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文檔簡(jiǎn)介

1、 .紅外測(cè)溫儀的操作指南及各模塊說(shuō)明紅外測(cè)溫儀操作指南:將單片機(jī)連接電源后,只需將紅外測(cè)溫儀的紅外探頭瞄準(zhǔn)被測(cè)物體,按下矩陣鍵盤(pán)上的 s13 按鈕(設(shè)定為“開(kāi)始測(cè)溫”,)測(cè)溫儀開(kāi)始工作,lcd 顯示屏上顯示兩個(gè)溫度數(shù)值,上為被測(cè)點(diǎn)溫度,下為環(huán)境溫度(由探頭外環(huán)探測(cè)得出)。由于探頭精度靈敏,溫度數(shù)值在穩(wěn)定建立時(shí)間過(guò)后仍有小幅度跳變。按下矩陣鍵盤(pán)上的s14 按鈕(設(shè)定為“stop ”,)lcd 顯示按下時(shí)刻的溫度值,方便讀數(shù)。按下 s13“開(kāi)始測(cè)溫”,測(cè)溫儀開(kāi)始新一輪測(cè)溫。單片機(jī)模塊紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖word 資料 .主程序模塊紅外測(cè)溫鍵盤(pán)掃描顯示模塊通信模塊紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)

2、框圖主程序模塊:主要完成系統(tǒng)初始化,溫度的檢測(cè),串行口通信,鍵盤(pán)和顯示等功能。其中系統(tǒng)初始化包括: 時(shí)間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、串口通信中斷的初始化、led顯示的初始化。紅外測(cè)溫模塊:包括獲取溫度數(shù)據(jù),計(jì)算溫度值。鍵盤(pán)掃描模塊:獲取按鍵信息,處理按鍵請(qǐng)求等。顯示模塊:獲取并處理相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù),通過(guò) led 數(shù)顯管顯示溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)處理模塊單片機(jī)模塊的工作原理是:加載相應(yīng)程序的 stc89c51 單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)加以處理,送 led 顯示屏顯示。下圖 1 是單片機(jī)處理模塊的電路原理圖word 資料 .圖 1 單片機(jī)處理模塊電路圖其復(fù)位電路如圖 2-1 左邊上部分,本單片

3、機(jī)處理模塊是通過(guò)開(kāi)關(guān)手動(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),這樣做的目的是便于根據(jù)實(shí)際情況而選擇是否復(fù)位溫度測(cè)量數(shù)據(jù)。而此儀器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路,其具體電路如圖 2-1 左邊下部分。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(cè)溫儀非常重要的技術(shù)要求。單片機(jī)作為紅外測(cè)溫儀的核心處理部件,它關(guān)系到整個(gè)儀器的性能指標(biāo)。因此它的選擇是非常重要的。本測(cè)溫儀選擇的 stc89c51rc 單片機(jī),下面是 stc89c51rc 單片機(jī)相關(guān)資料信息:stc89c51rc 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的新一代 8051

4、單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī),12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇,最新的 d 版本部集成 max810 專(zhuān)用復(fù)位電路。stc89c51rc 系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程(isp)特性,這樣可以省去購(gòu)買(mǎi)通用編程器,單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載/燒錄用戶程序,無(wú)須將單片機(jī)從以生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下。對(duì)于一些尚未定型的設(shè)計(jì)可以一邊設(shè)計(jì)一邊完善,加快了設(shè)計(jì)速度,減少了一些軟件缺陷風(fēng)險(xiǎn)。由于可以在用戶的目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果,故無(wú)須仿真器。下圖2-2 是此單片機(jī)的引腳圖:圖 2-2 stc89c51rc 單片機(jī)引腳圖一、stc89c51rc 單片機(jī)的特點(diǎn):1

5、. 增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期,12 時(shí)鐘/機(jī)器周期 8051 cpu;2. 工作電壓:5.5v-3.8v;3. 工作頻率圍:0-40mhz,相當(dāng)于普通 8051 的 080m,實(shí)際工作頻率可達(dá) 48mhz;4. 4k 的 flash 程序存儲(chǔ)器;word 資料 .5. 片上集成 512 字節(jié) ram;6. isp/iap,無(wú)須專(zhuān)用編程器/仿真器;7. 通用 i/o 口,復(fù)位后:p1/p2/p3/p4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉,p0 口開(kāi)漏輸出,作為總線擴(kuò)展用時(shí),不用加上拉電阻,作為 i/o 口用時(shí)需加上拉電阻;8. eeprom 功能;9. 看門(mén)狗;10部集成 max810 專(zhuān)用復(fù)位電路(外部晶體

