測控技術(shù)與儀器畢業(yè)設(shè)計--紅外熱輻射溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計與研究

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p>　　題 目：紅外熱輻射溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計與研究</p><p><b>　　專題題目：無</b></p><p>　　學(xué) 院：機電工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器</p><p>　　班

2、 級：102</p><p>　　時間：2014年5月29日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　針對高速公路路面溫度測量的問題，首先分析了傳統(tǒng)的溫度測量方法和目前高速公路對路面溫度測量的措施，了解了對高速路路面溫度測量對交通安全的重要性，在此基礎(chǔ)上提出了紅外熱輻射溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計和方案。應(yīng)用紅外熱輻射非接觸式

3、溫度測量技術(shù)來精確檢測公路表面溫度。該系統(tǒng)以89C51單片機為控制中心，TN9紅外探測器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后將測得結(jié)果顯示在LCD顯示屏上。主要設(shè)計成果有：</p><p>　　根據(jù)非接觸式紅外熱輻射溫度測量的要求，設(shè)計了基于TN9溫度傳感器針對高速公路路面溫度測量的方案。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)方案的設(shè)計要求，設(shè)計了基于89C51單片機為控制中心的遠距離溫度測量系統(tǒng)。包括電源模塊，紅外

4、熱溫度傳感器TN9模塊，RS232電路轉(zhuǎn)換模塊，LCD1602顯示模塊的設(shè)計。</p><p>　　完成了軟件流程圖，以keil uVision4為平臺，編寫模塊初始化程序及顯示程序等的設(shè)計。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，完成了protues軟件設(shè)計及與仿真。</p><p>　　關(guān)鍵字：紅外熱輻射；紅外；單片機；LCD顯示。</p><

5、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Aiming at the problem of highway road surface temperature measurement, the first analysis of the traditional temperature measurement method and current highway me

6、asures of road surface temperature measurement, learned to highway road surface temperature measurement of the importance of traffic safety, based on this, advances the infrared radiation temperature measurement system d

7、esign and solutions. Application of infrared thermal radiation contactless temperature measurement technology to accur</p><p>　　1.According to the requirements of non-contact infrared thermal radiation tempe

8、rature measurement based on TN9 temperature sensor for highway pavement temperature measurement scheme.</p><p>　　2.According to the requirements of the system design, the design based on 89 c51 microcontroll

9、er as the control center of remote temperature measurement system. Including power supply module, TN9 infrared temperature sensor module, RS232 circuit conversion module, LCD1602 display module design.</p><p&g

10、t;　　3. Completed the software flow chart to keil uVision4 as the platform, write module initialization program, display program design, etc.</p><p>　　4. Based on the system design requirements, completed the

11、 design and simulation protues software.</p><p>　　Key words: The infrared thermal radiation; Infrared; Single chip microcomputer; The LCD</p><p><b>　　display.</b></p><p>

12、;<b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p><b>　　1.1課題來源1</b></p><p>　　1.2 課題意義2</p><p>　　1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 研究目標(biāo)4</p&g

13、t;<p>　　1.5 研究內(nèi)容4</p><p>　　1.6 研究安排5</p><p>　　第2章 紅外測溫原理及系統(tǒng)的總體方案設(shè)計6</p><p>　　2.1 紅外熱輻射的概念與基礎(chǔ)理論6</p><p>　　2.2 紅外熱輻射測溫原理及方法8</p><p>　　2.3 紅外熱輻射測

14、溫的特點及影響因素8</p><p>　　2.4系統(tǒng)方案10</p><p>　　2.5 研究方法10</p><p>　　2.6 本章小節(jié)11</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計12</p><p>　　3.1 單片機控制中心12</p><p>　　3.2 紅外測溫傳感器

15、14</p><p>　　3.3電源模塊17</p><p>　　3.4 RS232電路轉(zhuǎn)換模塊18</p><p>　　3.5 LCD顯示模塊19</p><p>　　3.6 硬件電路功能21</p><p>　　3.7 本章小結(jié)21</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計22&

16、lt;/p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計22</p><p>　　4.2時鐘初始化22</p><p>　　4.3 LCD顯示初始化23</p><p>　　4.4 UART初始化24</p><p>　　4.5 串口設(shè)置25</p><p>　　4.6 紅外熱測溫模塊程序設(shè)計26&

17、lt;/p><p>　　4.7 系統(tǒng)仿真27</p><p>　　4.8本章小節(jié)29</p><p>　　第5章 總結(jié)與展望30</p><p>　　5.1 工作總結(jié)30</p><p><b>　　5.2 展望30</b></p><p><b>　　致

18、 謝32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　附 錄35</b></p><p>　　附件1：常見物質(zhì)輻射率表35</p><p>　　附錄2：LCD測試程序35</p><p><b>　

19、　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題來源 </b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計采用非接觸式紅外測溫的方法，對公路表面溫度進行測量，其成果主要應(yīng)用于高速公路表面溫度測溫儀。</p><p>　　可見光的輻射主要來自高溫輻射物體，如太陽，鐵水，灼熱的金屬，高溫燃燒物體等，而任何低溫，常溫以及加熱后的物

20、體都一定會有紅外熱輻射。在電磁波譜中能夠被人眼察覺的是0.4微米到0.75微米波段我們稱之為可見光波段，而把波長從0.75微米到1000微米的之間電磁波稱為紅外波段，紅外波段的短波段與可見光中的紅光相連，長波端與微波相接。根據(jù)普朗克輻射定理，我們知道凡是絕對溫度大于零度的物體都無一例外的能向外輻射出電磁波，該物體的輻射強度大小與物體表面的輻射能力強弱及溫度的高低有關(guān)，輻射的光譜分布也與物體溫度緊密相關(guān)。</p><p

21、>　　確定物質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)有非常多，而溫度參數(shù)恰恰是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它的測量與控制方面在國防科技、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)研究中占有十分重要的地位。我們在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通常通過測量設(shè)備表面的溫度來監(jiān)測設(shè)備的運行狀況，而現(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備大都是在高電壓、強電流等危險環(huán)境下運行的，傳統(tǒng)的測量方法是依靠人工接觸式檢測，這樣既浪費時間、人力，又通常具有一定的危險性，同時對測溫設(shè)備所采用的材料性質(zhì)也有非常嚴格的限制。因此有必要研究

