課程設(shè)計說明書-改1.

1、蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院COLLEGEOFTECHNOLOGYANDENGINEERING.LUT傳感器技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計說明書課設(shè)題目紅外測溫儀班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師時間摘要紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程，產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線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)的測溫模式，并且具備不影響被測物體溫度場、溫度分辨率高、回應(yīng)速度快、測量精度高、測量范圍廣、不受測溫上限的限制、穩(wěn)定性好和可同時測量環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度的特點(diǎn)，測量距離可達(dá)30米左右。紅外測溫近年來在醫(yī)療、家庭自動化、汽車電子、航空和軍事上得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的紅外測溫儀系統(tǒng)是一種方便用戶使用的溫度測量工具

2、，功能穩(wěn)定，運(yùn)行速度快，可以作為一個簡易的非接觸式體溫測量計使用。系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測、顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度信息并具備聲光報警等功能。本系統(tǒng)主要是采用MLX9061包外測溫彳感器和AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)通過SMbus方式與LX90615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LCD模塊顯示測量溫度關(guān)鍵詞：紅外線溫度測量，MLX90614專感器,LCD16021晶顯示，AT89C51單片機(jī)摘要傳統(tǒng)的接觸式測溫模式存在響應(yīng)時間長、易受環(huán)境溫度的影響等缺點(diǎn)。而紅外測溫是根據(jù)被測物體的紅外輻射能量來確定物體的溫度，不需與被測物體接觸，具有不影響被測物體溫度場、溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、測溫

3、范圍廣、不受測溫上限的限制、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因此，設(shè)計一套紅外測溫儀。設(shè)計的紅外測溫儀以AT89C5第片機(jī)為核心，紅外測溫傳感器（MLX90614在測量溫度后，以SMbuS?式與單片機(jī)進(jìn)行通信，單片機(jī)讀取溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，之后驅(qū)動LCD模塊顯示測量溫度。一旦溫度超過設(shè)定閥值，立刻進(jìn)行聲光報警。該紅外測溫儀具有功能穩(wěn)定，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)。是一種便攜式溫度測量儀關(guān)鍵詞：紅外線溫度測量，MLX90614專感器，AT89C51單片機(jī)目錄第1章緒論1.1 課題開發(fā)的背景和現(xiàn)狀1.2 課題開發(fā)的目的和意義1.3 課題技術(shù)性能指標(biāo)2紅外測溫工作原理4系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇1.1.5 方案選擇1 方案一1 方案

4、二1 方案對比選擇1.2.5 總體方案設(shè)計3系統(tǒng)主要器件的方案選擇2 傳感器的方案選擇2 紅外探測器的分類2 傳感器的選擇2 顯示器的方案選擇2 單片機(jī)的方案選擇5系統(tǒng)各模塊硬件設(shè)計5.3 系統(tǒng)主電路5.4 MCU主控模塊5.5 紅外溫度測量模塊5.5.1 MLX90614的特性5.5.2 MLX90614的內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.5.3 MLX90614的接口電路5.6 電源模塊5.7 聲光報警模塊5.8 LCD顯示模塊6系統(tǒng)軟件設(shè)計MLX90614的SMBu痣輸協(xié)議軟件流程圖主程序設(shè)計7系統(tǒng)誤差分析與改進(jìn)方法8課程設(shè)計心得體會9參考文獻(xiàn)附錄1總電路圖2元器件清單第一章緒論1課題開發(fā)的背景和現(xiàn)狀紅外輻射

5、這一物理現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)在1800年，但直到本世紀(jì)50年代，紅外技術(shù)才開始進(jìn)入廣泛應(yīng)用的階段。非接觸測溫技術(shù)也叫輻射測溫，最早的非接觸測溫就是以光學(xué)高溫計為代表的高溫法，以后，人們根據(jù)斯蒂芬.玻爾茲曼公式，利用黑體輻射能與熱力學(xué)溫度的關(guān)系進(jìn)行測溫，這就是全輻射測溫和部分輻射測溫法，還有的人在光學(xué)高溫計上進(jìn)行改進(jìn)，出現(xiàn)了光電高溫計、紅外溫度計等。紅外測溫優(yōu)點(diǎn)如下：.它的測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測量準(zhǔn)確度。.測溫范圍寬，在理論上無測量上限，可以測量相當(dāng)高的溫度.探測器的響應(yīng)時間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動態(tài)測量.不必接觸被測物體，操作方便.可以確定微小目標(biāo)的溫度隨著工農(nóng)業(yè)、國防