6、 20m 以下時(shí),可省略復(fù)位電路)11共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用;12外部中斷 4 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,power down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒;13超低功耗,正常工作模式,典型功耗2ma;掉電模式,典型功耗 0.5ua,可由外部中斷喚醒,中斷返回后,繼續(xù)執(zhí)行原程序;142 個(gè)數(shù)據(jù)指針;15通用異步串行口(uatr),還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) uatr;16工作溫度圍:075/4085;17封裝形式:pdip-40/plcc-44/pqfp-44。二、stc89c51 各引腳的功能描述如下:(1)電源

7、和晶振:v 運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加的電壓;ccv 接地;ssxtal1輸入到振蕩器的反向放大器;xtal2反向放大器輸出,輸入到部時(shí)鐘發(fā)生器。(2)rst:?jiǎn)纹瑱C(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端;(3)ale: 地址鎖存有效信號(hào)輸出端;(4) psen :片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。紅外測(cè)溫模塊紅外測(cè)溫模塊采用非接觸手段,解決了傳統(tǒng)測(cè)溫中需要接觸的問(wèn)題,具有回應(yīng)速度快,測(cè)量精度高,測(cè)量圍廣等優(yōu)點(diǎn)。它通過(guò)紅外溫度傳感器掃描被測(cè)物體,并把相應(yīng)的紅外輻射數(shù)據(jù)通過(guò)p1.5和p1.6口傳送給單片機(jī)模塊。圖 3 是紅外測(cè)溫模塊電路圖:word 資料 .圖 2 紅外測(cè)溫電路模塊面對(duì)目前眾多的紅外檢測(cè)器件產(chǎn)品,在設(shè)計(jì)中

8、選擇合適的紅外檢測(cè)器已成為一個(gè)重要問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇紅外線檢測(cè)器件時(shí),首先考慮的是器件的以下性能因素:光譜響應(yīng)圍、響應(yīng)速度、有效檢測(cè)面積、元件數(shù)量、制冷方式和檢測(cè)目標(biāo)的溫度。本紅外測(cè)溫儀選用了凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為tn9的紅外探測(cè)器作為測(cè)溫模塊,它是一種集成的紅外探測(cè)器,部有溫度補(bǔ)償電路和線性處理電路,因此簡(jiǎn)化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它的測(cè)量距離大約為 30 米,測(cè)量回應(yīng)時(shí)間大約為 0.5 秒。而且它具備 spi 接口,可以很方便地與單片機(jī)(mcu)傳輸數(shù)據(jù)。其相關(guān)資料如下:一、紅外測(cè)溫傳感器的引腳介紹vdc紅外測(cè)溫元件hjsensorga圖 4 紅外測(cè)溫傳感器引腳圖紅外測(cè)溫傳感器引腳圖如圖 2-4

9、,其中 v 為電源引腳 vcc,vcc 一般為 3v 到 5v 之間的電壓,一般取 3.3v;d 為數(shù)據(jù)接收引腳,沒(méi)有數(shù)據(jù)接收時(shí) d 為高電平;c 為 2khz clock輸出引腳;g 為接地引腳;a 為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)引腳,低電平有效。二、紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序紅外測(cè)溫模塊的時(shí)序圖如圖 5,在 clock 的下降沿時(shí)接收數(shù)據(jù)。(例:如果一次溫度測(cè)量需接收 5 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),這 5 個(gè)字節(jié)中:item 為 0x4c 表示測(cè)量目標(biāo)溫度,為 0x6c 表示測(cè)量環(huán)境溫度;msb 為接收溫度的高八位數(shù)據(jù);lsb 為接收溫度的低八位數(shù)據(jù);sum 為驗(yàn)證碼,接收正確時(shí) sum=item+msb+lsb;cr 為結(jié)

10、束標(biāo)志,當(dāng) cr 為 0xodh 時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。)word 資料 .clockdatadata0.1sec圖 2-5 圖 圖 圖 圖 圖 圖 圖紅外測(cè)溫模塊溫度值的計(jì)算以上面的例子:無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度,只要檢測(cè)到item 為 0x4ch 或者0x66h同時(shí)檢測(cè)到 cr 為 0x0dh,他們的溫度的計(jì)算方法都相同。計(jì)算公式:目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=temp/16-273.15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(cè)

