【正文】 傳感器A/D7705LCD1602AT24C05蜂鳴器按鍵圖41 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)的測(cè)量原理為：傳感器探測(cè)到人體輻射紅外線后，傳送到A/D 7705轉(zhuǎn)換器經(jīng)放大、然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，傳送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼最后輸送到LCD1602進(jìn)行顯示。由于時(shí)鐘電路外帶電源，所以在單片機(jī)系統(tǒng)斷電的時(shí)候，時(shí)鐘電路仍能正常工作，滿足了許多需要RTC的場(chǎng)合。熱電堆是用半導(dǎo)體集成電路（IC）工藝和微機(jī)械電子（MEMS）工藝制造的，它可以等效為多個(gè)熱電偶串聯(lián)。在紅外傳感器熱電堆的熱端貼有熱量吸收器，它用來(lái)吸收被測(cè)物體輻射的紅外線并轉(zhuǎn)化為熱能。其外部機(jī)構(gòu)如圖42所示，紅外溫度傳感器我們選用TS1183，TS1183紅外溫度傳感器的環(huán)境溫度補(bǔ)償范圍為40℃—100℃，比較適合測(cè)量體溫。圖42 TS1183外部結(jié)構(gòu)圖 圖43 TS1183內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖44 TS1183引腳圖 紅外傳感器的輸出特性溫度為T的物體，其單位元面積在全部波長(zhǎng)的輻射功率可以表示為：P≈KδT4其中：K是波爾茲曼常數(shù)，K≈1023J/K，δ是物體的發(fā)射系數(shù)，δ在01之間。由此可得出紅外傳感器的輸出電壓為：U=SK/（δT4δ0T04）其中：S是傳感器的敏感度（V/W）。由于實(shí)際傳感器只測(cè)量一定的波長(zhǎng)范圍并且其敏感度只有在一定的波長(zhǎng)范圍才可以看成是常數(shù)，所以上式可以進(jìn)一步修正為：U=SK/（δT4δδ0T04δ）由此可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，紅外傳感器其輸出電壓與被測(cè)物的絕對(duì)溫度的4δ次方成線性關(guān)系。由于環(huán)境溫度時(shí)可變的，所以還要進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償。因此，還要進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償，也就是要測(cè)出熱電堆的冷端溫度。它的阻值隨之溫度的升高而降低，由此通過(guò)測(cè)量其阻值就可以得知環(huán)境溫度。高精度放大器A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)信號(hào)圖45 測(cè)量電路方框圖測(cè)量電路對(duì)所探測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳送給單片機(jī)，再由單片進(jìn)行特定的處理。熱電堆輸出的信號(hào)直接是電壓信號(hào)，所以不需要進(jìn)行其它處理，就是直接將其信號(hào)放大處理得到使A/D轉(zhuǎn)換器能夠檢測(cè)分辨的電壓信號(hào)就可以了。 AD7705簡(jiǎn)介和應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中選用的AD7705集成模塊是AD公司推出的16位ΣΔA/D轉(zhuǎn)換器，可用于測(cè)量低頻模擬信號(hào)。利用ΣΔ轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了16 位無(wú)丟失代碼性能。片內(nèi)數(shù)字濾波器處理調(diào)制器的輸出信號(hào)。這種器件帶有增益可編程放大器，可通過(guò)軟件編程來(lái)直接測(cè)量傳感器輸出的各種微小信號(hào)。AD7705具有分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍廣、自校準(zhǔn)等特點(diǎn)，因而非常適合于工業(yè)控制、儀表測(cè)量等領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中非常實(shí)用，只需要1片AD芯片就能滿足需求，節(jié)約了硬件成本。圖46 AD7705的引腳排列（2） 各引腳的功能說(shuō)明如下：① SCLK：串行接口時(shí)鐘輸入端；② MCLK IN：芯片工作時(shí)鐘輸入，可以是晶振或外部時(shí)鐘，其頻率范圍為500KHz到5MHz；③ MCLK OUT：時(shí)鐘信號(hào)輸出，當(dāng)用晶振作為芯片的工作時(shí)鐘時(shí)，晶振必須在MCLK IN和MCLK OUT 之間。⑨ DRDY：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志；⑩ DOUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端；DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端；（3） 讀寫(xiě)時(shí)序AD7705可以直接與單片機(jī)進(jìn)行接口，用到的數(shù)據(jù)線有片選/CS、串行時(shí)鐘輸入SCLK、指令或數(shù)據(jù)輸入DIN以及轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出DOUT等，只有在狀態(tài)信號(hào)DRDY指示輸出數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒時(shí)，單片機(jī)才可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，圖47和圖48分別給出了讀寫(xiě)數(shù)據(jù)周期的時(shí)序圖。其對(duì)芯片的所有操作都必須先從寫(xiě)通信寄存器開(kāi)始，當(dāng)上電復(fù)位后，芯片的等待指令數(shù)據(jù)即被寫(xiě)入通信寄存器，寄存器地址如表41所示，通信寄存器的格式如表42所示。