基于單片機(jī)的紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)669

1、.目錄1緒論 . .11.1選題意義 .11.2紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展歷程 .21.3設(shè)計(jì)的目的與意義 . .22 紅外測(cè)溫儀的原理和性能分析 . .32.1紅外線測(cè)溫儀的理論依據(jù) . .32.2紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo) .42.3影響溫度測(cè)量的主要因素及修正方法 .52.4紅外線測(cè)溫儀的特點(diǎn) .53 紅外測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì) . .63.1總體設(shè)計(jì) .63.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .73.2.1單片機(jī)的選型 . .83.2.2復(fù)位電路 . .103.2.3時(shí)鐘電路 . .113.3溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .123.3.1熱釋電溫度傳感器的選型 . .123.3.2放大電路的設(shè)計(jì) . .133.3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換

2、電路的設(shè)計(jì) . .143.4整體電路設(shè)計(jì) .154 紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì) . .174.1主程序設(shè)計(jì) .174.2子程序設(shè)計(jì) .185系統(tǒng)調(diào)試 . .185.1系統(tǒng)硬件調(diào)試 .19.5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試195.3調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題19感想20參考文獻(xiàn) .20附錄 1 源程序 .21.1 緒論由于醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，在很多情況下，一般的溫度計(jì)己經(jīng)滿足不了快速而又準(zhǔn)確的測(cè)溫要求， 例如車站和機(jī)場(chǎng)等人口密度較大的地方進(jìn)行人體溫度測(cè)量。雖然現(xiàn)在國(guó)外這種測(cè)溫的技術(shù)都比較成熟，但是國(guó)這方面的技術(shù)還處于發(fā)展階段。因此，為了適應(yīng)醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，有效地進(jìn)行特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量，從而有力地控制和預(yù)防諸如甲流、非典之類型的

3、特殊疾病的傳播，急需設(shè)計(jì)一種測(cè)溫速度快，準(zhǔn)確率高的測(cè)溫儀。針對(duì)一般的工業(yè)用的紅外測(cè)溫儀的精確度不夠高，我們根據(jù)這種紅外線測(cè)溫的原理，通過(guò)關(guān)鍵器件的選擇、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及溫度補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào)節(jié)來(lái)提高紅外線測(cè)溫儀的精確度，設(shè)計(jì)了一種用紅外線測(cè)溫電路，用于人員密集且流量大的場(chǎng)合進(jìn)行快速的人體溫度測(cè)量。1.1選題意義伴隨著人們生活水平的不斷提高以及對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，人們對(duì)自身的健康狀況越來(lái)越關(guān)注，而人體的體溫、血壓、脈搏和呼吸是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)，對(duì)這些生理指標(biāo)的監(jiān)控與測(cè)量則可以更好的體現(xiàn)人體自身的健康狀況，所以他們?cè)卺t(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位，也為人民的生活帶來(lái)極大的方便。全文主要闡述了

4、非接觸式人體體溫測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件方面首先談到了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，然后分別從紅外線傳感器，運(yùn)算放大器， A/D 轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，顯示部分等功能模塊進(jìn)行了論述并詳細(xì)介紹了各個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)和功能，使系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，精度高，測(cè)量安全，使用方便等特點(diǎn)。在軟件方面，此設(shè)計(jì)使用 C 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序代碼，具有編譯速度快，運(yùn)行效率高等特點(diǎn)。 設(shè)計(jì)的軟件部分采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊作為一個(gè)子程序，根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，程序由模塊組成，所以整個(gè)程序的編制、調(diào)試和維護(hù)都比較方便，結(jié)構(gòu)清晰，提高了可靠性和修改性，并給出了針對(duì)各個(gè)應(yīng)用模塊的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)框架，對(duì)各部分程序進(jìn)行解釋說(shuō)明，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式人體體溫的