22、出一種新的方法去檢測目標(biāo)系統(tǒng)的溫度。</p><p>　　目前，人們使用最廣泛的水銀體溫計是根據(jù)水銀性質(zhì)隨溫度升降而熱脹冷縮的物理性質(zhì)，我們在使用傳統(tǒng)溫度計時要和被測量物體相接觸，為了與被測物體達到熱平衡，需要等待較長的時間，當(dāng)測量結(jié)束后還要將水銀重新甩入水銀泡中，由于甩的時候極易破碎，其中的水銀蒸汽會對人體有極強的毒害作用，因此傳統(tǒng)的溫度計有非常嚴重的安全隱患。所以此方法就必然有很多的局限性，在很多環(huán)境要求下不

23、能滿足快速，安全可靠的非接觸式測量的要求。紅外測溫提供了快速，準(zhǔn)確及時的檢測方法和結(jié)果。而且可以以數(shù)字的方式顯示出測量結(jié)果，消耗時間非常短，往往在幾秒鐘之內(nèi)就能測得結(jié)果，更重要的是此方法所測量的結(jié)果比較精確，避免了人為讀數(shù)的誤差，而且系統(tǒng)的壽命長，是較為理想的測溫儀器。</p><p>　　隨著紅外檢測技術(shù)的日趨成熟，依據(jù)紅外熱測溫技術(shù)正以響應(yīng)速度快、測量精確度高，設(shè)備耐用等優(yōu)勢，近年來紅外測溫技術(shù)被越來越多的場

24、合所認識和接受。由于社會的進步，交通的發(fā)達，人民生活節(jié)奏變得快捷的同時也帶來了許多安全隱患。隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在日益廣泛，同時也帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異的變革。在工業(yè)智能檢測、控制系統(tǒng)中，通常使用單片機作為一個控制中心來使用，然后配合相應(yīng)的外圍硬件設(shè)備，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件相結(jié)合，如此加以完善。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以往利用復(fù)雜電子電路和數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，我們可以用軟件控制來實現(xiàn)，并能夠輕松地實現(xiàn)智能化控

25、制。</p><p><b>　　1.2 課題意義</b></p><p>　　對溫度測量的傳統(tǒng)方法需要工作人員到現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集，整理，分析才能計算出調(diào)研結(jié)果。過程比較繁瑣，耗時費力，更不理想的就是當(dāng)我們需要多個目標(biāo)地點的溫度數(shù)據(jù)時，沒有足夠的人力物力去獲得數(shù)據(jù)，相關(guān)工作人員不能及時得到數(shù)據(jù)，這樣極大的降低了工作效率，體現(xiàn)不了工作人員的價值。</p>

26、<p>　　隨著工作人員對現(xiàn)場安全實時監(jiān)控提出越來越高的要求，因此對現(xiàn)場安全進行實時監(jiān)測十分必要。故而需要有更方便安全快捷的工作模式來取代傳統(tǒng)的測量方法，正因如此，紅外熱輻射溫度測量技術(shù)運應(yīng)而生。</p><p>　　在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，要求測量溫度的傳感器不能直接與被測物體相接觸，這就需要滿足這種領(lǐng)域非接觸式測量，本設(shè)計正是應(yīng)上述實際需求來設(shè)計的紅外測溫系統(tǒng)。</p><p>　

27、　紅外熱測溫系統(tǒng)是以黑體輻射定律作為理論基礎(chǔ)，紅外控制理論以及電子技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的測溫方法相比，紅外測溫具有以下優(yōu)點：</p><p>　　(1)不需要與被測物體接觸，不會擾亂被測物的溫度場，溫度場的分布不會受到影響，因此具有較高的測量精確度；</p><p>　　(2)在測量過程中，光電器件不必與被測介質(zhì)達到新的熱平衡，因而能檢測溫度的迅速變化，而且還能測量運動物體的溫度；&

28、lt;/p><p>　　(3)測量距離可近可遠，近者可測幾厘米，有的甚至更小，而遠者可測近幾公里外的目標(biāo)；</p><p>　　(4)可以用來測量小面積的物體，目前可測量出直徑小至7.5微米的目標(biāo)溫度；</p><p>　　(5)以黑體作為測量對象最為合適，但也可以測量一般物體。</p><p>　　正是這些優(yōu)點使得紅外測溫技術(shù)受到越來越廣泛的歡

29、迎，該技術(shù)在溫度測量領(lǐng)域里具有不可替代的優(yōu)勢。</p><p>　　紅外測溫的設(shè)計，其知識包括了檢測技術(shù)，MCU，控制技術(shù)等多方面的內(nèi)容。紅外測溫技術(shù)是一門很實用和很有前景的技術(shù)，通過此次畢業(yè)設(shè)計，有利于我理論聯(lián)系實際，更好的掌握這一方面的知識體系，是對學(xué)習(xí)內(nèi)容的總結(jié)歸納與升華，特別是對單片機控制技術(shù)知識的深入理解，對于自身綜合素質(zhì)與工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)也有及其重要的意義。</p><p>

30、　　1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　軌道交通是一個龐大、復(fù)雜、易出現(xiàn)事故的交通運輸系統(tǒng)，因而，從機車制造到運營，可靠性、安全性一直是社會關(guān)注的重點。一方面，無論何種設(shè)備，它的維修與護理護是一種設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況驅(qū)動的預(yù)防性維護。它是對運轉(zhuǎn)狀況、熱量分布和其他指標(biāo)進行直接監(jiān)視，以便確定實際的平均無故障時間或?qū)ζ湮：υ谠O(shè)施內(nèi)所有關(guān)鍵系統(tǒng)裝置運轉(zhuǎn)效率損失的確定因素。因此定期地測量設(shè)備，實時跟蹤監(jiān)測結(jié)果，而溫度恰恰就

31、是一個非常重要非常有用的參數(shù)。目前，其中監(jiān)視溫度的紅外熱像儀檢測技術(shù)就是一種檢測方向的應(yīng)用;另一方面，隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，消費者群體對于機車的性能要求也越來越高，軌道交通與汽車行業(yè)一樣，就是對可靠性、安全性、舒適性的嚴格要求。紅外熱像技術(shù)在軌道交通運營過程中能夠起到更有效、更快速地追蹤交通系統(tǒng)的動態(tài)。</p><p>　　由于高速公路的路面工程量大、牽涉面廣、建設(shè)和維修難度系數(shù)大。然而路面又經(jīng)常由多層各不

