非接触式的红外测温系统设计方案

1 非接触式的红外测温系统设计方案 1 红外测温系统的 设计 背景 随着现代 科学技术的发展，传统的接触式测温方式以不能满足现代一些领域的测温需求，对非接触、远距离测温技术的需求越来越大。本红外测温系统设计的出发点也正是基于此。 片机发展历程 单片机也被称为微控制器（ 是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4位的。其中最成功的是 031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。 90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着 列特别是后来的 列的广泛应用 ， 32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32位单片机主频已经超过 300能直追 90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端的型号也只有 10 美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 单片机比专用处理器更适 合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 至比人类的数量还要多。 2 单片机是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力 ，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 主要区别。单片机芯片单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的 列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大 ！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 温计的发展历程 体温计又称“医用温度计” 。体温计的工作物质是水银。它的液泡容积比上面细管的容积大的多。泡里的水银由于受到体温的影响，产生微小的变化，水银体积的膨胀，使管内水银柱的长度发生明显的变化。人体温度的变化一般在 35到 42之间，所以体温计的刻度通常是 35到 42，而且每度的范围又分成为 10份，因此体温计可精确到 1/10 度。体温计是一种最高温度计，它可以记录这温度计所曾测定的最高温度。用后的体温计应“回表”，即拿着体温计的上部用力往下猛甩，可使已升入管内的水银，重新回到液泡里。其它温度计 绝对不能甩动，这是体温计与其他液体温度计的一个主要区别。 第一个体温计是伽利略在 16 世纪时发明的。但直到 300 年后才设计出使用方便、性能可靠的体温计。 水银储存在末端的水银球内。当水银被加热时，它会发生膨胀，沿着非常狭窄的玻璃管上升。所以，体温的小小变化就会导致玻璃管内水银的大幅度上升。量完体温后，得用力甩动体温计，使水银回到水银球内。 体温计是在温度计的基础上研制成功的。 1714 年，德国物理学家华伦海特研制了在水的冰点和人的体温范围内设定刻度的水银体温计。 1742 年又发明了 0 100的摄氏温标，从此实 现了体温计的刻度标准化。 1714年，加布里埃尔华伦海特 1868 年，文德利希这位德国教授出版了疾病与体温一书，书中记载了 他所使用的体温计的大小是奥尔伯特体温计的两倍，每次要花 20 分钟的时间来记录体温！ 1980年前后，发明了会说话的体温计。膜状液晶体温计在体温正常时呈现绿色，低烧呈现黄色，高烧呈现红色。 1865年，英国的阿尔伯特发明了一种很有特色的体温计，特点是储存水银的细管里有一狭道，当体温计接触人体后，水银很快升到人体实际体温处，取出后水银柱不下降，而是在狭道处断开，使 狭道以上部分始终保持体温度数。这种温度计受到了临床的欢迎和普及应用。 1988年，出现了电子呼吸脉搏体温计，可以进行遥测。 3 到了现代，开始流行使用电子体温计。电子体温计分为实测式电子温度计和预测式电子体温计两种，可通过数字观看，比较方便。 红外线体温计在“非典”流行期间曾广泛使用，分为耳式红外线体温计和红外线前额测温仪，测定时间为 1速、安全。 液晶体温计是 21 世纪新产品，利用液晶制成的温度计，测腋窝仅用 4，准确、安全，但价位高。 2 红外测温技术简介 红外测温技术在生产过程中，在产品质量 控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。 度测量技术的概述 普通温度测量技术经过相当长时间的发展已近于成熟。