5、數(shù)字顯.示。對(duì)非接觸式測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)是以功能性為基礎(chǔ)，以創(chuàng)新性為指導(dǎo)，以實(shí)踐性為依托，具有大好的發(fā)展前景和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，希望可以為今后拓展體溫監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域提供新的思路和方法，在醫(yī)學(xué)、體育、消防、軍事訓(xùn)練、等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。最后，文章對(duì)本次設(shè)計(jì)做出了詳細(xì)的總結(jié)。1.2紅外測(cè)溫技術(shù)的發(fā)展歷程紅外測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，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(lái)，非接觸紅外測(cè)溫儀在技術(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，適用圍也不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)占有率逐年增長(zhǎng)。比起接觸式測(cè)溫方法，紅外測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非

6、接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。非接觸紅外測(cè)溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和 計(jì)算機(jī)軟件，每一系列中又有各種型號(hào)及規(guī)格。在不同規(guī)格的各種型號(hào)測(cè)溫儀中，正確選擇紅外測(cè)溫儀型號(hào)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是十分重要的。紅外檢測(cè)是一種在線監(jiān)測(cè)( 不停電 ) 式高科技檢測(cè)技術(shù)， 它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線 ( 紅外輻射 ) ，將其熱像顯示在熒光屏上， 從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況， 具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。紅外診斷技術(shù)正是通過(guò)吸收這種紅外輻射能量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。目前應(yīng)用紅外診斷技術(shù)的測(cè)試設(shè)備比較

7、多，如紅外測(cè)溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。目前，我國(guó)也在研發(fā)一種體積小，成本較低，又不受外界環(huán)境溫度干擾的人體紅外測(cè)溫儀，對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展有很重大的意義。1.3 設(shè)計(jì)的目的與意義生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命指標(biāo)，對(duì)危重病人進(jìn)行生命指標(biāo)參數(shù)的監(jiān)測(cè)是醫(yī)務(wù)工作者及時(shí)了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對(duì)有生命.危險(xiǎn)的傷病員進(jìn)行及時(shí)有效的治療和搶救處理，完善病人的醫(yī)療護(hù)理以及研究人體對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)都有著重要的意義。其中體溫是人體最基本的生理參數(shù)，對(duì)于日常護(hù)理和病情檢測(cè)都是非常重要的。有許多疾病都能通過(guò)體溫的變化來(lái)預(yù)測(cè)，所以體溫計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位。人體體溫測(cè)試儀應(yīng)用圍不僅僅局限于醫(yī)

8、學(xué)，在消防上消防員在撲火的同時(shí)也要對(duì)自己的體溫做到了解，如果體溫過(guò)高或者心率過(guò)快就要及時(shí)撤離，以免發(fā)生危險(xiǎn)；軍事上用于部隊(duì)訓(xùn)練，必須實(shí)施隨時(shí)監(jiān)測(cè)，體溫使訓(xùn)練能夠在良好的體征下進(jìn)行，提高效果。因此，在許多領(lǐng)域都需要這種測(cè)試儀對(duì)人體體溫進(jìn)行精確測(cè)試。此設(shè)計(jì)的目的是在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上， 通過(guò)完成一個(gè)涉及 MCC-51單片機(jī)多種資源應(yīng)用，并具有綜合功能的小目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，并在進(jìn)行相關(guān)課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合設(shè)計(jì)。2 紅外測(cè)溫儀的原理和性能分析本章節(jié)首先介紹紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)理論，然后針對(duì)其理論依據(jù)進(jìn)行原理剖析，還簡(jiǎn)單介紹了紅外測(cè)溫儀的性能指標(biāo)及影響測(cè)溫的主要因素，最后給出了誤差的具體修正方法。

9、2.1紅外線測(cè)溫儀的理論依據(jù)一切溫度高于絕對(duì)零度 (-273.15 ) 的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)， 都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在的電磁波。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有這十分密切的關(guān)系，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。紅外.輻射原理輻射定律：E(T 4T04)（3-1 ）式 中 ： E 為 輻 射 出 射 度 數(shù) ， W/m 3 ；為 斯 蒂 芬 波 爾 茲 曼 常 數(shù) ，5.67*10 8 W/(m 2 K 4 ) ；為物體的輻射率；

