mlx 90614的應(yīng)用單片機(jī)課程設(shè)計(jì)論文

1、非接觸式溫度計(jì) 1摘要紅外測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程，產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線(xiàn)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。它打破了傳統(tǒng)的測(cè)溫模式，并且具備不影響被測(cè)物體溫度場(chǎng)、溫度分辨率高、回應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、不受測(cè)溫上限的限制、穩(wěn)定性好和可同時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度的特點(diǎn)，測(cè)量距離可達(dá)30米左右。 紅外測(cè)溫近年來(lái)在醫(yī)療、家庭自動(dòng)化、汽車(chē)電子、航空和軍事上得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)是一種方便用戶(hù)使用的溫度測(cè)量工具，功能穩(wěn)定，運(yùn)行速度快，可以作為一個(gè)簡(jiǎn)易的非接觸式體溫測(cè)量計(jì)使用。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)、顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度信息并具備聲光報(bào)警等功能。本系統(tǒng)主要是采用MLX

2、90614紅外測(cè)溫傳感器和AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)通過(guò)SMbus 方式與MLX90614 進(jìn)行通信，將讀出的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，之后驅(qū)動(dòng)LCD 模塊顯示測(cè)量溫度 關(guān)鍵詞：紅外線(xiàn)溫度測(cè)量，MLX90614傳感器，LCD12864液晶顯示，AT89C51單片機(jī)目錄 摘要I目錄II一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1二、硬件電路設(shè)計(jì)22.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)22.1.1最小系統(tǒng)電路22.1.2 晶振和復(fù)位電路22.2 傳感器電路設(shè)計(jì)42.2.1 MLX90614紅外測(cè)溫傳感器介紹42.2.2 MLX90614傳感器電路52.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)52.3.1 LCD液晶顯示介紹5三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73.

3、1 紅外測(cè)溫模塊設(shè)計(jì)7四、整體電路原理圖9五、程序設(shè)計(jì)9III一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用51單片機(jī)為核心，用紅外溫度傳感器MLX90614數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后送LCD顯示。該設(shè)計(jì)主要有三大模塊組成、紅外溫度采集模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、LCD顯示模塊。系統(tǒng)整體框圖如1.1： 圖1.1 系統(tǒng)整體框圖1二、硬件電路設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.1.1最小系統(tǒng)電路該系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為核心器件，其模塊的工作原理是：加載相應(yīng)程序的AT89C51單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)LCD液晶顯示。單片機(jī)需要一定的外接電路才能正常工作即單片機(jī)最小系統(tǒng)，電路如圖2.1所示，其主要包括AT

4、89C51單片機(jī)、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。圖2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.1.2 晶振和復(fù)位電路晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的，這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。晶振電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格3地工作。通常在引腳XTALl和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，如圖3.3中Y2、C11、C12?？梢愿鶕?jù)情況選擇6MHz、12MHz或24MHz等頻率的石英晶體。而單片機(jī)工作速度是每秒 11.0592M，即此次晶振選擇12M，補(bǔ)償電容通常選擇30pF左右的瓷片電容。晶振電路如圖2.2

5、 所示。 圖2.2 晶振電路復(fù)位的條件：RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(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。上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容的充電電流的減小，RST引腳的電位逐漸下降。當(dāng)需要復(fù)位是，按下按鍵，利用電容放電使RST引腳為高電平，單片機(jī)復(fù)位。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖2.3 所示。圖2.3 復(fù)位電路2.2 傳感器電路設(shè)計(jì)2.2.1 MLX90614紅外測(cè)溫傳感器介紹由紅外溫度傳感器、低噪聲放大器、AD轉(zhuǎn)換器、DSP單元、脈寬調(diào)制

6、電路及邏輯控制電路構(gòu)成，熱電堆輸出的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部高性能、低噪聲的運(yùn)算放大器放大后，送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），ADC輸出的17位數(shù)字經(jīng)過(guò)可編程FIR和IIR低通濾波器（即框圖2.4中的DSP）處理后輸出，該輸出作為測(cè)量結(jié)果保存在MLX90614內(nèi)部RAM存儲(chǔ)單元中，可以通過(guò)SMBus讀??；同時(shí)測(cè)量結(jié)果送到后級(jí)數(shù)子式脈沖寬度調(diào)制電路，將測(cè)量結(jié)果以PWM的方式輸出。圖2.4 MLX90614內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖MLX90614采用4腳罐形封裝（TO239），頂端引腳分布視圖如圖2.5所示，具體的引腳功能如下： 圖2.5 MLX90614的頂端引腳分布視圖VDD：外部電源輸入；VSS：地，和外殼相連；S