6、事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線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。近20年來，國內(nèi)紅外溫度測量在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大，市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但是比起國外，我們?nèi)蕴幱谄鸩酵?，高度低的狀況，就溫度儀來說，美國紅外線測溫儀型號：Fluke62Mini（非接觸式溫度測量）特點(diǎn)：較寬的溫度范圍到500C；高光學(xué)分辨率；激光瞄準(zhǔn)；高精度；背景光顯示；同時顯示測量的最大值溫度范圍：-30-

7、500C（932下）精度：10C-30c（50F-86下）時為土1c（±2下），德國一家公司制造的，響應(yīng)時間因?yàn)橐幻腌?，日本的溫度測量技術(shù)精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先世界同種技術(shù)。課題開發(fā)的目的和意義為了克服傳統(tǒng)的溫度計測量溫度的主要缺點(diǎn)一一需要測量者與被目標(biāo)近距離接觸和測量不方便。在顧及儀器測量高精度前提下，以追求最低成本為原則，本文設(shè)計紅外測溫的整體系統(tǒng)構(gòu)架。接著根據(jù)紅外測溫原理，主要針對人體體溫測量進(jìn)行了具體的設(shè)計開發(fā).開發(fā)包括硬件電路，外圍工藝，單片機(jī)程序和主機(jī)程序，對人體的溫度測量的誤差低于土o.1Co紅外測溫為測量各種溫度提供了快速、紅外測量手段，可廣泛、有效地用于密集人群的體溫測量。

8、紅外測溫針對特定人群，比如兒童或老人，極其方便。此次設(shè)計的體溫測量計可以數(shù)字的方式顯示出測量結(jié)果，使測量過程變得直觀，而且具有較高的靈敏度，可以在幾秒鐘內(nèi)測得結(jié)果，且壽命長，是較為理想的測溫器。在本設(shè)計中，整合大學(xué)所學(xué)的各種專業(yè)知識，并運(yùn)用到實(shí)際生活中，并在其中應(yīng)用了當(dāng)今的新技術(shù)，此設(shè)計能跟上科技大潮的步伐。紅外測溫現(xiàn)在應(yīng)用日益廣泛，在生活中應(yīng)用很多。在我國甲流、SARS時，紅外測溫是最常用的測量技術(shù)，無接觸，不感染，對人們戰(zhàn)勝疾病，起到很重要的作用。無論是過去還是將來，紅外測溫應(yīng)用必將日益廣泛。本設(shè)計就是基于這種思路，從基礎(chǔ)入手，利用紅外測溫技術(shù)，提高了測溫的距離，和測溫的范圍，在傳統(tǒng)測溫的

9、基礎(chǔ)上更進(jìn)一步。本設(shè)計在人們的生活中，會得到推廣并應(yīng)用與各個領(lǐng)域。課題的技術(shù)性能指標(biāo)1題目說明測溫方式一般可以分為接觸式和非接觸式測溫。接觸式測溫優(yōu)點(diǎn)是簡單、可靠、測量精度高，但只能測量被測物體與測溫傳感器達(dá)到熱平衡后的溫度，所以缺點(diǎn)就是響應(yīng)時間長、易受環(huán)境溫度的影響；而紅外測溫是根據(jù)被測物體的紅外輻射能量來確定物體的溫度，不需與被測物體接觸，具有不影響被測物體溫度場、溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、測溫范圍廣、不受測溫上限的限制、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，近年來在醫(yī)療、家庭自動化、汽車電子、航空和軍事上得到廣泛應(yīng)用。因此，設(shè)計一套紅外測溫系統(tǒng)，可以作為一個簡易的非接觸式溫度測量計使用。系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r檢測、顯

10、示當(dāng)前環(huán)境的溫度信息，并具備報警等功能。2技術(shù)要求(1)溫度測量范圍一20C-+5OC精度為±0.1C;(2)采用紅外測溫方式；(3)從便于攜帶方面考慮，選用體積小、耗能少的液晶顯示器顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度信息。2紅外測溫工作原理紅外測溫是輻射式測溫的一種，是利用物體的熱輻射現(xiàn)象來測量物體溫度的。紅外輻射的基本依據(jù)是玻耳茲曼、普朗克等人的黑體輻射定律。黑體是一種理想物體，它們在相同的溫度下都發(fā)出同樣的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀等特性無關(guān)，通過實(shí)現(xiàn)和計算得出黑體輻射定律。一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布一一與它

11、的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)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)。物體發(fā)射率對輻射測溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。所有實(shí)際物體的輻射量除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因素在