32、相同的材料及所含成分所組成配比不同，特別是瀝青面層所用材料品種多、配比多、要求嚴格，每層都有各自要求的工藝水準(zhǔn)。在路橋施工建設(shè)，公路表面、高橋的維護及施工過程，都必須要對瀝青或混凝土的成分及溫度進行檢測；工藝要求較高的區(qū)域更是需要采用能夠提供可靠的、全面反映測量區(qū)域內(nèi)溫度的分布及變化情況的儀表。</p><p>　　紅外熱測溫的應(yīng)用按其用途可以大體分為兩大類，一為定性觀察，二為定量分析。定性觀察是根據(jù)圖像判斷物體

33、的存在和運動，主要應(yīng)用于軍事、安檢、監(jiān)控等方面。定量分析是利用紅外熱像儀的測溫功能對物體的溫度分布進行檢測分析。</p><p>　　2003 年非典期間，社會公眾對紅外熱像儀的測溫功能提出了很高的要求。針對公路路面溫度和鐵軌溫度測量的傳統(tǒng)方法比較麻煩，更重要的是這種傳統(tǒng)的方法不能全天24小時實時監(jiān)控，需要人為現(xiàn)場測試，耗費了不少人力物力。 隨著社會節(jié)奏的變快，交通逐漸發(fā)達，這些傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能夠滿足我們對安全

34、的及時監(jiān)測需要。然而隨之產(chǎn)生的交通通信設(shè)備日漸繁多，功能完善。紅外測溫也慢慢步入在交通指示的應(yīng)用領(lǐng)域，目前已經(jīng)有部分高速路段鋪設(shè)有紅外測溫系統(tǒng)，用于測定高速路段地面溫度，及時顯示在LCD顯示屏幕上。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單、容易制作、便于安裝及維修，所測溫度可直接輸出到單片機進行后期數(shù)據(jù)處理，十分方便易行。</p><p>　　紅外測溫打破了傳統(tǒng)的測溫模式，它響應(yīng)快，測量精度高，可靠性強，范圍廣，為非接觸測量，因而更不容

35、易被損壞，該溫度計以其準(zhǔn)確快速的測量優(yōu)勢，和清晰易懂的數(shù)字化顯示方便了科研領(lǐng)域的使用以及方便了人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鳌?lt;/p><p>　　第一在本次畢業(yè)設(shè)計中根據(jù)紅外熱輻射的基本原理，采用“直接定標(biāo)”的方法，即在測量不同環(huán)境下的公路表面溫度時，實時定標(biāo)紅外測溫。</p><p>　　第二，傳統(tǒng)的紅外測溫儀在原理上均需討論物體輻射率修正的問題。然而如果要確定物體的輻射率則卻是紅外測溫中的一大難題

36、。通常情況下，我們是通過經(jīng)驗測量或者查閱資料來確定固體和液體在特定情況下的輻射率，以此作為紅外測量中的參數(shù)。然而，由于不同路段及地理位置公路表面的溫度隨季節(jié)和地域情況的不確定性，很難確定不同地域路面的輻射率。所以，根據(jù)能量的守恒關(guān)系，巧妙的避開了公認的“輻射率修正”這一難題。</p><p>　　第三，根據(jù)實際需要，設(shè)計了系統(tǒng)硬件電路，并對系統(tǒng)進行了仿真。</p><p><b>

37、;　　1.4 研究目標(biāo)</b></p><p>　　1. 針對公路表面紅外熱輻射的測量，通過系統(tǒng)處理，直觀的顯示其溫度；</p><p>　　2. 基于單片機AT89C51開發(fā)的溫度控制系統(tǒng)；</p><p>　　3. 能夠準(zhǔn)確的測量出溫度并將數(shù)據(jù)輸入到單片機內(nèi)；</p><p>　　4、對不在規(guī)定范圍內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)以使其始終穩(wěn)

38、定在一個恒定范圍內(nèi)；</p><p>　　5、控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定、成本低；</p><p><b>　　1.5 研究內(nèi)容</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用紅外溫度傳感器TN9對公路地面溫度進行采集，89C51單片機為控制中心，提高了準(zhǔn)確性和安全性。系統(tǒng)采用的紅外溫度傳感器體積小、性能好，再加上穩(wěn)定的運放和精度較高的A/D處理，將溫度參數(shù)

39、顯示在LCD顯示屏上，可實現(xiàn)對目標(biāo)溫度的準(zhǔn)確測量。研究內(nèi)容如下：</p><p>　　紅外熱輻射測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　?。?）單片機處理模塊</p><p>　?。?)紅外熱輻射溫度傳感器TN9</p><p>　　（3)RS232轉(zhuǎn)換電路模塊</p><p><b>　?。?）電源模塊<

40、;/b></p><p>　?。?）LCD顯示模塊</p><p>　　紅外熱輻射測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　由于受檢對象表面的紅外輻射能量，是經(jīng)大氣傳輸?shù)郊t外檢測儀器里的，這就會受到大氣成分中的水蒸汽、二氧化碳、氮氣等氣體分子的吸收以及空氣中懸浮塵埃微粒的遮擋與吸收而衰減，設(shè)備輻射能量輻射的衰減程度大小隨著檢測儀器到被測設(shè)備之間的距離的增大，在很

41、大程度上降低了被測物體輻射的穿透率，所以其衰減程度大小是隨兩者距離的增大而增加。降低受檢設(shè)備故障部位與正常部位的輻射的對比度，也會導(dǎo)致紅外探測儀器接收到的目標(biāo)能量減少，從而使得結(jié)果儀器顯示出來的溫度值比被測故障點的真實溫度低。尤其是檢測溫升較低的設(shè)備故障時，這是非常不利的。所以檢測距離越大，大氣組合成分的影響就會越來越大。因此如果要獲得目標(biāo)溫度的準(zhǔn)確性，必須采取以下相應(yīng)的措施： </p><p>　?。?/p>

42、1）盡量選擇在環(huán)境干燥地段進行檢測；</p><p>　　（2）在不影響安全的條件下盡可能減小檢測距離，以便測得實際溫度值；</p><p><b>　　1.6 研究安排</b></p><p>　　本文章節(jié)主要安排如下：</p><p>　?。罕菊撐牡木w論，包括課題來源，課題意義，國內(nèi)研究現(xiàn)狀，研究目標(biāo)，研究內(nèi)容，研究

43、安排；</p><p>　　第二章 ：紅外熱輻射的基本概念介紹，紅外熱輻射測溫的基礎(chǔ)理論，紅外熱輻射測溫原理和方法，紅外熱輻射測溫的特點，紅外熱輻射測溫影響因素；</p><p>　　第三章 ：系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,硬件電路設(shè)計：單片機處理模塊，電源模塊，紅外測溫模塊，RS232電路轉(zhuǎn)換模塊，LCD顯示模塊；</p><p>　?。很浖O(shè)計，程序的總體設(shè)計；<