10、T 為物體的溫度，單位K ； T0 為物體周圍的環(huán)境溫度，單位K 。測(cè)量出所發(fā)射的E，就可得出溫度。利用這個(gè)原理制成的溫度測(cè)量?jī)x表叫紅外溫度儀表。這種測(cè)量不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測(cè)量。在不同的溫度圍，對(duì)象發(fā)出的電磁波能量的波長(zhǎng)分布不同，在常溫（ 0100）圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。用于不同溫度圍和用于不同測(cè)量對(duì)象的儀表，其具體的設(shè)計(jì)也不同。根據(jù)式（ 2.1 ）的原理，儀表所測(cè)得的紅外輻射為：E A 1 2(T14T24 )（3-2 ）式中： A 為光學(xué)常數(shù)，與儀表的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)；1 為被測(cè)對(duì)象的輻射率； 2為紅外溫度計(jì)的輻射率； T1 為被測(cè)對(duì)象的溫度（ K）；T

11、 為紅外溫度計(jì)的溫度 （K）；2它由一個(gè)置的溫度檢測(cè)元件測(cè)出。輻射率 是一個(gè)用以表達(dá)物體發(fā)射電磁波能力的系數(shù)，數(shù)值由0 至 1.0。自然界中存在的實(shí)際物體，幾乎都不是黑體。2.2紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)總的來(lái)說(shuō)，測(cè)溫圍、顯示分辨率、精度、工作環(huán)境溫度圍、重復(fù)性、相對(duì)濕度、響應(yīng)時(shí)間、電源、響應(yīng)光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發(fā)射率等都是紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)。1）確定測(cè)溫圍：測(cè)溫圍是測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫圍。2）確定目標(biāo)尺寸：紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀（輻射比色測(cè)溫儀）。對(duì)于單色測(cè)溫儀， 在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。否則背景

12、會(huì)干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。對(duì)于雙色測(cè)溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶輻射能量的比值來(lái)確定的。3）確定距離系數(shù)（光學(xué)分辨率） ：距離系數(shù)由 D：S 之比確定，即測(cè)溫儀探.頭到目標(biāo)之間的距離D 與被測(cè)目標(biāo)直徑之比。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，測(cè)溫儀的成本也越高。4）確定波長(zhǎng)圍：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。5）確定響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系

13、統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。2.3影響溫度測(cè)量的主要因素及修正方法影響紅外人體測(cè)溫儀的因素有：1）測(cè)溫目標(biāo)大小與測(cè)溫距離的關(guān)系2）選擇被測(cè)物質(zhì)發(fā)射率3）測(cè)量溫度時(shí)的環(huán)境因素：4）強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測(cè)量：。5）溫度輸出功能：由于在溫度測(cè)量時(shí)是在不確定的環(huán)境中進(jìn)行的，所以外界環(huán)境會(huì)對(duì)測(cè)溫造成一定的影響，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，所以要對(duì)環(huán)境溫度有一個(gè)修正。2.4紅外線測(cè)溫儀的特點(diǎn)人體紅外測(cè)溫儀是通過(guò)接收人體發(fā)射的紅外線的能量的大小來(lái)測(cè)量其體溫的儀器。測(cè)溫儀部的靈敏探測(cè)元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)顯示。所以人體紅外測(cè)溫儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）非接觸測(cè)量 ;2 ）測(cè)量圍廣 ;3 ）測(cè)溫速

14、度快 ;4 ）準(zhǔn)確度高 ;5 ）靈敏度高 ;6 ）體積小，方便攜帶 ;7 ）受外界環(huán)境溫度干擾較小.3 紅外測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì)紅外測(cè)溫儀是利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)通過(guò)放大電路，A/D 轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中，最后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小的溫度值顯示輸出。其中要解決的問(wèn)題有：體溫信號(hào)的非接觸測(cè)量、微弱電壓信號(hào)的放大、傳感器的環(huán)境溫度補(bǔ)償?shù)?。其中體溫測(cè)量選用紅外熱釋傳感器PM611、 LM324進(jìn)行電壓放大、ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理等功能都用

15、AT89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出、報(bào)警電路等部分組成。3.1總體設(shè)計(jì)在一個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇合適型號(hào)的單片機(jī)后，進(jìn)行系統(tǒng)所需的擴(kuò)展和配置。按照系統(tǒng)功能要求進(jìn)行擴(kuò)展和配置外圍設(shè)備。要設(shè)計(jì)合適的接口電路，系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則：1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)選取的是AT89C52單片機(jī)。2）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便二次開(kāi)發(fā)。3）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。4）可靠性