12、：.材料種類.表面粗糙度.理化結(jié)構(gòu).材料厚度自然界一切溫度高于絕對零度(一273.15C)的物體，具輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合基爾霍夫輻射定律。只要測量出所發(fā)射的E,就可得出溫度，這就是紅外測溫的原理。利用這個原理制成的溫度測量儀表在測量時不需要與被測對象接觸，因此屬于非接觸式測量。紅外測溫范圍很寬，從一50c直至高于3000C0在不同的溫度范圍，對象發(fā)出的電磁波能量的波長分布不同，在常溫(0100C)范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長。本設(shè)計選用的MLX9061紅外測溫傳感器,測溫范圍為-70C-380Co當(dāng)用紅外線測溫，測量目標(biāo)的溫度時首先要測量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射

13、量，紅外能量被紅外溫度傳感器接收，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照系統(tǒng)內(nèi)部的算法校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值，然后由測溫系統(tǒng)計算出被測目標(biāo)的溫度。4系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇方案選擇方案一在該方案中，系統(tǒng)可以分為模擬紅外溫度傳感器（內(nèi)含環(huán)境溫度測量）模塊、放大電路模塊、AD轉(zhuǎn)換電路模塊、MC匹控模塊、聲光報警模塊、LED顯示模塊和電源模塊。如下圖4.1所示。所謂的模擬傳感器就是傳感器的輸出是模擬量，而不是可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字量，所以他需要通過信號放大和AD轉(zhuǎn)換等處理才能傳輸給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)的處理。圖4.1方案一的系統(tǒng)框圖首先模擬紅外溫度傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，然后

14、經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出對應(yīng)的電壓值，傳感器同時通過片上溫度傳感器測量環(huán)境溫度/傳感器溫度。這兩個紅外溫度傳感器的輸出量通過放大電路和AD轉(zhuǎn)換電路處理后傳輸?shù)組CU真塊進(jìn)行相關(guān)的處理（軟件濾波、黑體校定等），然后通過LED模塊顯示相應(yīng)的人體溫度。方案二該方案與第一個方案的最大區(qū)別是：在本方案中采用數(shù)字紅外溫度傳感器代替模擬紅外溫度傳感器。由于數(shù)字紅外傳感器內(nèi)部集成了運(yùn)放電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和數(shù)字信號處理器，所以只需通過傳感器的數(shù)據(jù)接口就可以把傳感器所測量的人體溫度數(shù)據(jù)直接傳輸給MCUfc控模塊處理并顯示。系統(tǒng)框圖如下圖3.2所示圖4.2方案二的系統(tǒng)框圖方案對比選擇對于方案一，模擬傳感器的成本相

15、對要低，而且整個系統(tǒng)設(shè)計的自由度相對要高一些，但是也使得系統(tǒng)電路變的更為復(fù)雜。例如集成運(yùn)放電路要用到雙電源供電，這就使得電源模塊的設(shè)計變得復(fù)雜、功耗變大和效率變得更低，這對于使用電池供電的便攜式系統(tǒng)是不利的。同時在軟件設(shè)計方面，要涉及到濾波處理、溫度線性校準(zhǔn)處理和黑體校定等，這使得設(shè)計工量大大增加。而且對于開發(fā)者的開發(fā)環(huán)境要求較高，例如要具備黑體校定的設(shè)備等。而雖然在方案二里采用的數(shù)字傳感器的成本相對模擬傳感器的較高，但整個系統(tǒng)的設(shè)計相對簡單，數(shù)字紅外溫度傳感器可以與MClfi接相連接（需要接上拉電阻），由于不需要額外的集成運(yùn)放電路，所以也不需要用到雙電源供電，因而使得電源模塊的設(shè)計簡化，電池

16、的利用效率更高。由于該方案的電路簡單且集成度高，所以功耗更低。而且相比第一個方案，無需黑體校正。所以開發(fā)時間要比方案一少。這也意味著方案的總體成本（硬件成本、開發(fā)時間成本等）其實(shí)要比方案一要低。綜上所述，本次設(shè)計采用方案二更合理?？傮w方案設(shè)計經(jīng)過論證對比后，本次設(shè)計選擇了方案二的設(shè)計。在該方案里，整個系統(tǒng)從硬件上可以分成5個子模塊：分別是紅外溫度測量模塊、MCUE控模塊、聲光報警模塊、LCD顯示模塊和電源模塊（如圖4.2所示）。其中本系統(tǒng)的紅外測溫傳感器采用Melexis公司設(shè)計生產(chǎn)的低成本紅外溫度測量數(shù)字傳感器MLX90614MLX9061時的紅外溫度傳感元件是工業(yè)級硅片，它帶有的一個薄型微