44、;/p><p><b>　?。嚎偨Y(jié)與展望；</b></p><p>　　第2章 紅外測溫原理及系統(tǒng)的總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 紅外熱輻射的概念與基礎(chǔ)理論</p><p>　　1.紅外熱輻射的概念 </p><p>　　紅外熱是一種電磁波，具有與無熱電波及可見光一樣的性質(zhì)。紅外熱的波長

45、在0.76到1000微米之間，位于無熱電波與可見光之間。任何物體，如果它的溫度只要比零下273.15攝氏度高，就都能夠自發(fā)地向外發(fā)射出紅外熱。與可見光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等共有特性相同以外同時還具有粒子性。對人的眼睛很不敏感，要使用對紅外敏感的探測器才能探測到。紅外輻射的本質(zhì)是熱輻射，在0.76μm～40μm紅外輻射的熱效應(yīng)卻是最大的。 </p><p>　　紅外測溫運用的原理是根據(jù)普朗克原理

46、。即自然界中只要溫度高于絕對零度(-273．15℃)的一切物體，由于分子的熱運動效應(yīng)都在不停地向外輻射出包括紅外波段在內(nèi)的電磁波。其輻射能量密度與物體本身的溫度二者之間的關(guān)系符合普朗克定律的關(guān)系。一般我們理解為紅外測量的是被測物體表面的溫度，但是事實上測得的是被測對象與傳感器或者說是被測物體溫度與環(huán)境溫度之間的差值。物體輻射能量的大小也直接與該被測物體的溫度緊密相關(guān)。</p><p>　　紅外熱輻射溫度測量技術(shù)的

47、發(fā)展主要是從兩方面來看：一方面是紅外熱輻射測溫設(shè)備儀器的發(fā)展；另一方面是紅外熱輻射測溫技術(shù)的發(fā)展。</p><p><b>　　2紅外熱基礎(chǔ)理論</b></p><p>　?。?）生物波普（Biological spectrum）</p><p>　　生物自身發(fā)出的生物物理信息的光波或頻率的綜合特性叫做生物波譜，它是構(gòu)成生物體周圍的生物信息場。

48、科學(xué)研究表明，生物信息場包括生物產(chǎn)生的溫度場，電場和磁場等，所以我們可以用物理學(xué)中的電磁波譜頻率或波長，溫度等物理量來表述，它遵循電磁波的所有物理特性。</p><p>　?。?）地表輻射（Ground radiation）</p><p>　　地球表面從太陽輻射吸收能量的同時，又會將其中的大部分能量以輻射的形式傳送到大氣當(dāng)中。地球表面這種以其本身的熱量日夜不間斷地向外輻射的方式，稱地面輻

49、射。</p><p>　　由于地表面平均溫度約為300k左右，所以地表溫度比太陽低得多，因而地面輻射的主要能量集中在1～30微米波段之間，地球表面最大輻射的平均波長為10微米，屬于紅外區(qū)間，與太陽短波輻射相比較而言，稱為地面長波輻射。</p><p>　　地球表面輻射能力的強弱，主要取決于地面本身的溫度。由普朗克定理知道輻射能力的強弱隨輻射體溫度的增高而增強，所以白天地表溫度較高，地表輻射

50、也就較強；同理反之，夜晚地表溫度較低，地表輻射也就相對比較弱。依據(jù)理論和科學(xué)實踐證明：物體輻射出來的波長與物體本身的溫度值成反比，即溫度越高，波長越短；溫度越低，波長越長。</p><p>　　地面的輻射屬于長波輻射，除了部分透過大氣向宇宙輻射外，大部分輻射被大氣中水蒸汽和二氧化碳、臭氧層、空氣懸浮微粒等大氣組合成分所吸收，其中水蒸汽對長波輻射的吸收更為顯著。所以，大氣，尤其是對流層中的大氣，它的增熱主要是靠吸收

51、地面輻射的能量。</p><p>　?。?）紅外輻射的發(fā)射及其規(guī)律</p><p>　　首先需要對黑體的紅外輻射規(guī)律簡單介紹一下。所謂的黑體，簡單講就是在任何情況下對一切波長的入射輻射吸收率都等于1的物體，簡而言之就是全吸收。然而，自然界中實際存在的任何物體對不同波長的入射輻射都有一定的反射，吸收率不可能等于1，</p><p>　　也就是說不可能完全吸收。所以，黑

52、體這一概念知識只是人們?yōu)榱吮阌谘芯慷橄蟪鰜淼囊环N理想化的模型，現(xiàn)實中并不存在。但是由于黑體熱輻射的基本規(guī)律是紅外熱輻射研究及應(yīng)用的基礎(chǔ)，它揭示了黑體發(fā)射的紅外熱輻射隨溫度與波長的定量關(guān)系。</p><p><b>　?。?）黑體輻射規(guī)律</b></p><p>　　黑體紅外輻射的基本規(guī)律揭示的是紅外熱輻射溫度及波長的一種定量關(guān)系。黑體僅僅是一種抽象出來的理想物體，如

53、果它們在相同的溫度下，那么它們都能夠發(fā)出同樣的電磁波譜，而與黑體的具體成分、狀態(tài)和形狀等特性無關(guān)。物理學(xué)家斯特藩和玻耳茲曼通過物理科學(xué)實驗和計算得出黑體輻射定律：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中：—— 溫度為時，單位時間從黑體單位面積上輻射出的總輻射能，稱為總輻出度；一—斯特藩玻耳茲曼常量；一—物體溫度。</p>

54、<p>　　上式是黑體的熱輻射定律。實際物體的輻射定律一般比較復(fù)雜，需借助于黑體的輻射定律來研究。設(shè)被測物體的溫度為時，總輻出度為M 等于黑體在溫度為時的總輻出度Mo，即：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p><b>　?。?-3

55、）</b></p><p>　　其中為發(fā)射率，不同物體的發(fā)射率并不相同，具體材料的值可通過本論文的附錄1或?qū)嶒灥玫?，T是被測物體對象的輻射溫度，所以如果我們已經(jīng)知道了被測物體的和，那么我們就可算出物體的實際溫度。 </p><p>　　2.2 紅外熱輻射測溫原理及方法</p><p>　　依據(jù)測溫原理的不同，紅外測溫的設(shè)計有三種方法：</p&g