16、及干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)必不可少的一部分。5）單片機(jī)外圍電路較多時(shí)，應(yīng)考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，可通過(guò)增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力或減少芯片功耗來(lái)降低總線負(fù)載。6）工藝設(shè)計(jì)必須考慮安裝、調(diào)試、維護(hù)的方便。由此可設(shè)計(jì)出人體紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-1 所示。由圖中可以看出，紅外探測(cè)儀接收到人體發(fā)出的紅外線后，經(jīng)過(guò)溫度檢測(cè)系統(tǒng)采樣后，再在信號(hào)處理單元對(duì)所測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換處.理傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算后送給顯示單元顯示出溫度讀數(shù)。如果經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)大于所設(shè)置的預(yù)警數(shù)據(jù)，則蜂鳴器報(bào)警。P2.6時(shí)鐘電路XTAL聲光報(bào)警P2.7復(fù)位電路RSTAT89S52P

17、1LED顯示單片機(jī)P2.4溫度檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換P0系統(tǒng)P2掃描驅(qū)動(dòng)P3圖 3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)C5C4單片機(jī)加上適當(dāng)?shù)耐鈬骷蛻?yīng)用33p33pX1程序，構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)稱為最小系CRYSTALU119XTAL1P0.0/AD039統(tǒng)，最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是單片機(jī)38P0.1/AD137R218P0.2/AD236C3XTAL2P0.3/AD3應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。它包括單片200RP0.4/AD4353422uP0.5/AD5P0.6/AD633932RSTP0.7/AD7機(jī)的選擇、時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)、復(fù)位電R1P2.0/A8211kP2.1/A922路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)單 I/O 口擴(kuò)

18、展、掉電保23P2.2/A1030PSEN25P2.3/A11292431ALEP2.4/A1226EAP2.5/A13護(hù)等，對(duì)于 CHMOS單片機(jī)，還包括27P2.7/A1528P2.6/A14低功耗運(yùn)行設(shè)計(jì)。 AT89C52單片機(jī)P1.01P1.0P3.0/RXD10312P1.1P1.1P3.1/TXD211P1.24P1.2P3.2/INT013P1.3P1.3P3.3/INT1的最小應(yīng)用系統(tǒng)如圖 3-2 所示514P1.5P1.5P3.5/T1P1.46P1.4P3.4/T015P1.67P1.6P3.6/WR16817P1.7P1.7P3.7/RDAT89S52P2.0P2.1P2

19、.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P3.6P3.7.3.2.1單片機(jī)的選型為了硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、便于二次開(kāi)發(fā)，本次設(shè)計(jì)選取的單片機(jī)型號(hào)是 AT89C52。AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8KB的系統(tǒng)可編程 Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。AT89C52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，片晶振及時(shí)鐘電路。另外，

20、 AT89C52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？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。掉電保護(hù)方式下， RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。1.AT89C52的主要特點(diǎn)是：與 MCC-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容； 8k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次 )Flash ROM ；全靜態(tài)操作： 0Hz 33Hz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 32 個(gè)可編程 I/O 口線；3個(gè) 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；全雙工UART 串行通道；低功耗空閑和掉電模式，看門狗定時(shí)器及雙數(shù)據(jù)指針；3-3 A

21、T89C52掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性；2. 引腳功能：AT89C52 引腳圖如圖 3-3 所示：.電源及時(shí)鐘引腳：Vcc（ 40）：接 +5V電源；Vss（ 20）：接地；XTAL1（ 19）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端； XTAL2（ 18）：接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)部接至部反相放大器的輸出端；控制引腳： RST/VPD（9）：當(dāng)震蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳外加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RST）。掉電期間，此引腳可接上備用電源（ VPD），以保持部RAM的數(shù)據(jù)，當(dāng) Vcc 下掉到低于規(guī)定的值，而 VPD在其規(guī)定的電壓圍（ 5+0.5v ）時(shí)， V

