【正文】 地區(qū)的體溫測量。 Shinozaki 等應(yīng)用熱電堆探測器制成的耳道式紅外測溫儀，已成功的應(yīng)用于體溫測量； 1991 年以后該產(chǎn)品已遍及歐美。但不適合在公共場合對大流量人群的快速檢測，且其遠距離測溫容易受外界環(huán)境溫度影響。因此， 紅外測溫儀的應(yīng)用也必然越來越廣泛，具有廣闊的市場前景和經(jīng)濟效益 。 2. MCU 程序編寫， 實現(xiàn)數(shù)碼管實時 顯示系統(tǒng)測量得到的溫度值。 第二章 紅外測溫的工作原理 一切溫度高于絕對零度 (273． 15℃ )的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基 礎(chǔ)。應(yīng)該指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱黑體輻射定律。 3 式（ 1）說明在絕對溫度 Τ 下，波長 λ 處單位面積上黑體的輻射功率為 Pb(λ Τ) 。這是紅外輻射理論的出發(fā)點，也是單波段紅外測溫儀的設(shè)計依據(jù)。這個公式告訴我們?yōu)槭裁锤邷販y溫儀多工作在短波處，低溫測溫儀多工作在長波處。 根據(jù)斯特藩 — 玻耳茲曼定理黑體的輻出度 Pb(Τ) 與溫度 Τ 的四次方成正比， 即： ? ? 4TTPb ?? (2) 式中， Pb(T)— 溫度為 T 時，單位時 間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻射度； σ — 斯特藩 — 玻耳茲曼常量； T— 物體溫度。如果在條件相同情況下，物體在同一波長范圍內(nèi)輻射的功率總是小于黑體的功率，即物體的單色輻出度 Pb(Τ) 小于黑體的單色黑度 ε(λ) ，即實際物體接近黑體的程度。它是隨不同物質(zhì)而值不同，即使是同一種物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同值也 不同，只有黑體 ε=1 ，而一般灰體 0ε1 ，由式 (2)可得： ? ? ? ? ? ? 4。 紅外溫度儀表測溫范圍很寬，從一 5O℃直至高于 3000℃ 。 本設(shè)計選用的 紅外傳感器是 TN901，測溫 范圍為一 33 ～ +220℃。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 FLASH，使得 STC89C52RC 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 5 單片機 的 引腳配置 STC89C52RC 引腳配置圖 STC89C52RC 單片機采用 40引腳雙列直插封裝（ DIP）形式。由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。下面就本系統(tǒng)用到的引腳分別說明這些引腳的名稱和功能。在單片機內(nèi)部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：接外部晶體的另一端。若采用外部時鐘電路時，對于 HMOS 單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于 CHMOS 單片機，此引腳應(yīng)懸空。單片機上電后，只要在該引腳上輸 6 入 24 個振蕩周期（ 2 個機器周期）寬度以上的高電平就會使單片機復(fù)位；若在 RST 與 VCC 之間接一個 10μ F 的電容，而在 RST 與 GND 之間接一個 的下拉電阻，則可實現(xiàn)單片機上電自動復(fù)位。當 VCC下掉到低于規(guī)定的電平，而 Vpd在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時，Vpd 就向片內(nèi) RAM 提供備用電源，以保持片內(nèi) RAM 中的信息不丟失，復(fù)電后能繼續(xù)正常運行。 紅外傳感器 TN901 紅外測溫傳感器選用凌陽科技公司生產(chǎn)的 TN9 紅外測溫傳感器，可測量目標溫度和環(huán)境溫度。 紅外測溫模塊根據(jù)大氣狀況最遠測溫距離約 30m，測量回應(yīng)時間大約為 ，而且，它具備 SPI 接口，可以很方便地與單片機傳輸數(shù)據(jù)。 ℃ 反應(yīng)時間 1s 電壓范圍 3V 5V 7 紅外測溫傳感器引腳 紅外測溫模塊的引腳如圖 2所示。 TN9 紅外測溫傳感器引腳 紅外測溫模塊的工作時序 從時序圖可以看出： TN9 紅外傳感器向單片機發(fā)送一幀數(shù)據(jù)共有 5個 BYTE組成，每個 BYTE 位的含義如下： 8 Item ：如果為 4CH 代表此幀測量為目標溫度，為 66H 代表此幀測量為環(huán)境溫度。 紅外測溫模塊溫度值計算 無論測量環(huán)境溫度還是目標溫度，只要檢測到 Item 為 0x4c 或者 0x66 同時檢測到 CR 為 0x0dH，它們的溫度的計算方法都相同。 