56、t;<p>　　對物體的全波長的熱輻射進行測量，從而確定物體的輻射溫度的方法稱之為全輻射測溫法；</p><p>　　對物體在一定波長下的單色輻射亮度進行紅外測量，從而來確定它輻射物的亮度溫度的稱為亮度測溫法；</p><p>　　對被測物體在不同的兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來確定溫的方法稱為比色測溫法。</p><p>　　亮度測溫法不需

57、要環(huán)境溫度補償，誤差較小，故而測溫精度較高，但由于工作于短波段間，因此此方法只適于高溫物體的溫度檢測。比色測溫法的光學(xué)系統(tǒng)可局部遮擋，這樣受煙霧灰塵的影響就比較小，測溫誤差也減小了，但必須選擇在適當(dāng)?shù)牟ǘ?，使波段的發(fā)射率對比相差不是很大。本文采用的是全輻射測溫法。全輻射測溫法是根據(jù)所有波長范圍內(nèi)的總輻射來確定物體溫度的，得到的就是物體的輻射溫度。選用這種方法是因為中低溫物體的波長較大，輻射信號很弱，更重要的是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，成本較低&

58、lt;/p><p>　　AT89C51單片機是本系統(tǒng)的控制中心，它負責(zé)控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值、顯示溫度值；紅外熱測溫模塊負責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集、測量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送給AT89C51單片機； RS232轉(zhuǎn)換電路模塊可以使單片機同PC機方便的進行串口通信，并可以同時接收或傳送外部送來的資料；LCD顯示模塊把測量的溫度值可以直觀地顯示給觀測者。</p><p>　　

59、2.3 紅外熱輻射測溫的特點及影響因素</p><p>　　1.紅外熱輻射測溫的特點</p><p>　?。?）遠距離和非接觸測量</p><p>　　紅外測溫不需要與被測物體相接觸，它特別適合于對運動物體，旋轉(zhuǎn)物體，帶</p><p>　　電體以及高溫高壓強電流等危險環(huán)境下物體的溫度測量。</p><p><b

60、>　?。?）響應(yīng)速度快</b></p><p>　　紅外熱傳感器測溫并不像熱電偶或傳統(tǒng)溫度計那樣，必須與被測物體相接觸，最后還需要使溫度計與被測物達到熱平衡，它只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可進行溫度測量，其響應(yīng)時間通常在毫秒甚至微秒數(shù)量級，所以紅外熱溫度傳感器的響應(yīng)速度快。</p><p><b>　　（3）靈敏度高</b></p>&l

61、t;p>　　就算物體溫度的微小變化也會引起輻射功率的較大變化，很容易被探測器探測</p><p>　　出來，所以紅外測溫的可測溫差特別小，幾乎達到零點幾攝氏度。</p><p><b>　?。?）準(zhǔn)確度高</b></p><p>　　紅外測溫時是非接觸測量的方式，這樣就不會破壞物體本身的溫度分布，因此，</p><p&

62、gt;　　所測溫度真實，可靠，準(zhǔn)確。</p><p><b>　　測溫范圍非常廣</b></p><p>　　測量范圍在-33到220攝氏度。</p><p>　　2.紅外熱輻射測溫的影響因素</p><p>　　（1）待測目標(biāo)輻射率</p><p>　　通過以上原理的描述可知輻射率的大小決定了物

63、體的紅外能量幅出度與被測物體實際溫度緊密相關(guān)。輻射率是指一般物體相對于黑體的輻射能力大小的一個物理量，與測量的方向、物體的材料形狀、表面粗糙度等因素有關(guān)。不同物質(zhì)的輻射率是各異的，常見物質(zhì)輻射率見附件1，紅外測溫裝置從被測目標(biāo)上接收到的輻射能量大小與它的輻射率成正比。</p><p><b>　　（2）待測目標(biāo)尺寸</b></p><p>　　使用紅外測溫裝置測溫時，

64、通常只能測定被測目標(biāo)表面上某一確定面積的平均值。因為紅外熱溫度傳感器都有一個測量的視角，測溫裝置的精度與被測物體尺寸和傳感器視角相關(guān)。待測物體的尺寸與傳感器視角有以下幾種關(guān)系：</p><p>　　1）當(dāng)被測物體尺寸小于測試視角時，被測物體周圍輻射體輻射出來的能量就會進入傳感器的測量區(qū)域，干擾測溫數(shù)據(jù)，造成誤差。最終我們得到的溫度信息是被測物體和周圍事物溫度的加權(quán)平均值。因此，我們在實際測溫時，通常要求被測物體尺

65、寸一定要超過傳感器視角大小的50%。</p><p>　　2）當(dāng)被測目標(biāo)大于測試視角時，測溫裝置就不會受到測量區(qū)域以外事物干擾，能夠準(zhǔn)確的測量被測物體位于傳感器視角內(nèi)確定面積的實際溫度，此時傳感器的測試效果最好。</p><p>　　3）當(dāng)被測目標(biāo)等于傳感器測試視角的時候，由于環(huán)境中臨近物體間的能量在不斷的傳遞，尤其是物體與物體直接相互接觸部位，所以此時被測物體溫度也受到一定程度影響，但一

66、般影響還比較小，測試效果相對可信。</p><p>　　從上述三種情況可看出在設(shè)計測溫裝置時需要對測量實際情況進行實地考察，確定被測物體對象的尺寸，選取合適的溫度傳感器視角，從而保證測量裝置的測量精度。</p><p><b>　?。?）測量距離</b></p><p>　　由于空氣中懸浮微粒，水蒸氣和其他氣體成分的存在，自然界中的所有能量的傳

67、遞都會有一定程度的衰減，被測物體輻射出的能量在傳送到傳感器的過程中同樣都會受到外界環(huán)境的干擾，造成能量衰減，衰減程度的大小與傳感器到被測物體的距離相關(guān)，距離越遠衰減程度就越大。因此在使用紅外傳感器進行溫度信號采集時，需要選取合適的距離。</p><p><b>　?。?）環(huán)境影響</b></p><p>　　紅外熱測溫的精確度還與環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，被測對象處于一定

68、溫度的環(huán)境下，自身輻射能量的同時會吸收環(huán)境的輻射能量。大氣吸收，太陽輻射等因素都會影響接收器對目標(biāo)紅外熱的接收效果。</p><p><b>　　（5）使用注意事項</b></p><p>　?、賾?yīng)該準(zhǔn)確確定被測物體的發(fā)射率。</p><p>　?、诒苊庵車h(huán)境高溫物體對目標(biāo)溫度場的影響。</p><p>　?、蹖τ谕该?/p>