目前，随着经济的发展日益需要的是在特殊条件 (如高温、强腐蚀、强电磁场条件下或较远距离 )下的温度测量技术。因此，当前研究的重点也在于此。 非接触式红外测温也叫辐射测温，一般使用热电型或光电探测器作为检测元件。此温度测量系统比较简单，可以实现大面积的测温，也可以是被测物体上某一点的温度测量；可以是便携式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工艺简单，成木较低，测温时不接触被测物体，具有响应时间短、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点，但利用红外辐射测量温度，也必然受到物体发射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，其测量误差较大。 在这种温度测量技术中红外温度传感器的选择是非常重要的，而且不仅在点温度测量中要使用红外温度传感器，大面积温度测量也可使用红外温度传感器。本设计正是采用红外温度传感器这种温度测量技术， 它 具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好等优点 ；另外红外温度传感器的种类较多，发展非常快，技术比较成 熟，这也是本设计采用红外温度传感器设计非接触温度测量系统的主要原因之一。 外测温原理 红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律，众所周知，自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。 黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定， 即 ： 21 /5 1 1e （ 2 在不同温度下的黑体光谱辐射度如图 4 图 同温度下的黑体光谱 辐射度 从图 （ 1）在任何温度下，黑体的光谱辐射度都随着波长连续变化，每条曲线只有一个极大值； （ 2）随着温度的升高，与光谱辐射度极大值对应的波长减小。这表明随着温度的升高，黑体辐射中的短波长辐射所占比例增加； （ 3）随着温度的升高，黑体辐射曲线全面提高，即在任一指定波长处，与较高温度相应的光谱辐射度也较大，反之亦然。 外测温的方法 通过测量辐射物体的全波长的热辐射来确定物体的辐射温度的称为全辐射测温法；通过测量物体在一定波长下的单色辐射亮度来确定它的亮度温度的 称为亮度测温法；通过被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化来定温的称为比色测温法。 亮度测温法无需环境温度补偿，发射率误差较小，测温精度高，但工作于短波区，只适于高温测量。比色测温法的光学系统可局部遮挡，受烟雾灰尘影响小，测温误差小，但必须选择适当波段，使波段的发射率相差不大。本文选用全辐射测温法来计算被测量物体的温度， 全辐射测温法是 根据所有波长范围内的总辐射而定温，得到的是物体的辐射温度。选用这种方法是因为 中低温物体的波长较大，辐射信号很弱，而且结构简单，成本较低。 由普朗克公式可推导出辐射体温 度与检测电压之间的关系式 ： V= （ 2 式中 K=实验确定，定标时 取 1 T 被测物体的绝对温度 R 探测器的灵敏度 a 与大气衰减距离有关的常数 辐射率 斯蒂芬 玻耳兹曼常数 5 因此，可以通过检测电压而确定被测物体的温度，上式表明探测器输出信号与目标温度呈非线性关系， V 与 T 的四次方成正比，所以要进行线性化处理。线性化处理后得到物体的表观温度，需进行辐射率修正为真实温度， 其 校正式为 ： 4 ()（ 2 式中 辐射温度 (表观温度 ) (T) 辐射率，取 于调制片辐射信号的影响，辐射率修正后的真实温度为高于环境的温度，还必须作环温补偿，即真实温度加上环温才能最终得到被测物体的实际温度 。 3 红外测温系统的总体方案选择 本设计是软硬件的综合体，每一个模块的选择都会对整个系统产生影响，选择的硬件模块好坏决定了本设计所能达到的高度，所以对比较重要的模块必须要通过对比选择，扬长避短。 要模块的方案对比与选择 度传感器的选择 方案一：采用 红外线温 度传感器 列红外测温系统是一种集成专用信号处理电路以及环境温度补偿电路的多用途红外温度测量系统，它属于工业测温传感器。不能用作人体测温，故不选用此方案。 方案二：采用热释电红外线传感器 释电红外线传感器是 80年代发展器起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。但这个电压信号需要加以放大和加驱动控制电路。硬件上的复杂性决定了它的稳定性不高，且容易出故障，故也不选此方案。 