7、CL/Vz：當(dāng)MLX90614為SMBUS模式時(shí)SCL為串行輸入，為PWM模式時(shí)Vz為由外部電路置高電平；SDA/PWM：當(dāng)MLX90614為SMBUS模式時(shí)串行數(shù)據(jù)輸入輸出接口，為PWM模式時(shí)做為PWM波輸出接口。2.2.2 MLX90614傳感器電路MLX90614硬件電路連接如圖2.6所示，傳感器的SCL/VZ 、PWM/SDA管腳直接連接單片機(jī)的普通I/O口，即單片機(jī)上的P1.0和P1.1并通過(guò)這兩個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與傳感器相互之間的數(shù)據(jù)的傳輸。VDD為電源引腳接+5V，VSS為地端。由于MLX90614的輸入輸出接口是漏級(jí)開(kāi)路（OD）結(jié)構(gòu)，需要加上拉電阻即圖3.6中的R4和R5（1

8、0K）。圖2.6 MLX90914紅外傳感器電路設(shè)計(jì)2.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)2.3.1 LCD液晶顯示介紹在顯示電路單元的模塊中，帶中文字庫(kù)的LCD12864是一種具有4位/8位并行、2線(xiàn)或3線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII碼字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字并完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)

9、陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。圖2.7為L(zhǎng)CD12864芯片引腳圖，其具體引腳功能如下：圖2.7 LCD12864芯片引腳Vss：電源地（GND）；Vdd：電源電壓（+5V）；VO：LCD驅(qū)動(dòng)電壓（可調(diào)對(duì)比度），VCC和VOUT接可調(diào)電阻，中間抽頭接至VO；RS：并行模式：RS=0，指令寄存器；RS=1，數(shù)據(jù)寄存器。串行模式：片選；R/W：并行模式：R/W=0為寫(xiě)。R/W=1為讀。串行模式：數(shù)據(jù)；E：并行模式：允許信號(hào)。串行模式：脈沖；DB0-DB7：并行模式：數(shù)據(jù)0。串行模式：不連接；PSB：并行模式：PSB=1。串

10、行模式：PSB=0；NC：不需要連接；RESET：復(fù)位端，低電平有效；BLA、 BLK：背光的正極、負(fù)極，接+5V、0V。 三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 紅外測(cè)溫模塊設(shè)計(jì)MLX90614 與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)SMBus 協(xié)議進(jìn)行傳輸，單片機(jī)作為主設(shè)備與作為從設(shè)備的MLX90614進(jìn)行通信。讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)的格式分別見(jiàn)圖3.1、圖3.2。其中，S 為起始位，Slave Address 為從器件地址，Wr 為寫(xiě)標(biāo)志，Command為命令字節(jié)，Rd 為讀標(biāo)志，PEC 為出錯(cuò)數(shù)據(jù)包，P 為停止位。 圖3.1 讀數(shù)據(jù)格式 圖3.2 寫(xiě)數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序如圖3.3 所示，在SCL 變?yōu)榈碗娖?00 ns后，

11、將16 位數(shù)據(jù)分2 次傳輸，每次傳送一個(gè)字節(jié)。每個(gè)字節(jié)都是按照高位( MSB) 在前，低位( LSB) 在后的格式傳輸，2 個(gè)字節(jié)中間的第9 個(gè)時(shí)鐘為應(yīng)答時(shí)鐘。 圖3.3 SMBus數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序圖多個(gè)MLX90614可以用于一個(gè)系統(tǒng)中，通過(guò)地址不同區(qū)分器件，器件默認(rèn)的地址為 5AH ，因此在多MLX90614 系統(tǒng)中，需要給每個(gè)MLX90614 分配一個(gè)不同的地址。在只有一個(gè)MLX90614 的系統(tǒng)中，MLX90614 識(shí)別地址 00h，即在單個(gè) MLX90614 系統(tǒng)中，可以使用該地址訪(fǎng)問(wèn)它。系統(tǒng)數(shù)據(jù)操作程序流程如圖3.4所示。每次發(fā)送完一個(gè)字節(jié)，就判斷對(duì)方是否有應(yīng)答，如果有應(yīng)答就接著發(fā)送下

12、一個(gè)字節(jié)；如果沒(méi)有應(yīng)答多次重發(fā)該字節(jié)，直到有應(yīng)答，就接著發(fā)送下一個(gè)字節(jié)，如果多次重發(fā)后，仍然沒(méi)有應(yīng)答就結(jié)束。接收數(shù)據(jù)時(shí)，每次接收一個(gè)字節(jié)（按位接收，接收8 個(gè)位就是一個(gè)字節(jié)），向?qū)Ψ桨l(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)后，就可以繼續(xù)接收下一個(gè)字節(jié)。 圖 3.4 MLX90614數(shù)據(jù)流程圖四、整體電路原理圖 圖4.1整體原理圖五、程序設(shè)計(jì)void main() uint Tem;/溫度變量uint Temh;SCK=1;SDA=1;delay(4);SCK=0;delay(1000);SCK=1; screen_initial(); /液晶初始化函數(shù)dis_str(1,3,"東北農(nóng)業(yè)大學(xué)");dis_str(2,1,"溫度