17、機(jī)械加工隔膜來過濾掉環(huán)境紅外線的影響，環(huán)境溫度由芯片內(nèi)置的熱電偶測得。定制的內(nèi)置信號調(diào)節(jié)芯片放大微小的熱電偶電壓并將其數(shù)字化，通過使用芯片EEPROM儲器中儲存的生產(chǎn)廠設(shè)定校準(zhǔn)參數(shù)，計算出物體的溫度。數(shù)字輸出溫度是完全線性化并對環(huán)境溫度進(jìn)行過補(bǔ)償?shù)?。通過SMBu減連續(xù)的PWM&號，傳感器將結(jié)果輸送到使用者應(yīng)用中。整個溫度計系統(tǒng)封裝在一個金屬罐中。對于OEMfU造商來說，這些特性提供如下的優(yōu)點(diǎn)：不需要昂貴的外部組件，能夠輕松將傳感器整合到應(yīng)用電路（PCB上。這種自容式系統(tǒng)解決了微小電壓信號、環(huán)境影響和電磁兼容性的設(shè)計難題，否則這些因素會導(dǎo)致紅外線溫度測量的很多困難和麻煩。同目前市場上的其

18、它紅外線解決方案相比，高度的集成化使得MLX9061M具價格優(yōu)勢。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：實(shí)時檢測、顯示當(dāng)前所測溫度信息和聲光報警3系統(tǒng)主要器件的方案選擇傳感器的方案選擇紅外探測器的分類紅外探測時紅外測溫儀的重要組成部分，它對測量的精度和范圍有著重要的意義。它可以分為熱探測儀和電子探測儀兩大類。熱探測儀分為熱電堆探測器、光電導(dǎo)探測器、光生伏特器和光電磁探測器等，而光子探測器則分為光電子發(fā)射器、光電導(dǎo)探測器、光生伏特器和光電磁探測器等。熱電堆探測器采用熱電堆為探測元件，利用塞貝爾效應(yīng)，測量比較準(zhǔn)確。熱敏電阻探測儀是根據(jù)物體受熱后電阻會發(fā)生變化的性質(zhì)而制成的紅外探測器，它可以響應(yīng)從X射線到微波波段

19、的整個范圍，可在室溫下正常工作，但由于其時間常數(shù)大，只適用于響應(yīng)速度不高的場合。氣體探測器是氣室內(nèi)的吸收膜吸收紅外輻射升溫，加熱工作氣體，由氣體膨脹給出電信號。熱釋電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬、靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣、容易使用。常用熱釋電探測器有硫酸三甘鈦探測器、鋰酸鍬鋼探測器等。紅外光子探測器是利用光子效應(yīng)制成的紅外探測器。常用的光子探測器有光電二極管、光敏二極管、Insb光電磁探測器。紅外光子探測器的主要缺點(diǎn)是需要制冷，因?yàn)樗枰评鋪硪种朴捎跓徇\(yùn)動而產(chǎn)生的自由載流子。新一代近室溫光電探測器利用排斥效應(yīng)、提取效應(yīng)以及磁

20、集中效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)靜態(tài)耗盡，實(shí)現(xiàn)非制冷條件下的紅外探測。傳感器的選擇方案一采用紅外線溫度傳感器IRTR。IRTR系列紅外傳感器是一種集成的多用途工業(yè)傳感器，因此不能用人體測溫，故不用此方案。方案二采用熱釋電紅外線傳感器D203S該型傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。但這種傳感器一般用于開關(guān)電路，紅外防盜報警等方面，若要用于測量體溫，則需要加入步進(jìn)電機(jī)等進(jìn)行斬光處理，硬件上的復(fù)雜性決定了它的穩(wěn)定性不高，故不選此方案。方案三采用熱電堆紅外傳感器MLX90614,MLX9061懸Melexis公司生產(chǎn)的并集成了放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換等功能的非接觸式紅外溫度

21、傳感器。它以非接觸的方式檢測物體發(fā)射出來的紅外線能量，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號輸出。由于MLX90614具有較小的熱慣性和較高的靈敏度，因此非常適合醫(yī)學(xué)測溫，故選方案三。顯示器的方案選擇方案一選用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有耗能低、電壓低、壽命長、對外界環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，但其也有電路復(fù)雜、占用資源較多、顯示信息少、不宜顯示大量信息等缺點(diǎn)，故不選此方案。方案二選用液晶顯示器顯示。液晶顯示器與數(shù)碼管相比，有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：微功耗、尺寸小、顯示信息量大、字跡美觀、視覺舒適而且容易控制。而本系統(tǒng)需要顯示直觀的信息，并且顯示的信息量比較大，所以應(yīng)選用顯示功能更好的液晶顯示器，故選擇方案二。單片機(jī)的方案選擇方