方案三：采用 凌阳公司生产的型号为 传感器， 它是一种 集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，输出数字信号，它的响应速度快、精度高、稳定性好，故选择此方案。 线传输模块选择 方案一：采用 272 加无编码的发射与接收头，该电路采用超再声发射电路，采用 315发射频率，虽然发射距离远，但要求供电电压高更多的是适合在遥控方面，而在传输数据时却容易出错。故不选择此方案。 方案二： 低功耗 供对数据包处理、数据缓冲、突发传输、空闲信道评估、链路质量指示以及无线 唤醒的广泛硬件支持。具有高灵敏度、低电流消耗、支持频率下高达 +1000常合适中短距离的数据传输，所以选择此方案。 6 方案一：使用数码管显示。数码管具有耗能低、电压低、寿命长、对外界环境要求低，易于维护等优点，其电路复杂，占用资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息。 方案二：我们设计的系统需要显示的信息直观，所以应选用显示功能更好的液晶显示，要求能显示更多的数据，增加显示信息的可读性，看起来更方便。而液晶 功耗，尺寸小，超薄轻巧，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，而且容易控制。所以选择方案二。 片和组态王介绍 综合了各个方案的对比，我得出了本系统的最终方案，在主从处理器方面选择片机，红外模组 为测温模块，用 本系统的显示部分，通过 从控制器 片机作为红外测温系统的 核心处理部件，它关系到整个系统的性能指标。因此它的选择是非常重要的。本测温系统选择的 片机，下面是 片机相关资料信息： 片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰 /高速 /低功耗的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统 8051单片机， 12时钟 /机器周期和 6时钟 /机器周期可任意选择，最新的 D 版本内部集成 用复位电路。 列单片机具有在系统可编程（ 性，这样可以省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载 /烧录用户 程序，无须将单片机从以生产好的产品上拆下。对于一些尚未定型的设计可以一边设计一边完善，加快了设计速度，减少了一些软件缺陷风险。由于可以在用户的目标系统上将程序直接下载进单片机看运行结果，故无须仿真器，图 7 图 （ 1）增强型 6时钟 /机器周期， 12时钟 /机器周期 8051 （ 2）工作电压： （ 3）工作频率范围： 0当于普通 8051的 0 80M，实际工作频率可达 48 （ 4） 4 （ 5）片上集成 512 字节 （ 6） 须专用编程器 /仿真器； （ 7）通用 I/位后： 2/4是准双向口 /弱上拉， 为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/ （ 8） （ 9）看门狗； （ 10）内部集成 用复位电路（外部晶体 20省复位电路）。 （ 11）共 3个 16位定时器 /计数器，定时器 0 还可以当成 2个 8位定时器使用； （ 12）外部中断 4路，下降沿中断或低 电平触发中断， （ 13）超低功耗，正常工作模式，典型功耗 2电模式，典型功耗 由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序； （ 14） 2个数据指针； （ 15）通用异步串行口（ 还可用定时器软件实现多个 （ 16）工作温度范围： 0 75 / 40 85； （ 17）封装形式： 8 （ 1）电源和晶振： 运行和程序校验时 加的电压； 输入到振荡器的反向放大器； 反向放大器输出，输入到内部时钟发生器 （ 2） 片机的上电复位或掉电保护端； （ 3） 地址锁存有效信号输出端； （ 4） 片外程序存储器读选通信号输出端。 外模组 对目前众多的红外检测器件产品，在设计中选择合适的红外检测器已成为一个重要问题。在设计过程中选择红外线检测器件时，首先考虑的是器件的以下性能因素 :光谱响应范围、响应速度、有效检测面积、元件数量、制冷方式 和检测目标的温度。 凌阳公司生产的型号为 外探测器作为测温模块，它是一种 集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，因此简化了本系统的设计。 它的测量距离大约为 30 米，测量回应时间大约为 。而且它具备 口，可以很方便地与单片机（ 输数据。其引脚如图 红 外 测 温 元 件外测温传感器引脚图 在图 般取 有数据接收时 C 为 2电平有效。 