69、材料，環(huán)境溫度應(yīng)低于被測物體溫度。</p><p>　　④測溫距離不應(yīng)太大。</p><p>　?、莶荒軕?yīng)用于表面非常光亮的物體。例如拋光的金屬表面，因為拋光的表面會造成較大誤差。</p><p>　　由于普通紅外測溫儀僅限于測量物體外表的溫度，對于物體內(nèi)部和存在有障礙物時的情況下的溫度不方便測量。為了解決這種直線測量的難題，所以我們可以在其檢測頭部加上一小段光導(dǎo)纖

70、維，同時在其前端裝一個小視角的透鏡，這樣被測物體的輻射就能夠經(jīng)過透鏡傳到光導(dǎo)纖維的內(nèi)部，在光導(dǎo)纖維里面經(jīng)過多次反射后最終傳至檢測器,這樣就可以測量有障礙物被擋住的地方的溫度。</p><p><b>　　2.4系統(tǒng)方案</b></p><p>　　以89C51單片機為控制中心，它負責(zé)控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值、控制顯示過程；紅外測溫模塊負責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采

71、集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送給AT89C51單片機。紅外熱測溫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1：紅外熱測溫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.5 研究方法</b></p><p>　　紅外熱測溫系統(tǒng)的設(shè)計有三種方法，如果是對物體的全波長的熱輻射進行測量，從</p><p

72、>　　而確定物體的輻射溫度的方法稱之為全輻射測溫法；對物體在一定波長下的單色輻射亮度進行測量，從而來確定輻射物的亮度稱為亮度測溫法；對被測物體在兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來定溫的方法稱為比色測溫法。</p><p>　　亮度測溫法不需要環(huán)境溫度補償，發(fā)射率誤差較小，所以測溫精度較高，但由于工作于短波段間，因此此方法只適于高溫物體的溫度測量。比色測溫法的光學(xué)系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵的影響比較小，

73、測溫誤差小，但必須選擇適當(dāng)波段，使波段的發(fā)射率相差不大。本文選用全輻射測溫法。通過TN9紅外溫度傳感器接收紅外熱輻射數(shù)據(jù)，傳至單片機內(nèi)處理后顯示在LCD顯示屏上。 </p><p><b>　　2.6 本章小節(jié) </b></p><p>　　本章內(nèi)容主要介紹了紅外熱測溫的原理以及應(yīng)遵循的理論依據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)測溫原理推導(dǎo)出計算溫度的公式。同時對運用紅外溫度傳感器測量溫度

74、時的一些重要影響因素和設(shè)計時應(yīng)需要注意的事項，如何減小該系統(tǒng)溫度測量結(jié)果的誤差做了簡要說明。最后根據(jù)紅外熱測溫原理設(shè)計出了整個系統(tǒng)的總體方案，簡要介紹了一些重要模塊的相關(guān)功能。</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 單片機控制中心</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)選擇以AT89C51單片機為系統(tǒng)的控制中心，此單片機模塊的工作原理

75、是：AT89C51單片機加載相應(yīng)程序的后把紅外測溫模塊傳來的數(shù)據(jù)加以處理，送LCD顯示屏顯示。下圖3-1是單片機處理模塊的電路原理圖:</p><p>　　圖3-1：單片機處理模塊電路圖</p><p>　　單片機作為紅外測溫系統(tǒng)的控制中心，它關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。因此它的選擇是非常重要的。本測溫儀選擇的AT89C51RC單片機，下面是AT89C51RC單片機相關(guān)資料信息：</p

76、><p>　　AT89C51指令代碼與8051單片機的完全兼容，具有12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期，我們可以根據(jù)具體需要任意選擇，AT89C51RC系列單片機具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，如此可以不用去購買通用編程器，單片機在用戶系統(tǒng)上就能夠?qū)崿F(xiàn)用戶程序的下載與燒錄，無須將其從以生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下。由于用戶可以在目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進系統(tǒng)查看運行結(jié)果，故無須仿真器。 &l

77、t;/p><p>　　1、AT89C51RC單片機的特點：</p><p>　　1）增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051 CPU；</p><p>　　2）工作電壓：3.8V-5.5V；</p><p>　　3）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷；共3個16位定時器/計數(shù)器，定時 </p><p>　

78、　器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用；</p><p>　　4）工作頻率范圍：0-40MHz；</p><p>　　5）4k的Flash程序存儲器；</p><p>　　6）片上集成512字節(jié)RAM；</p><p>　　7) ISP/IAP；</p><p>　　8) 通用I/O口，P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱

79、上拉，作為I/O口用時需要加上拉電阻； </p><p>　　2、AT89C51各引腳的功能描述如下：</p><p>　　（1）XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器；</p><p>　　XTAL2——反向放大器輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。</p><p>　?。?）RST：單片機的上電復(fù)位或掉電保護端；</p><p

80、>　?。?）ALE: 地址鎖存有效信號輸出端；</p><p>　?。?）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端。</p><p><b>　　3、晶振電路</b></p><p>　　晶振電路圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2：晶振電路圖</p><p>　　晶振為整個系統(tǒng)提供時鐘

81、信號，供單片機的CPU和AD進行數(shù)據(jù)處理使用，電路中的電容C1和C2的選擇在30PF左右，但是如果電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。頻率越高單片機的速度就越快，但對存儲器速度要求就高，采用的晶振頻率為32.768KHZ。</p><p><b>　　4、復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路圖如圖3-3所示： </p><

82、;p><b>　　圖3-3：復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機長期工作難免會出死機，因此對單片機要進行定時的復(fù)位操作。復(fù)位電路由電阻、電容、二極管以及按鍵組成如圖 3-3，3.3V接到二極管然后再接按鍵接地。電容和電阻組成上電復(fù)位，當(dāng)單片機上電時自動復(fù)位，而在單片機運行過程中則通過按鍵S進行手動復(fù)位。</p><p>　　3.2 紅外測溫傳感器<

83、/p><p>　　此紅外測溫模塊采用非接觸式方法，解決了傳統(tǒng)測溫中需要接觸的問題，具有回應(yīng)速度快，測量精度高，測量范圍廣等優(yōu)點。在設(shè)計中選擇合適的紅外檢測器已成為一個重要問題。首先考慮的是器件的以下性能參數(shù):光譜響應(yīng)范圍、響應(yīng)速度、有效檢測面積、元件數(shù)量和檢測目標(biāo)的溫度。</p><p>　　本紅外測溫儀選用了TN9的紅外探測器作為測溫模塊，它是一種集成的紅外熱探測器，內(nèi)部設(shè)計有溫度補償電路和