22、案一采用MCS-51單片機(jī)。傳統(tǒng)的單片機(jī)具有價格低廉、易于掌握等特點(diǎn)，但也有功能單一、RAMRO臃問小等缺點(diǎn)，故不選此方案。方案二采用AT89C51單片機(jī)。AT89C51與MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是一樣的，編程所使用的指令以及單片機(jī)的管腳都與MCS-5俾片機(jī)相同，即完全兼容,由于采用了Flash工藝制作的內(nèi)部存儲器，用戶可以用電的方式進(jìn)行反復(fù)快速擦除、改寫，這給初學(xué)者在設(shè)計中提供了極大的方便。故選方案二。在嵌入式領(lǐng)域中有多種微處理器可以選擇，比如FPGADSR單片機(jī)、ARM等，在這些處理器中單片機(jī)的價格最低，性能適中，適合此類場合。下面對一些常用的單片機(jī)類型進(jìn)行說明：51系列單片機(jī)。51單

23、片機(jī)是對目前所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱，其代表型號有ATME公司的AT89系歹U等，Philips、華邦、Dallas、Siemens(In巾neon)等公司也有許多兼容的產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、白色家電等領(lǐng)域之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。AVR系列單片機(jī)。AVR單片機(jī)是1997年由ATME公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(ReducedInstructionSetCPU)精簡指令集高速8位單片機(jī)。AVR單片機(jī)廢除了機(jī)器周期，拋棄復(fù)雜指令計算機(jī)(CISC)追求指令完備的做法；采用精簡指令集，以字作為指

24、令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。MSP4300MSP430系列是一個16位、具有精簡指令集、超低功耗的混合型單片機(jī)，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。片上集成了AD.DAPWMLCDB動，其比較器AD采樣方式能達(dá)到很高的精度，開發(fā)系統(tǒng)也很便宜。缺點(diǎn)是在位操作時有點(diǎn)麻煩，不適合用于邏輯控制以及對功耗不敏感的使用場合。從成本、開發(fā)的難易程度考慮，選用ATME公司的AT89C511片機(jī)。它是一種低功耗、高性能CMOS眇微控制器，具有8K可

25、編程Flash存儲器，與80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，有8K字節(jié)的Flash,256字節(jié)RAM32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時/計數(shù)器，1個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工用行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。55.1系統(tǒng)主電路系統(tǒng)各模塊硬件設(shè)計基于AT89C51單片機(jī)的紅外測溫儀的硬件設(shè)計采用目前使用比較廣泛的模塊化設(shè)計思想，將整個系統(tǒng)分成5大模塊：MC控模塊、紅外溫度測溫模塊、電源模塊、聲光報警模塊和LED顯示模塊。通過劃分模塊的方法，可以把一個復(fù)雜的問題分割成幾個相對容易解決的問題，分別予以解決，大大簡化了設(shè)計的難度。系統(tǒng)主電路圖如下圖4.1所示圖5.1系統(tǒng)主電路圖5.1

26、MCU主控模塊該紅外測溫儀系統(tǒng)是以AT89C51單片機(jī)為核心器件，此MCUfc控模塊的工作原理是：加載相應(yīng)程序的AT89C51單片機(jī)把紅外測溫模塊傳來的數(shù)據(jù)加以處理，送LED顯示器顯示和在溫度超限時聲光報警。MCUfcg電路如下圖5.2所示1DKSIP1.0P1.LPt.2Pl端PI5Pl.fiPI.7(AD1JP0J(AD3JPO3(AD43P04(AD5)P05(AD6W-6(AD'JPCP3JiJZNTl)0*mrrg(ASJP2("81pm%1，P5.4<TOJ2All>PL3；A12)P2.4(A13JP2-5rVPP>XTAL1XTAL2(A14

27、JPZ5爐工-vccGKD(RXD)P3口axpyjiR3TP37®ALEPROGPSENATBSC51圖5.2MCU主控電路其復(fù)位電路如圖5.2左邊下部分，本MCUE控模塊是通過開關(guān)手動復(fù)位的，只要在RST弓I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)位溫度測量數(shù)據(jù)。而單片機(jī)的振蕩電路選用的是晶振振蕩電路，其具體電路如圖2-1左邊上部分。采用晶體震蕩電路的原因是因?yàn)樗念l率穩(wěn)定性好，而這正是本紅外測溫儀系統(tǒng)非常重要的技術(shù)要求。5.2紅外溫度測量模塊此紅外溫度測量模塊采用非接觸手段，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