11、得的溫度值為 5162/16-273.15=39.475.電平轉(zhuǎn)換模塊過(guò) rs232 轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)可以方便的同 pc 機(jī)進(jìn)行串口通信,可以同時(shí)接收或傳送外部送來(lái)的資料。但是進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件,因?yàn)閞s232 是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)的,而 ttl 是用高低電平來(lái)表示邏輯狀態(tài)的,因此,為了能夠同 pc 機(jī)接口或終端的 ttl器件連接,必須在 rs232 與 ttl 電平之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件,也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件,本設(shè)計(jì)采用max232 芯片它可完成 ttl 到 eia 雙向電平的轉(zhuǎn)換。rs-232c 是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)

12、,它規(guī)定了連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。rs-232 被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),它采取非均衡傳輸方式,即所謂的單端通信。典型的rs-232 信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng),發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出正電平+5+15v,負(fù)電平為-15-5v。無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí),線上為 ttl。從開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束,線上電平從 ttl 電平到 rs-232 電平,然后返回 ttl 電平。接收器典型的工作電平為+3+12v 與-12-3v。由于發(fā)送電平與接收word 資料 .電平的差僅為 23v 左右,所以其共模抑制能力差。加上雙絞線上的分布電容,其傳送距離最大約為 15 米,最高速度

13、為 20kb/s。rs232 轉(zhuǎn)換電路圖如圖 7圖 7 rs232 轉(zhuǎn)換電路max232c 芯片介紹max232c 是 rs232 與 ttl 電平之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的工具芯片,它是 maxim 公司生產(chǎn)、包括兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的 ic 芯片,適用于各種 eia-232c 和 v.28/v.24 的通信接口。max232c 芯片部有一個(gè)電壓變換器,可以把輸入的+5v 電源電壓變換成為 rs232 所輸出電平所需的電壓。所以,采用此芯片的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5v 電源就可以了。電源模塊stc89c51 的核共電為 5v,而此紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的紅外測(cè)溫模塊和 led 鍵盤(pán)模塊的共電電壓都可為 5v

14、,所以通過(guò)此電源模塊后,將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成5v 的單片機(jī)工作電壓,以保障紅外測(cè)溫系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖 9 電源電路word 資料 .2.6 鍵盤(pán)模塊圖 10 鍵盤(pán)電路原理圖鍵盤(pán)模塊采用動(dòng)態(tài)掃描的方式,鍵盤(pán)掃描電路輸出端和 led 顯示器段碼控制端口共用74hc164 的輸出 q q ,這樣減少占用更多的 i/o 口。07本系統(tǒng)的鍵盤(pán)采用 18 行列式鍵盤(pán)。其工作原理為: 單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行程序不斷掃描鍵盤(pán),檢查是否有鍵按下,當(dāng)掃描到有鍵按下時(shí)。經(jīng)過(guò)程序處理找出按下的鍵值,并調(diào)用相應(yīng)鍵操作程序完成對(duì)應(yīng)的鍵操作。其電路原理圖如圖10 所示。led 顯示模塊led 顯示模塊:數(shù)碼管顯示按顯示方式分動(dòng)態(tài)顯

15、示和靜態(tài)顯示兩種,靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定,占用很少的 cpu 時(shí)間,但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路,使用的電路硬件較多;動(dòng)態(tài)顯示需要 cpu 時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新,所謂的動(dòng)態(tài)就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器,對(duì)每一位顯示器而言,每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次,利用人的視覺(jué)留感達(dá)到顯示的目的。動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)有閃爍感,占用 cpu 時(shí)間多,但使用的硬件少,能節(jié)省線路板空間。本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示,顯示模塊由兩片 74hc164,8 個(gè) 8 段 led 數(shù)碼管組成。74hc164 為8 位移位寄存器,當(dāng)清除端(clear)為低電平時(shí),輸出端(qaqh)均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端(a,b)可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)a、b 任意一個(gè)為低電平,則禁止新數(shù)據(jù)輸入,在時(shí)鐘端(clock)脈沖上升沿作用下qa為低電平。當(dāng)a、b有一個(gè)為高電平,則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù),并在clock上升沿作用下決定qa的狀態(tài)。引出端符號(hào)clock 時(shí)鐘輸入端word 資料 .clear 同步清除輸入端(低電平有效)a,b串行數(shù)據(jù)輸入端輸出端qaqh邏輯及封裝圖(雙列直插封裝)兩片 74hc164 分別控制數(shù)碼管的位選和段選,其中控制位選信號(hào)的 74hc164 的輸出端 qaqd 通過(guò)電阻、三極管與數(shù)碼管的共陰極連接,用 p1.2 口控制 clock 脈沖信號(hào);另一個(gè)則通過(guò)電阻直接與數(shù)碼管連接輸送顯示的數(shù)字,p1.1

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