22、PD就向部 RAM提供備用電源；ALE/PROG（ 30）：當(dāng)訪問(wèn)單片機(jī)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的負(fù)跳沿用于 16 位地址的低 8 位的鎖存器， ALE端仍有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘震蕩器頻率的 1/6 。ALE端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。對(duì)于單片機(jī) EPROM型（ 8751），在 EPROM編程期間，此引腳用來(lái)輸入編程脈（ PROG）；PSEN（29）：此引腳的輸出是單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在由外部程序存儲(chǔ)器取指令 （或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN兩次有效。PSEN可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL負(fù)載；EA/VPP（ 31）：當(dāng) EA保持高電平時(shí)

23、，單片機(jī)訪問(wèn)部程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過(guò) 0FFFFH，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng) EA保持低電平時(shí)，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于 89C51，因其片有 4KBEEPROM，故該腳接高電平。在 EEPROM編程期間， VPP編程電壓為 +12V或+5V。 I/O 口引腳：P0 口（39-32 ）：雙向 8 位三態(tài) I/O 口，此口為地址總線（低8 位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可帶8 個(gè) LSTTL負(fù)載；.P1 口（ 1-8 ）：8 個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口，可帶 4 個(gè) LSTTL負(fù)載；P2 口（ 21-28 ）： 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，與地址總線（高八位）復(fù)用，可帶4個(gè) LSTTL負(fù)

24、載；P3 口（ 10-17 ）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口雙功能復(fù)用。3.2.2復(fù)位電路復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式，此電路系統(tǒng)采用的是上電與按鈕復(fù)位電路，如圖3-4 所示。復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連的，斯密特觸發(fā)器是用來(lái)抑制噪聲的。單片機(jī)的 RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端， RST引腳上保持兩個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平時(shí)，單片機(jī)部可以安全復(fù)位。圖 3-4 AT89C52的上電系統(tǒng)復(fù)位電路復(fù)位后，單片機(jī)部各寄存器的容將被初始化，復(fù)位不影響片 RAM和片外 RAM中的容。寄存器包括程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功

25、能寄存器，其中（PC）=0000H。.特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)見(jiàn)表3-1 。表 3-1復(fù)位特殊功能寄存器的初始狀態(tài)SFR名稱初始狀態(tài)SFR名字初始狀態(tài)ACC00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0-P3FFHSBUF不確定IPXXX00000BSCON00HIE0XX00000BPCON0XXXXXXB3.2.3時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)是單片機(jī)部各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，控制器按章指令的功能產(chǎn)生一系列在時(shí)間上有一定次序的信號(hào)，控制相關(guān)的邏輯電路工作，實(shí)現(xiàn)指令的功能。如圖

26、3-5 所示：圖 3-5外接石英晶振電路驅(qū)動(dòng)器件XTAL1和 XTAL2分別為片反向放大器的輸入和輸出端口。該反向放大器可以配置為片振蕩器。石英晶體振蕩器和陶瓷振蕩器均可使用，如果用外部時(shí)鐘源， XTAL2應(yīng)不接。輸入至部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。.電容容量圍為 30PF+/-10PF，石英晶體頻率的圍為1.2-12MHz, 常用 6MHz或者 12MHz。1) 時(shí)鐘周期（是時(shí)鐘信號(hào)頻率 fosc 的倒數(shù)）時(shí)鐘周期 =1/fosc2) 機(jī)器周期機(jī)器周期 =12*時(shí)鐘周期3) 指令周期一條指令從被讀取到被執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程所

27、需要的時(shí)間稱為指令周期。3.3溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1熱釋電溫度傳感器的選型本設(shè)計(jì)的探頭使用的是紅外線傳感器，它能接收人體發(fā)射出的紅外線并使之轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。設(shè)計(jì)選用的是PM611單元熱釋電傳感器，它是一種專門用于非接觸式測(cè)量體溫的器件，主要接收514um之間的紅外線，1腳接 +5V；D2腳為電壓輸出端；IR1S3腳接地；RGPM611的外形 口和光闌聚焦在接收元PRIMITIVE=ANA件( 熱電堆 ) 的受熱片上， 受熱片上有 60只串聯(lián)的熱電偶，每只熱電偶的熱端IR2G圖 3-6 傳感器的部電路在受熱片的中央部位圍成一圈，焊接在一起。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較小的熱慣性和較高的靈敏度，傳感器采