28、精度高，測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。紅外測溫器件MLX90614內(nèi)部集成了放大、A/D轉(zhuǎn)換、濾波和數(shù)字信號處理等功能，其可以測量的溫度范圍為-70C380C,對于測體溫是完全可以滿足要求。MLX90614的特性MLX90614系列測溫芯片是Melexis公司生產(chǎn)的一種使用方便的高精度紅外測溫芯片，它具有數(shù)字PWMDSMBusW種輸出方式。熱量由芯片熱電偶測得。MLX90614在其信號調(diào)節(jié)芯片中采用了先進(jìn)的低噪音放大器，一個17位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理單元，放大微小的熱電偶電壓并將其數(shù)字化，通過使用芯片EEPRO怵儲器中儲存的生產(chǎn)廠設(shè)定的校準(zhǔn)參數(shù)，計算出物體的溫度。數(shù)字輸出溫度是完全線性化并對環(huán)境溫度

29、進(jìn)行過補(bǔ)償?shù)?。使得它能保?.01C溫度精確度，在0C-50c的物體溫度范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)的MLX90614具有土0.5C的絕對精確度；在該范圍以外，精確度為土1C。調(diào)試后，可以達(dá)到土0.2CcMLX90614允許-40C-125C的超大工作溫度范圍，以及-70C-380C的擴(kuò)展物體溫度范圍。以上兩個溫度的上下限制為其工作的極限范圍，如果需要較小的測溫范圍，可以通過SMBus總線彳改E2PROM!相應(yīng)溫度上下限控制字來改變這個范圍，從而提高精度。MLX90614的引腳分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)MLX9061布用4腳罐形封裝（TO239,頂端引腳分布視圖如圖5.3所示。具體的引腳功能如表5.1所示。L圖5.3ML

30、X90614的頂端引腳分布視圖引腳號SMBUSPWM引腳名稱功能引腳名稱1功能1SCL串行時鐘輸入Vz由外部電路置圖電平2SDA用行數(shù)據(jù)輸入輸出接口PWM做為PWMfc的輸出接口3VDD外部電源輸入VDD外部電源輸入4VSS地，和外殼相連VSS地，和外殼相連表5.1MLX90614的引腳功能表MLX90614由紅外溫度傳感器、低噪聲放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP單元、脈寬調(diào)制電路及邏輯控制電路構(gòu)成，MLX90614內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖5.4所示。熱電堆輸出的溫度信號經(jīng)過內(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俞出的17位數(shù)字經(jīng)過可編程FIR和IIR低通濾波器（即框圖中的

31、DSP處理后輸出，該輸出彳為測量結(jié)果保存在MLX9061縱部RAM存儲單元中，可以通過SMBuS實(shí)取；同時測量結(jié)果送到后級數(shù)子式脈沖寬度調(diào)制電路，將測量結(jié)果以PWM勺方式輸出。Biri'A圖5.4MLX90614內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖MLX90614的接口電路MLX90614勺SCL/Vz管腳和PWM/SDA腳直接連接單片機(jī)的普通I/O即可，由于MLX90614勺輸入輸出接口是漏級開路結(jié)構(gòu)，需要加上拉電阻。多個MLX90614可以用于一個系統(tǒng)中，每個MLX90614寸應(yīng)一個不同地址，通過地址的不同而訪問不同的MLX90614最多可以達(dá)到127個。MLX90614勺接口電路如圖5.5所示。<

32、;SCK<SDA4-5VR210KSCL1SDA2U1+5VOSCL/VzPWNI/SDAVDDVSSMLX90614圖5.5MLX90614的接口電路圖電源模塊電源設(shè)計需要功能可靠，且每一個板上都有CBB電容和高品質(zhì)的ELNA電容做退耦，如圖5.6所示U19J4CON2GND圖5.6電源電路通過對電路的觀察，發(fā)現(xiàn)設(shè)計所用的電源都是直流電源+5V,所以采用三端集成穩(wěn)壓器LM7805可以方便的實(shí)現(xiàn)此功能。先將220V/50Hz的交流電源電壓通過變壓器將其電壓轉(zhuǎn)換為12V,然后加入電橋進(jìn)行整流，接著通過電容和LM7805&成的電路進(jìn)行濾波,得到所要求的+5V的電壓。聲光報警模塊報警裝