84、熱性處理電路，因此簡化了本系統(tǒng)的設(shè)計。 它的測量距離大約為30米，測量的回應(yīng)時間大概為0.5秒。而且它還同時具備SPI接口，可以很方便地與MCU進行數(shù)據(jù)的傳送工作。其相關(guān)資料如下：</p><p>　　1、紅外測溫傳感器的引腳介紹</p><p>　　圖3-4 紅外測溫傳感器引腳圖</p><p>　　紅外測溫傳感器引腳圖如圖3-4所示，其中V為電源引腳VCC，VC

85、C一般為3V到5V之間大小的電壓，但是該系統(tǒng)采用的是5V電壓；D為數(shù)據(jù)接收引腳，如果沒有數(shù)據(jù)接收時D就為高電平；C就為2KHz Clock輸出引腳；G為接地引腳；A為測溫啟動信號引腳，低電平有效。當(dāng)它通過紅外溫度傳感器掃描被測物體，同時把相應(yīng)的紅外輻射數(shù)據(jù)通過P1.5、P1.6和P1.7口傳送給單片機模塊處理。TN9直流參數(shù)如表3-1所示：</p><p>　　表3-1：TN9直流參數(shù)</p>&l

86、t;p>　　表3-2 ：TN9測試條件及范圍參數(shù)表 </p><p>　　2 紅外測溫模塊時序圖</p><p>　　紅外測溫模塊的時序圖如圖3-5所示，為SPI數(shù)據(jù)格式，TN9在時鐘的下降沿接收數(shù)據(jù)，在完成一次溫度測量的過程中需要接收5個字節(jié)大小的數(shù)據(jù)，接收正確時Sum=Item+MSB+LSB；CR稱為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0x0dH時表示完成一次溫度

87、數(shù)據(jù)接收。 </p><p>　　一幀數(shù)據(jù)包括5個Byte，每個Byte具體代表含義如下： </p><p>　　Item：“L”(4CH): 代表目標(biāo)溫度，“f”(66H): 代表環(huán)境溫度 </p><p>　　MSB：8 bit Data Msb </p><p>　　LSB：8 bit

88、 Data Lsb </p><p>　　Sum：Item+MSB+LSB=SUM </p><p>　　CR： 0DH,結(jié)束碼 </p><p>　　3 紅外測溫模塊溫度值的計算</p><p>　　不管我們測量的是環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要我們檢測到Item為0x4cH或0x66H的同時檢測到CR為0x0dH，那么它們的溫度的計算原理和方

89、法都是相同的。計算公式為 ：</p><p>　　溫度 = Temp/16 – 273.15 （3-1）</p><p>　　其中Temp為十進制，但是測量結(jié)果卻為十六進制，我們把它直接轉(zhuǎn)換為十進制即可。TN9電路模塊如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6：TN9紅外測溫模塊電路</p><p>&

90、lt;b>　　3.3電源模塊</b></p><p>　　單片機是直流5V供電，所以需要對交流電進行降壓整流，采用LM7805整流得到5V直流供給單片機使用，電路圖如下圖3-7：</p><p>　　圖3－7：整流電源電路</p><p>　　3.4 RS232電路轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　因為單片機中的UART和電腦串

91、口RS232的區(qū)別僅在于電平類型的不同,電腦串口采用的是RS232電平,而單片機UART則采用TTL電平,所以如果不進行單片機與電腦串口之間的電平轉(zhuǎn)換,它們就不能直接進行通信。</p><p>　　我們通過RS232轉(zhuǎn)換電路如此單片機就可以方便的同PC機進行串口通信，可以同時接收或傳送外部送來的數(shù)據(jù)。MAX232對單片機與電腦串口兩者之間通信的數(shù)據(jù)沒有其他任何作用,只是負責(zé)將兩者之間的電平進行統(tǒng)一,只要電平統(tǒng)一了

92、,兩者之間就可以進行直接通信,所以我采用了MAX232這一芯片。但是進行串行通訊時要滿足一定的條件，因為RS232電路是用正負電壓來表示邏輯狀態(tài)的,然而TTL卻是用高低電平來表示邏輯狀態(tài)的,因此,為了能夠和PC機接口或終端的TTL器件相連接,必須在RS232與TTL電平之間進行電平轉(zhuǎn)換。近年來集成電路轉(zhuǎn)換器件的使用越來越廣泛。RS-232被普遍定義為一種在低速串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)通信。RS232轉(zhuǎn)換電路圖如圖3-8所示：&l

93、t;/p><p>　　圖3-8：RS232轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換的芯片,使用+5v單電源供電。圖3-8所示RXD和TXD接單片機相應(yīng)接口。MAX232引腳圖如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9：MAX232引腳圖</p><p>　　3.5 LCD顯示模塊&

94、lt;/p><p>　　液晶顯示器簡稱LCD顯示器，液晶顯示模塊是一種常見的人機界面，在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用極其廣泛。本系統(tǒng)采用的是1602的LCD接口。1602是一種點陣字符型液晶顯示模塊，可以顯示兩行共32個字符。因為LCD型號不同，所需要的背光電阻大小也會不同，根據(jù)具體要求可自行調(diào)節(jié)。其主要引腳的功能如下：</p><p>　　RS：數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指

95、令寄存器。</p><p>　　RW：讀/寫信號選擇端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作</p><p>　　E：使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　LCD顯示電路與單片機連接圖如圖3-10所示： </p><p>　　圖3-0： LCD顯示電路與單片機的連接示意圖 &

96、lt;/p><p>　　系統(tǒng)總體電路設(shè)計如圖3-11所示 ： </p><p>　　圖3-11： 系統(tǒng)總體設(shè)計電路圖</p><p>　　3.6 硬件電路功能</p><p>　　系統(tǒng)硬件電路主要完成溫度信號采集、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)處理、溫度顯示四大功能，因此可以將硬件電路分為以下四個模塊：</p><p><b>

97、　　1、信號采集</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用具有安全、準(zhǔn)確、快速等優(yōu)點的TN9系列數(shù)字紅外溫度傳感器進行溫度信號采集。紅外溫度傳感器感知被測物體的溫度和環(huán)境溫度，然后通過內(nèi)部調(diào)理電路處理，分別將被測物體紅外輻射能量和環(huán)境溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號和電阻信號，再送入后續(xù)調(diào)理電路進行相應(yīng)處理。</p><p><b>　　2、信號處理</b></