紅外測溫傳感器 的 視場 D ： S = 1:1 距離 ：目標直徑 = 1:1 Field of View TN901 視場 9 第四章 系統(tǒng)主要設(shè)計 及思路 分析 紅外傳感器與 單片機 通信 TN901 與單片機的 硬件 連接圖 雖然 TN901 與單片機引腳連接簡單，但 TN9 如何 把數(shù)據(jù)傳輸剛給單片機 ，單片機怎么接受到數(shù)據(jù)并 計算 是本設(shè)計的關(guān)鍵，也是難點。 單片機一次讀 5 個 BYTE。 單片機一直在做一個 While 循環(huán)，當有按鍵 K1 或 K2觸發(fā)時，單片機通過給 引腳一個低電平來啟動紅外傳感器 TN901。所以我們分 K1 和 K2來區(qū)分要測量的是環(huán)境溫度還是目標溫度。 10 單片機 送數(shù)據(jù)到 數(shù)碼管 顯示： 選擇一： LED 數(shù)碼管 （ 4 位一體數(shù)碼管 ） 是一種半導(dǎo)體發(fā)光器材，其基本單元是發(fā)光二極管。雖然顯示效果頗佳，但價格較昂貴。 4 位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好， 外部 引腳 下圖 所示（正面朝自己，小數(shù)點在下方）。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dP為段引腳， 4分別表示四個數(shù)碼管的位。 。 。 。 。 。 。 11 數(shù)碼管與單片機連接原理圖 數(shù)碼管顯示 方式 共 陰 LED 數(shù)碼管字形 (段碼 )表 顯示數(shù)字 dp g f e d c b a 二進制代碼 十六進制代碼 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0011 1111 3f 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0000 0110 06 2 0 1 0 1 1 0 1 1 0101 1011 5b 3 0 1 0 0 1 1 1 1 0100 1111 4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0 0110 0110 66 5 0 1 1 0 1 1 0 1 0110 1101 6d 6 0 1 1 1 1 1 0 1 0111 1101 7d 7 0 0 0 0 0 1 1 1 0000 0111 07 8 0 1 1 1 1 1 1 1 0111 1111 7f 9 0 1 1 0 1 1 1 1 0110 1111 6f 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 從 本設(shè)計的 原理圖中我們 可以看到 數(shù)碼管的段碼 a,b,c,d,e,f,g,dp 分別與單片機的 ～ 相連， P0口 接了上拉 電阻，因為它是漏極開路的 ， 控制數(shù)碼管中顯示的字形 。 當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感 。 松手后：電源開始對電容器充電，此時，充電電流在電阻上，形成高電平送到 RST，仍然是“復(fù)位狀態(tài)”； 稍后，充電結(jié)束，電流降為 0，電阻上的電壓也將為 0， RST 降為低電平，單片機進入工作狀態(tài)。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器和陶瓷電容連接，就構(gòu)成了自激振蕩器，其輸出就是時鐘脈沖。 程序預(yù)置 beep 高電平，當測量得到的溫度數(shù)值 超過 38℃時， beep 變成低電平，產(chǎn)生回路，有電流經(jīng)過蜂鳴器，達到報警的目的。 供電方式 2：用 10V 的干電池，經(jīng) 7805 降壓芯片 后 ，輸出 5V穩(wěn)定的直流電。 測量次數(shù) 真實值 (176。C ) 誤差 (176。 真實值：由市場上購買的測量體溫用的水銀溫度計測量得到； 實測值：由本設(shè)計的紅外測溫儀得到； 誤差 =|真實值 — 實測值 |； 誤差率 =（誤差 /真實值） x 100%。 1. 環(huán)境溫度的影響 設(shè)被測目標的溫度為 T1，環(huán)境溫度為 T2 時，該目標單位面積表面發(fā)射的輻射能為 41TA?? ，而相應(yīng)地被它所吸收輻射能為 42TA?? ，則該物體發(fā)出的凈輻射能 Q 為 : Q= 41TA?? 42TA?? （ 5） 式中， A— 單位面積； ε — 物體的輻射率； α — 吸收率。大氣吸收是指在傳輸過程中使一部分紅外線輻射能量變成其它形式的能量，或以另一種光譜分布。所以，在室外進行紅外測溫時，應(yīng)盡量在無雨、無霧、空氣比較清晰的環(huán)境下進行。 目標尺寸 測量距離與目標直徑 S:D=1:1 的測溫儀，測量 距離應(yīng)滿足下表的要求。使用紅外測溫儀測溫時，一般只能測定被測目標表面上確定面積的平均值。 2. 當被測目標等于測試視場時，背景溫度已受到影響，但還比較小，測試效果一般。儀器僅顯示被測物體和背景溫度的加權(quán)平均值。 目標與視場示意圖