33、置部分采用的是聲光報警，當(dāng)目標(biāo)溫度超過設(shè)定的上/下限溫度后，蜂鳴器長響，發(fā)光二極管同時亮，提示目標(biāo)溫度超范圍，如圖5.7所示DILEDONPRLSIBuzzer工Y理中膽路電警報光LCD16021字符型液晶器，這是LCD其顯示電路如圖5.8所示LCD顯示模塊LCD1602是金鵬公司生產(chǎn)的液晶顯示器，具有微功耗、尺寸小、顯示信息量大、字跡美觀、視覺舒適而且容易控制等特點(diǎn)。一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式VSSVTLR號KW耳:EX2D3D4AT>6D7BLKBl二圖5.8LCD顯示電路6系統(tǒng)軟件設(shè)計MLX90614的SMBu痣輸協(xié)議MLX90615與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸通過SMBu

34、s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MLX90614S行通信。讀、寫數(shù)據(jù)的格式分別見圖6.1、圖6.2。其中，S為起始位，SlaveAddress為從器件地址，Wr為寫標(biāo)志，Command為命令字節(jié)，Rd為讀標(biāo)志，PEC為出錯數(shù)據(jù)包，P為停止位。17117117IISSlaveAddressWrACommnnilASrSlaveAik!re?isRdA8I8I8IIDataByULmvADdLjByleiighAPELAP圖6.1讀數(shù)據(jù)格式I7117(SSIeXddrtsWtAContiitatidA8IR1X1】IIIlliByteIowADntnByteHigh.PECAP圖6.

35、2寫數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)傳輸時序如圖6.3所示，在SCL變?yōu)榈碗娖?00ns后，將16位數(shù)據(jù)分2次傳輸，每次傳送一個字節(jié)。每個字節(jié)都是按照高位（MSB）在前，低位（LSB）在后的格式傳輸，2個字節(jié)中間的第9個時鐘為應(yīng)答時鐘。SDA不IjII5cL_i!i一起帶包停止他圖6.3SMBus數(shù)據(jù)傳輸時序圖軟件流程圖系統(tǒng)首先對SMBu能、線和液晶LCD1602a行初始化設(shè)置，然后系統(tǒng)循環(huán)讀取溫度顯示溫度，并在溫度超限時聲光報警。系統(tǒng)主要是講解紅外測溫儀，其中MLX9061的溫度讀取程序流程圖如圖6.4所示.首先寫開始條件、寫從地址、寫命令07H,表示要讀取溫度。然后編寫操作為讀操作，重新發(fā)開始條件，寫讀命令，

36、先讀取溫度低字節(jié)，后讀取溫度高字節(jié)，最后讀取錯誤信息碼。程序帶回2字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)，可以在顯示子程序中轉(zhuǎn)換為具體的溫度數(shù)據(jù)顯示。主程序設(shè)計main（）:主函數(shù)在主函數(shù)中，主要是對系統(tǒng)SMBu創(chuàng)始化，對LCD液晶初始化設(shè)置。然后程序循環(huán)讀取溫度模塊MLX90614勺溫度數(shù)據(jù)，然后送液晶顯示屏顯示當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，通過延時延長循環(huán)時間。/*主函數(shù)*voidmain()(uintTemSCK=1;SDA=1;delay(4);SCK=0;delay(1000);SCK=1;init1602();while(1)(Tem=readtemp();cmd-wrt(0x01);Print("Temper

37、ature:")display(Tem);Print("");dat-wrt(0xCF);delay(1000);/溫度變量初始化LCD/讀取溫度清屏顯示字符串Temperature:且換行顯示溫度顯示空格顯示攝氏度顯示再讀取溫度顯示display。：溫度輸入轉(zhuǎn)換并顯示子程序該程序?yàn)榘袽LX9061時讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度輸并顯示。從MLX90614H賣出的數(shù)據(jù)(DataH:DataL)換算為溫度數(shù)據(jù)(T,單位為C)為T=(DataH:DataL)乂0.02-273.15,也可以表示為T=【(DataH:DataL)x2-27315/100前可以看成是帶著2位小數(shù)的

38、數(shù)據(jù)。還要注意的是溫度可能為正也可能為負(fù)值，則需要判斷數(shù)據(jù)值乘以2,大于等于27315則為正溫度或0,小于27315為負(fù)值。在顯示過程中數(shù)據(jù)前面不voiddisplay(uintTem)(uintT,a,b;T=Tem*2;if(T>=27315)(T=T-27315;a=T/100;b=T%100;if(a>=100)(/a/b需要顯示“/0”值不顯示。溫度輸入轉(zhuǎn)換并顯示溫度數(shù)據(jù)X2溫度為正或0溫度數(shù)據(jù)X2-27315為溫度整數(shù)為溫度小數(shù)溫度超過100cdat-wrt(0x30+a/100);/顯小溫度白位dat-wrt(0x30=a%0100/10);/顯示溫度十位dat-wr