98、p><p>　　紅外溫度傳感器輸出被測目標(biāo)溫度信號大都為毫伏級甚至微伏級的電壓信號，其輸出信號攜帶大量噪聲，因此在進行后續(xù)處理前首先應(yīng)該對傳感器信號進行適當(dāng)?shù)姆糯鬄V波處理，濾除噪聲，放大有用信號。此外，由于單片機只對電信號進行處理因此該模塊同時還完成電阻值信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　3、數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　

99、由前兩部分電路輸出的信號都是模擬信號，而單片機只能處理數(shù)字信號，因此需要先將溫度信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)據(jù)才能送入單片機進行處理。單片機將所接收的數(shù)字信號通過一定的算法轉(zhuǎn)換成實際溫度值。</p><p><b>　　4、溫度顯示</b></p><p>　　采用LCD對被測物體溫度進行實時顯示，實現(xiàn)人機數(shù)據(jù)交互，方便對信息的查詢。</p>&

100、lt;p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案、元器件型號的選擇以及每一模塊的具體原理圖設(shè)計。選擇元器件時對該系統(tǒng)中主要的器件相關(guān)參數(shù)以及主要功能進行了詳細的描述，對其他未介紹的模擬器件將根據(jù)電路制作實際情況而定。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)框圖的設(shè)計，本章應(yīng)用Proutues畫出相應(yīng)的模塊的電路原理圖，原

101、理圖布線。</p><p><b>　　第4章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 軟件總體設(shè)計</p><p>　　紅外熱輻射測溫系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)較為簡單，包含了TN9紅外測溫傳感器軟件設(shè)計、AD轉(zhuǎn)換初始化、LCD顯示初始化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換初始化、時鐘初始化、UART初始化等幾部分。LCD顯示部分負責(zé)將被測溫度和環(huán)境溫度在LCD對應(yīng)位置顯

102、示出來。數(shù)據(jù)處理采用取8次轉(zhuǎn)換結(jié)果求平均的方式，目的是為了減小因數(shù)據(jù)的波動和AD轉(zhuǎn)換的隨機性誤差對結(jié)果造成的偏差；被測物體溫度根據(jù)環(huán)境溫度，同樣采取結(jié)合計算與查表的方式來獲取。系統(tǒng)軟件流程如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1：軟件流程圖</p><p><b>　　4.2時鐘初始化</b></p><p>　　AT89C51基礎(chǔ)時鐘

103、模塊提供3種時鐘信號:</p><p>　　(1)MCLK是主時鐘，其來自XTZCLK、LFXTICLK以及DCO信號經(jīng)過l、2、4或8分頻后得到，MCLK用于CPU和系統(tǒng)使用。</p><p>　　(2)ACLK是輔助時鐘，ACLK也是LFXTICLK信號經(jīng)1、2、4或8分頻后得到的，可用軟件選擇分頻數(shù)，可通過軟件選作外圍設(shè)備的時鐘信號。</p><p>　　(3

104、)SMCLK子時鐘，SMCLK同MCLK主時鐘一樣可通過軟件選擇來自XTZCLK、LFXTICLK以及DCO信號經(jīng)l、2、4或8分頻后得到， SMCLK由軟件選作外圍模塊的時鐘信號。</p><p>　　本設(shè)計中時鐘信號由32.768MHZ的低速晶體整蕩器產(chǎn)生，時鐘初始化程序如下：</p><p>　　void int_clock(void)</p><p><

105、;b>　　{</b></p><p>　　if (CALBC1_8MHZ ==0xFF || CALDCO_8MHZ == 0xFF) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　while(1); </p>&l

106、t;p><b>　　}</b></p><p>　　BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ; // 設(shè)置DCO為8MHz</p><p>　　DCOCTL = CALDCO_8MHZ;</p><p>　　P5DIR |= 0x78; // 將P5.6、5、4、3 設(shè)置為輸出</p><p>　　P5SEL |

107、= 0x70; // 選擇P5.6、5、4 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　因為外加晶振有可能會出現(xiàn)不起振的情況，所以在程序中加入了對DOC振蕩器進行初始化。當(dāng)外部晶振失效的時候系統(tǒng)會自動啟用DOC振蕩器，同時將其頻率設(shè)為8MHZ，供系統(tǒng)使用。程序?qū)5端口的4、5、6腳設(shè)置為輸出，來作為檢測三種時鐘信號的測試口。</p>

108、<p>　　4.3 LCD顯示初始化</p><p>　　LCD的作用是將系統(tǒng)測得被測物體的實時溫度信息顯示出來，此次畢業(yè)設(shè)計選用的LCD1602液晶顯示在使用前首先得對它的顯示方式、操作方法等初始化。本設(shè)計中需要對LCD的顯示方式，光標(biāo)顯示，字符顯示進行初始化，具體程序見附錄2,LCD顯示初始化的流程框圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2：LCD顯示初始化流程框圖

109、</p><p>　　4.4 UART初始化</p><p>　　通用串行同步/異步(UART)是一個串行通信接口，它允許7或8位串行位數(shù)據(jù)流以預(yù)設(shè)的速率或外部時鐘確定的速率移入、移出AT89C51單片機。在本系統(tǒng)中，使用它的異步模式UART，數(shù)據(jù)幀格式被定義為8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗。軟件程序如下：</p><p>　　void init_uart(vo

110、id)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　UCA0CTL1 = UCSWRST; //初始化UCA0</p><p>　　UCA0CTL1 |= UCSSEL_1; //串口通信時鐘為ACLK</p><p>　　UCA0BR0 = 0x03; //波特率為9600</p><

111、;p>　　UCA0BR1 = 0x00;</p><p>　　UCA0MCTL = 0x06;</p><p>　　P3SEL = 0x30; //將P3.4、5設(shè)置為串口通信模式</p><p>　　UCA0CTL1 &= ~UCSWRST; //初始化UCA0狀態(tài)機</p><p>　　IE2 |= UCA0RXIE; //

112、使能UCA0接收中斷</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　4.5 串口設(shè)置</b></p><p>　　串口設(shè)置主要是對串口參數(shù)進行設(shè)置，要完成上位機與硬件電路的通信，必須保證兩者間的數(shù)據(jù)幀格式、比特率特性完全相同。串口設(shè)置程序如下：</p><p>　　void C

113、TePomDlg::SetCom()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CString strtemp;</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　UpdateData (TRUE); //讀取編輯框內(nèi)容</p><p>