具體說(shuō)明如下：/DRDY：寫(xiě)操作時(shí)，必須把“0”寫(xiě)到此位，以保證對(duì)通信寄存器寫(xiě)操作的順利完成。 表43 CHCH0關(guān)系對(duì)應(yīng)表CH1CH0AIN(+)AIN()校準(zhǔn)寄存器對(duì)00AIN1(+)AIN1()寄存器對(duì)001AIN2(+)AIN2()寄存器對(duì)110AIN1()AIN1()寄存器對(duì)011AIN1()AIN2()寄存器對(duì)2（5） 設(shè)置寄存器設(shè)置寄存器也是一個(gè)8位寄存器，該寄存器必須先在通信寄存器中選擇后才能進(jìn)行讀或?qū)懀饕糜谶x擇工作模式和輸入增益，控制字如表44所示。MDMD0=00：正常工作模式，轉(zhuǎn)換器進(jìn)行正常A/D轉(zhuǎn)換；MDMD0=01：自校準(zhǔn)模式，一次完成零標(biāo)度和滿標(biāo)度校準(zhǔn)；MDMD0=10：零標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn)，零基準(zhǔn)電壓由外部提供；MDMD0=11：滿標(biāo)度系統(tǒng)校準(zhǔn)，滿標(biāo)度電壓由外部提供；G2 ~G0:為增益控制位，增益對(duì)照表如表45所示。具體控制位如表46所示。（7） 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器是一個(gè)16位的只讀寄存器，用于存放AD7705的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。采用100K電阻與其串聯(lián)分壓，令熱敏電阻的阻值為R，電源用直流5V電壓供電，則其電壓計(jì)算公式為：U=5通過(guò)對(duì)輸出電壓的采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算查表就可得出對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度值了。圖49 信號(hào)處理電路圖 (方案二)設(shè)計(jì)思路MLX90615數(shù)字式紅外測(cè)溫傳感器內(nèi)部集成了低噪聲放大器，16位ADC和強(qiáng)大的DSP的MLX90325單元。C。然后將對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳輸入單片機(jī)STC89LE52中，通過(guò)單片機(jī)程序處理信號(hào)，將對(duì)應(yīng)的溫度值顯示在LCD1602上，設(shè)置超限溫度，超過(guò)后報(bào)警。 STC89LE51 MLX90615紅外傳感器LCD1602 蜂鳴器按鍵 圖410 系統(tǒng)框圖由于方案一與方案二中僅傳感器不同，所以公共元件介紹在后邊。器件有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TO46封裝形式。計(jì)算所得的物體溫度被存儲(chǔ)在 MLX90615的RAM， 176。此數(shù)值可通過(guò)串行兩線SMBus兼容協(xié)議獲或是器件的10位PWM格式獲得。C，物體溫度為40到115 176。作為標(biāo)準(zhǔn)，MLX90615出廠校準(zhǔn)的物體發(fā)射率為1。MLX90615可用電池供電。 MLX90615絕對(duì)最大額定值見(jiàn)表6，超過(guò)絕對(duì)最大額定值會(huì)造成永久性損害。表6 ：MLX90615絕對(duì)最大額定值參數(shù)MLX90615電源電壓，VDD（過(guò)壓）5V電源電壓，VDD（工作電壓）反向電壓工作溫度范圍，TA40到+85176。CESD靈敏度（AEC Q100 002）2KVDC方向電流，SDA引腳25mADC方向電流，SDA引腳10mADC方向電流，SCL引腳10mA 圖411 MLX90615引腳圖 圖412 MLX90615外觀圖MLX90615產(chǎn)品的感應(yīng)元件是一款帶有可感受目標(biāo)紅外輻射的微機(jī)械振膜晶片。溫度計(jì)中定制的信號(hào)調(diào)節(jié)芯片能夠放大并數(shù)字化感應(yīng)振膜上的熱電偶產(chǎn)生的微小電壓，同時(shí)芯片存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存了工廠設(shè)定的刻度參數(shù)，能夠用來(lái)準(zhǔn)確的計(jì)算目標(biāo)體的溫度。高度的整合性使得MLX90615與過(guò)去紅外產(chǎn)品相比具有更高的性價(jià)比。表7：MLX90615各引腳描述引腳名字功能VSS地。SCL兩線通信協(xié)議的連續(xù)時(shí)鐘輸入。在SMBUS模式里（出廠默認(rèn)）串行數(shù)據(jù)I/O。引腳引腳應(yīng)用弱上拉電阻VDD外接電源電壓MLX90615傳感器出廠都已經(jīng)經(jīng)過(guò)專業(yè)的黑體標(biāo)定過(guò)了，在規(guī)格范圍內(nèi)可以直接使用。圖413中7530和7133a為了對(duì)電源起穩(wěn)壓作用，防止電源的波動(dòng)對(duì)傳感器采取信號(hào)時(shí)出現(xiàn)偏差。 STC89C52主要性能介紹STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。 414 STC89C52引腳圖STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM,32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路?？臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。此外，（）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），具體如下表所示。P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)【11】。