28、用負(fù)溫度系數(shù)電熱調(diào)節(jié)器進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)償。他的工作溫度是-20+100 ，特別適合測(cè)量人體的溫度。而且PM611各項(xiàng)指數(shù)都比較好， 因此選用了它做溫度儀的探頭。 其等效電路如上圖 3-6圖所示：.3.3.2放大電路的設(shè)計(jì)由于傳感器探測(cè)到的人體紅外線信號(hào)較弱，當(dāng)轉(zhuǎn)化為電壓后需要通過(guò)放大器放大電壓信號(hào)。因?yàn)樘綔y(cè)器測(cè)到的信號(hào)可能摻雜了外界環(huán)境的某些因素，所以放大電路中要加入低通濾波電路把多余的雜信號(hào)過(guò)濾掉。放大電路如圖 3-7 所示：R9R101K300C10C9D2RV133pDIODE-SC100u10KR11R12U2:C220kC6 220kU2:B4U2:A40.22u410R85R68U3

29、3Vin31R4R5679VCC10k100k50.022100k100k1LM324DQ1LM324GNDC247u11111RV5C7PM611LM32410K0.12uRV210K3-7放大電路連接圖傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)47 F 電容耦合到第一個(gè)同相放大器，它的閉環(huán)增益為 2324 之間。同時(shí)第一個(gè)放大器還兼做高通濾波器，其截止頻率為0.3 Hz 。第二個(gè)放大器是一個(gè)低通濾波器，其閉環(huán)增益約為1，截止頻率為 7 Hz 。第一個(gè)，第二個(gè)放大器分別把低于0.3Hz 和高于 7 Hz 的信號(hào)濾掉，使輸出的信號(hào)僅是經(jīng)過(guò)調(diào)制器調(diào)制的1 Hz 紅外輻射信號(hào)。通過(guò)第二章的原理可知由信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓再轉(zhuǎn)化成

30、溫度才顯示出來(lái)的，那么這個(gè)過(guò)程將在第三個(gè)放大器中完成。通過(guò)放大濾波的信號(hào)就輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的Vin （+）端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)把收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3.3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)ADC0804是用 CMOS集成工藝制成的逐次比較.型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8 位，輸入電壓圍是 05V, 增加一些外部電路后，輸入模擬電壓為 5V。此芯片有輸出鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在 CPU數(shù)據(jù)總線上，不用再加接口電路。ADC0804芯片的外引腳圖如3-8 所示。3-8 ADC0804引腳名稱及意義如表 3-3 所示：引腳名稱功能信號(hào)方向有效電平備注Vin （+）接模擬信號(hào)輸入單極性Vin

31、 （- ）接模擬信號(hào)輸入雙極性D0D7數(shù)據(jù)輸出輸出AGND接模擬信號(hào)地輸入低DGND接數(shù)字信號(hào)地輸入低CLK IN時(shí)鐘脈沖輸入外電路提供CLK R外接電阻輸出與 CLK IN 端配合CS片選信號(hào)端輸入低WR寫(xiě)信號(hào)輸入低啟動(dòng)轉(zhuǎn)換RD讀信號(hào)輸入低讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果INTR轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出低Vcc電源輸入高Vref基準(zhǔn)電壓輸入表征輸入信號(hào)圍表 3-3 ADC0804 引腳名稱及意義A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接圖如下圖3-9 ：本設(shè)計(jì)采用了 CLKR 端口和 CLKIN 端口配合，芯片本身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖的方法， A/D 轉(zhuǎn)換器 Vin （+）端口接收到經(jīng)處理過(guò)的模擬信號(hào)在部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，片選端口 CS和 WR寫(xiě)信號(hào)輸

32、入端口同為低電平時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，因?yàn)?0804 部有輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)存在鎖存器里，當(dāng)CS、RD同為低電平時(shí)，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號(hào)，由A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 D0D7端輸出，接入 AT89S52.單片機(jī)的 P0 口的 P0.0P0.7 ，經(jīng)過(guò)程序燒制顯示到LED顯示屏上。U220VCCCS1D51% 1k RV4P0.018DB0(LSB)RD2P3.7173P0.1DB1WRP3.6164P0.2DB2CLK IN155P0.3DB3INTRP3.2148P0.4DB4A GNDD1310P0.5DB5D GNDD129P0.6DB6VREF/21119P0.7DB7(MSB)CL