39、t(0x30+a%10);/顯示溫度個位)elseif(a>=10)(/溫度超過10Cdat-wrt(0x30+a%100/10);/顯示溫度十位dat-wrt(0x30+a)%o10)；/顯示溫度個位else(/顯示不超過10cdat-wrt(0x30+a);)dat-wrt(0x2e);/顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)二(dat-wrt(0x30+b/10);/dat-wrt(0x30+b%10);)else/(dat-wrt(0x30);/dat-wrt(0x30+b);/)else/(T=27315-T;/27315-a=T/100;/ab=T%100/bdat-wrt(0x20);/

40、if(a>=10)/(dat-wrt(0x30+a/10);dat-wrt(0x30+a%10);)else/(dat-wrt(0x30+a);)dat-wrt(0x2e);,if(b>=10)/顯示溫度個位/顯示小數(shù)點(diǎn)，ASCII碼為0x2eif(b>=10)不等于0顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)/顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第2位數(shù)溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)等于0顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)0顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第2位數(shù)顯示為負(fù)溫度數(shù)據(jù)X2,即溫度絕對值為溫度整數(shù)為溫度小數(shù)顯示負(fù)號溫度低于-10C/顯示溫度十位/顯示溫度個位溫度高于-10C/顯示溫度個位/顯示小數(shù)點(diǎn)溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)不等于0dat-w

41、rt(0x30+b/10);/顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)dat-wrt(0x30+b%10);)else/(dat-wrt(0x30);/dat-wrt(0x30+b);/)/顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后弟2位數(shù)溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)等于0顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)0顯示溫度小數(shù)點(diǎn)后第2位數(shù)系統(tǒng)誤差分析及改進(jìn)方法由于普通紅外測溫儀只限與測量物體外部溫度，不方便測量物體內(nèi)部和存在障礙物時的溫度，所以可以在其檢測頭部加一段光導(dǎo)纖維，并在其前端裝一個小視角的透鏡，這樣被測物體的輻射能經(jīng)過透鏡到光導(dǎo)纖維的內(nèi)部。在光導(dǎo)纖維里面經(jīng)過多次反射傳到檢測器。因?yàn)楣鈱?dǎo)纖維可以自由彎曲，使輻射能自由轉(zhuǎn)向，這就解決了物體內(nèi)部溫度的測量

42、問題，可以測量有障礙物擋住的角落等地方的溫度。又因?yàn)榧t外線測溫儀測溫是非接觸式的，這樣會存在著各種誤差，影響誤差的因素很多。距離系數(shù)(K=S:D)是測溫儀到目標(biāo)的距離S與測溫目標(biāo)直徑D的比值，它對紅外測溫的精度有很大影響，K值越大，分辨率越高。因此，如果紅外測溫儀由于環(huán)境的限制必須安裝在遠(yuǎn)距離目標(biāo)之處，而又要測量小的目標(biāo)，就應(yīng)該選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀，以減小測量誤差。在實(shí)際使用在，許多人忽略了測溫儀的光學(xué)分辨率。不管被測目標(biāo)點(diǎn)直徑D大小，打開激光束對準(zhǔn)目標(biāo)就測試。實(shí)際上他們忽略了測溫儀的S:D值的要求，這樣測出的溫度會有一定的誤差。比如，用測溫距離與目標(biāo)直徑S:D=8:1的紅外線測溫儀，測量

43、距離應(yīng)滿足表2的要求。目標(biāo)大小D(mm)1550100200測量距離S(mm)<120<400<800<1600紅外線測溫儀易受環(huán)境因素影響(環(huán)境因素，空氣中的灰塵等)。對于光亮或者拋光的金屬表面的測溫讀數(shù)影響較大。只限于測溫物體外溫度，不方便測量物體內(nèi)部和存在障礙物時的溫度。但由于受被測對象的發(fā)射率影響，幾乎不可能測到被測對象的真實(shí)溫度，測量的是表面溫度。在SAR和HINI甲流出現(xiàn)時候，由于病癥之一是發(fā)燒，因此要測量沒一個人的溫度，這樣,紅外測溫儀就用于人體溫度測量和大量人群的初步篩檢。但是非接觸是人體紅外測溫儀測量的是表面溫度而非精確溫度，所以有關(guān)人體表面溫度和傳統(tǒng)的用體溫計測得的腋下溫度之間的相關(guān)性還在研究中，且發(fā)表的相關(guān)文章少之又少。到目前為止，還沒有任何結(jié)論性的證據(jù)表明，其中一種溫度可以可靠的一致的表示為另一種溫度。課程設(shè)計心得體會通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)傳感器方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)