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P3口亦作為STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如表48所示。表48 P3腳管腳功能引腳號(hào)第二功能引腳號(hào)第二功能RXD(串行輸入)T0（定時(shí)器0外部輸入）TXD(串行輸出)T1（定時(shí)器0外部輸入）　/INT0(外部中斷0)/WR(外部數(shù)據(jù)寄存器寫(xiě)選通)　/INT1(外部中斷1)/RD(外部數(shù)據(jù)寄存器讀選通) 最小系統(tǒng)電路核心控制電路由STC89C52單片機(jī)，外部時(shí)鐘源，復(fù)位電路等部分構(gòu)成，如圖411所示。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此種方式常用于多片STC89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于單片機(jī)的同步。因此，我們不選用這種時(shí)鐘方式。STC89C52的工作頻率取決于晶振Y1的頻率。圖412中的CC3的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值一般在5～30pF,典型值為30pF，我們?nèi)?2MHz。 圖416 外界時(shí)鐘源電路 復(fù)位電路當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的REST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。上電復(fù)位電路如圖412所示。REST引腳的高電平只要維持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作【12】。按鍵復(fù)位電路可以隨時(shí)通過(guò)按鍵來(lái)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。這對(duì)系統(tǒng)的可控性是很有幫助的。其電路結(jié)構(gòu)如414，其中電容電阻的大小是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)計(jì)算得到的，它們的取值大小隨時(shí)鐘頻率的不同而變化，要根據(jù)具體情況取得合適的值，否則應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)干擾極為嚴(yán)重，影響正常的復(fù)位工作。LCD顯示屏為行和列交叉形成的點(diǎn)陣，以58點(diǎn)陣的字符結(jié)構(gòu)模式和設(shè)置的顯示字符數(shù)目，選擇適宜的行數(shù)，分單屏、雙屏或者多屏顯示規(guī)定的字符。列驅(qū)動(dòng)器與控制器配套使用，它接收來(lái)自控制器的振蕩、幀同步輸出、串行輸出的數(shù)據(jù)和移位及鎖存脈沖，產(chǎn)生列交流掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在控制器的控制下，模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線DB0~DB7和E、R/W、RS三個(gè)輸入控制端與MPU接口?？刂破鬟€可以根據(jù)MPU的指令，實(shí)現(xiàn)字符的顯示、閃爍和移位等顯示效果【13】。此外，由于數(shù)據(jù)移位指令與寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)可同時(shí)進(jìn)行，這樣用戶就以最少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，達(dá)到最高的編程效率。 Clear display 清顯示指令碼，如表410。如表411 歸位指令碼格式RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000001*Entry mode set 設(shè)置輸入模式指令碼，如表412。表413 顯示開(kāi)/關(guān)控制指令碼格式RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000001DCBD:顯示開(kāi)/關(guān)控制標(biāo)志：D=1，開(kāi)顯示；D=0,關(guān)顯示；C:光標(biāo)顯示控制標(biāo)志：C=1,光標(biāo)顯示；C=0，光標(biāo)不顯示；B：閃爍顯示控制標(biāo)志：B=1,光標(biāo)所指位置上，交替顯示全黑點(diǎn)陣和顯示字符，產(chǎn)生閃爍效果。表414 光標(biāo)或顯示移位指令碼格式RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000001S/CR/L**光標(biāo)或顯示移位指令可使光標(biāo)或顯示在沒(méi)有讀寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)的情況下，向左或向右移動(dòng)；運(yùn)用此指令可以實(shí)現(xiàn)顯示的查找或替換；在雙行顯示方式下，第一行和第二行會(huì)同時(shí)移位；當(dāng)移位越過(guò)第一行第四十位時(shí)，光標(biāo)從第一行跳到第二行，但顯示數(shù)據(jù)只在本行內(nèi)水平移位，第二行的顯示決不會(huì)移進(jìn)第一行，如下表415；倘若僅執(zhí)行移位操作，地址計(jì)數(shù)器AC的內(nèi)容不會(huì)發(fā)生改變【14】。圖422 LCD1602液晶顯示模塊與單片機(jī)STC89C52相接 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 報(bào)警電路采用聲音報(bào)警即蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)人體溫度超過(guò)正常值時(shí)蜂鳴器響，提示溫度異常。 圖423 超限報(bào)警電路5. 方案對(duì)比方案一TS1183及AD7705有點(diǎn)是精度很高，處理數(shù)據(jù)精確。方案二MLX90615紅外溫度傳感器內(nèi)部已經(jīng)可