33、K R10k6R4150pVIN+v7VIN-DADC0804C23-9 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：3.4整體電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用 AT89C52系列單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)和處理。由于信號(hào)只有一個(gè)輸入，為了避免不必要的消耗，本設(shè)計(jì)A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是ADC0804。芯片的 CLKIN端和 CLKR端配合可以由芯片自身產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。測(cè)量物體表面輻射能量的熱釋電傳感器選用的是尼賽拉傳感器的PM611型熱釋電傳感器，它有效調(diào)節(jié)外界環(huán)境的溫度起伏影響，顯示器采用4 片 8 位 LED數(shù)碼管。電路的主要功能是將熱釋電傳感器接收的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換可為供A/D轉(zhuǎn)換器接受的電信號(hào)。 LED數(shù)碼管由 P1 口驅(qū)動(dòng)

34、，并由 AT89C52單片機(jī)通過(guò)軟件控制顯示物體表面的溫度。通過(guò)軟件程序編制可以實(shí)現(xiàn)三位有效數(shù)字的顯示下圖 3-10 是整個(gè)設(shè)計(jì)的電路連接圖。.4 紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開(kāi)始測(cè)溫后復(fù)位各個(gè)端口，摁下開(kāi)關(guān)，接通電源，確定打開(kāi)電源后A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Vin（+）輸入端讀取經(jīng)過(guò)放大濾波計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CS片選端、 WR寫(xiě)入端同時(shí)設(shè)置成低電平，當(dāng)芯片自身產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。然后A/D 轉(zhuǎn)換器的 CS、RD同時(shí)為低電平 0 時(shí)讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入模數(shù)轉(zhuǎn)換器自身的鎖存器里，由輸出端口D0D7輸入到單片機(jī)的 P0 口

35、中。讀取三次數(shù)據(jù)，滿三次后讀數(shù)正確的寫(xiě)入單片機(jī)EEPROM存儲(chǔ)器。同時(shí)計(jì)數(shù)器加 1，繼續(xù)讀取下一組數(shù)據(jù)。如果讀數(shù)滿三次后數(shù)據(jù)不正確，則要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行清零， 復(fù)位后重新測(cè)量讀數(shù)。中斷子程序設(shè)置 INT0 為外部中斷，中斷后對(duì)EEPROM里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)，讀取時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)判斷，AT89C51單片機(jī)的P3 口除了是多功能I/O 口外還是第二功能口，它的第二功能是作為控制端口使用的，所以本設(shè)計(jì)用 P3.0 串行口輸入端來(lái)控制報(bào)警系統(tǒng)， 如果數(shù)據(jù)大于 37.0 ，則蜂鳴器報(bào)警。顯示溫度的圍是 3060，當(dāng)所測(cè)溫度高于下限或者上限溫度時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。執(zhí)行完一次子命令后運(yùn)行中

36、斷信號(hào)，子程序返回。主程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1）開(kāi)機(jī)或復(fù)位時(shí)能自動(dòng)初始化設(shè)備，引導(dǎo)程序正確執(zhí)行。2）開(kāi)機(jī)或復(fù)位之后啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行采樣， 并在顯示器上顯示當(dāng)前環(huán)境溫度。3）保持環(huán)境溫度顯示的同時(shí)， 對(duì)覆蓋熱釋電探測(cè)器視場(chǎng)的物體表面的紅外輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)換和采樣，并比較各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測(cè)器響應(yīng)的峰值電壓為止。.4.2子程序設(shè)計(jì)如圖 4-2 是軟件設(shè)計(jì)部分的中斷子程序流程圖，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1）A/D 采樣子程序完成對(duì)熱釋電傳感器放大電路輸出信號(hào)的采樣。要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫就必須得到輸出信號(hào)的峰值，但在實(shí)際電路中，由于探測(cè)器響應(yīng)延時(shí)外部中斷入口不盡相同，且電路的延時(shí)也很難準(zhǔn)確

