM324 介紹 LM324 內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用 ,也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。其封裝方式是塑封 14 引線雙列直插式。 — 177。因?yàn)樘綔y器測到的信號可能摻雜了外界環(huán)境 的某些因素，所以放大電路中要加入低通濾波電路把多余的雜信號過濾掉。同時第一個放大器還兼做高通濾波器，其截止頻率為 Hz。第一個，第二個放大器分別把低于 和高于 7 Hz 的信號濾掉，使輸出的信號僅是經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制的 1 Hz 紅外輻射信號。通過放大濾波的信號就輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 Vin（ +）端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器會把收到的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在這里我們選用 ADC0804 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片?？梢灾苯优c單片機(jī)相連；其規(guī)格及 引腳圖如圖 35 所示： 圖 25 ADC0804 功能引腳圖 江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 11 /CS：芯片片選信號，低電平有效，即 /CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個 ADC0804 芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的 ADC0804 芯片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個 ADC 通道的分時復(fù)用。 /RD:低電平有效，即 /RD=0 時，可以通過數(shù)據(jù)端口 DB0～ DB7 讀出本次的采樣結(jié)果。雙邊輸入時 VIN（ +）、 VIN（ ）分別接模擬電壓信號的正端和負(fù)端。 VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則 ADC 的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則 Vref 與 Vcc 共用電源電壓，此時 ADC 的參考電壓即為電源電壓 Vcc 的值。 AGND 和 DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。 DB0~DB7：輸出 A/D 轉(zhuǎn)換后的 8 位二進(jìn)制結(jié)果。 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路連接圖如 下 36 圖： 單片機(jī)控制電路的設(shè)計 單片機(jī) AT89S51 的介紹 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS 51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 圖 36 為 AT89S51 單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。下面介紹 幾個主要部分。 AT89S51 的 CPU 是一個字長為 8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。因此常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器是指前 128 個單元，簡 稱內(nèi)部 RAM。 （ 4）定時器 /計數(shù)器 出于控制應(yīng)用的需要，芯片內(nèi)部共有兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器以實(shí)現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機(jī)進(jìn)行控制。 圖 26 AT89S51 單片機(jī)功能方塊圖 外時鐘源 外部事件計數(shù) 江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 14 （ 6）串行口 AT89S51 有 1 個全雙工的可編程串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行 數(shù)據(jù)傳送。 （ 7）中斷控制系統(tǒng) AT89S51 的中斷系統(tǒng)功能較強(qiáng)，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。 （ 8） 時鐘電路 AT89S51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。 (9)內(nèi)部總線 上述部件只有通過內(nèi)部總 線將其連接起來才能構(gòu)成一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)的地址信號、數(shù)據(jù)信號和控制信號分別通過系統(tǒng)的三大總線 —地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線進(jìn)行傳送，總線結(jié)構(gòu)減少了單片機(jī)的連線和引腳，提高了集成度和可靠性。采用 40 引腳雙列直插封裝（ DIP）形式，如圖 37 所示 : 圖 27 AT89S51 單片機(jī)管腳圖 江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 15 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許 端 的輸出電平用于鎖存地址的地 址 字節(jié)。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然 而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE江西財經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)設(shè)計 16 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保持 低電平 時，則在 此期間 外部程 序存儲器（ 0000HFFFFH），