37、計(jì)算，所以要準(zhǔn)確采集到峰值是十分困難的。為此，我們只有對(duì)輸出信號(hào)不斷地進(jìn)行采樣，并比較各樣值， 取其中的最大者作為峰值的近似值2）數(shù)據(jù)處理子程序完成對(duì)采樣值讀取指令讀取 EEPROM （超過(guò) 37度）NY的計(jì)算處理。中間又經(jīng)過(guò)了 ADC0804數(shù)報(bào)警模轉(zhuǎn)換器將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可供LED顯示的代碼。發(fā)送數(shù)據(jù)3）讀取溫度時(shí)超過(guò)預(yù)警溫度，蜂鳴器報(bào)警，沒(méi)超過(guò)直接顯示所測(cè)溫度。4）顯示子程序完成最后的溫度顯示。LED 顯示中斷返回圖 4-2 中斷子程序流程圖圖 4-2 中斷子程序流程圖5系統(tǒng)調(diào)試在硬件焊接與軟件編程完成后，需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，以保證硬件與軟件連接成系統(tǒng)后能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)最重要

38、的環(huán)節(jié)之一，系統(tǒng)成型后能否正常工作，主要取決于系統(tǒng)調(diào)試是否成功。.5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試?yán)L制完成原理圖之后，根據(jù)原理圖焊接電路板。焊接完成后，首先目測(cè)焊點(diǎn)是有虛焊或漏焊現(xiàn)象，再用萬(wàn)用表測(cè)量各個(gè)芯片間連接和電源與地間的連接是否正確，由于本次設(shè)計(jì)需要用排線將主板和副版連接起來(lái)，這就涉及到引腳連接的問(wèn)題，所以要把主板芯片引腳與副版芯片引腳直接用萬(wàn)用表測(cè)量，觀察是否接通，然后上電測(cè)量， 要十分注意芯片是否發(fā)熱。系統(tǒng)硬件調(diào)試方法如下：1）對(duì)印刷電路板質(zhì)量檢查、測(cè)試，是否同印刷制電路板圖一致。對(duì)所用的元器件質(zhì)量檢查。兩者無(wú)誤后進(jìn)行下一步。2）按照印刷電路板上的器件名稱、表識(shí)焊接好各個(gè)元器件。3）采用萬(wàn)用表、示

39、波器、 信號(hào)發(fā)生器等一般調(diào)試工具和測(cè)試軟件對(duì)硬件電路電氣性能測(cè)試，看是否能正常工作。5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用模塊化調(diào)試方法，每一模塊逐一調(diào)試，然后再將所有模塊組合一起，進(jìn)行整體調(diào)試。軟件的調(diào)試主要有語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤兩類。語(yǔ)法錯(cuò)誤可直接修改，邏輯錯(cuò)誤則需進(jìn)行單步調(diào)試，看程序是否按邏輯順序進(jìn)行，然后寫(xiě)入到芯片，查看程序運(yùn)行效果，反復(fù)調(diào)試。系統(tǒng)軟件調(diào)試方法如下：1）軟件在各個(gè)子程序模塊調(diào)試都正確后，再將相互有關(guān)系的模塊逐塊組合起來(lái)加以調(diào)試，以解決在程序模塊連接中可能出現(xiàn)的邏輯錯(cuò)誤。2）對(duì)所有程序模塊的整體組合調(diào)試是在與系統(tǒng)聯(lián)機(jī)后進(jìn)行的。5.3調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題硬件調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論輸入為多少，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)均不變。經(jīng)多次測(cè)量各芯片管腳的輸入值發(fā)現(xiàn)，A/D 采集并未實(shí)現(xiàn)，即有輸入電壓但并沒(méi)輸出，經(jīng)測(cè)量研究發(fā)現(xiàn)供電電源沒(méi)有采用穩(wěn)壓電源供電，將LM336連入其中，測(cè)試即正確。由于本系統(tǒng)的編譯采用匯編語(yǔ)言，故要注意文件的擴(kuò)展名為.ASM，錯(cuò)誤的.使用了 .C 以致無(wú)法運(yùn)行；注意自定義符號(hào)不要與偽指令重復(fù)，程序調(diào)試中發(fā)現(xiàn)HD7279的串行數(shù)據(jù)輸入 / 輸出的符