外测温模块的时序如图 示，在 下降沿时接收数据。 (例：如果一次温度测量需接收 5 个字节的数据，这 5 个字节中： 示测量目标温度，为 0收正确时 ) 9 图 红外测温 模块温度值的计算： 以上面的例子：无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到 0者0们的温度的计算方法都相同。 计算公式： 目标温度 /环境温度 = (3其中 把它转换成十六进制的高八位为 八位为 如 0 0 六进制时为 0进制时为 5162，则测得的温度值为 5162/. 线收发 计旨在用于极低功耗 主要针对工业、科研和医疗 (及 47050 70 (1)运行于 470/950带的超低功耗无线应用； (2)无线传感网络； (3)家庭和楼宇自动化； (4)高级抄表架构 ( (5)无线计量； (6)无线告警和安全系统； 10 图 图 噪声放大器 (接收到的 在求积分 ()过程中被降压转换至中频 (在 I/动增益控制 (精确信道滤波和调制解调位 /数据包同步均以数字方式完成。率合成器包括一个完全片上 0度相位转换器，以在接收模式下向降压转换混频器生成 一个晶体连接 体振荡器产生合成器的参考频率，以及 个 4线 字基带包括对信道配置、数据包处理以及数据缓冲的支持。 图 在图 过发出这种选通脉冲，所有内部寄存器和状态均被设置为默认值，即 （ 1）设置 和 ，以避免引脚控制模式下潜在的问题。 （ 2） 选通脉冲 高电 平。 （ 3）保持 后为高电平，保持 0s 。 （ 4） 拉低 待 （ 5）通过 通脉冲。 11 （ 6）当 位完成，芯片处于 图 置寄存器的读写操作 如图 可对 时 接口还可以用于读取和写入缓冲数据。 字节包含一个 R/W;个突发存取位 (B)，以及一个 6位地址(在 传输报头字节或读/写寄存器期间，如果 么传输就会被取消。图 3低 开始传输该报头字节以前， 到表明，晶体正在运行。除非芯片处在 则 即变为低电平。 平转换芯片 是 括两路接收器和驱动器的 用于各种 以把输入的 +5以，采用此芯片的串行通信系统只需单一的 +5图 12 图 （ 1） 电荷泵电路。由 1、 2、 3、 4、 5、 6脚和 4只电容构成。功能是产生 +1212供给 （ 2） 数据转换通道。由 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14脚构成两个数据通道。其中 13脚（ 12脚（ 11脚（ 14脚（ 第一数据通道。 8脚（ 9脚（ 10脚（ 7脚（ 第二数据通道。 11112 （ 3） 供电。 15脚 16脚 +5v）。 （ 1） 单 5（ 2） （ 3） 两个驱动器及两个接收器 （ 4） 30V 输入电平 （ 5） 低电源电流：典型值是 8 6） 符合甚至优于 7） 法 3015）标准的 2000V 晶 1602 1602控制器大部分为 背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别 。 它的 主要技术参数 如表 （ 1） 显示容量 :162 个字符 （ 2） 芯片工作电压 : 3） 工作电流 :（ 4） 模块最佳工作电压 : 1602内部控制指令 序号 指令 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 13 6 置功能 0 0 0 0 1 F * * 7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 数器地址 10 写数到 1 0 要写的数据内容 11 从 数 1 1 读出的数据内容 图 图 列调节器是单片集成电路，它可以提供降压转换器（ 功能，它同时具有驱动 3A 负载电流，且有着极好的线性和负载调节特性。 列器件包括固定输出的 5V、 12V、 15V 以及可调输出版本 ， 它内部已经集成频率补偿和一个固定频率振荡器。 列高效率的特性完全可以替代常用的三端线性调 节器。它的高效率可以最大限度的减小散热片的尺寸，在某些情况下可以不加散热片。 14 在特定输入和输出负载的条件下， 输出可以保证 4%的精度容差，以及 10%的内部振荡频率容差。 时具有外部的关断引脚， 50A（典型）的备用电流。具有循环限流和过温关断功能 ，如图 示。 图 态王 京亚控公司的工业组态软件 新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成 系统取代传统的封闭式系统。 它 是一个集成的工业组态软件，它包含几千种智能仪表和智能模块和大多数的单片机的地层通信协议，对于单片机它提供了两种可以修改的通信协议，可以方便的实现单片机和 之间的通信。 是提供了强大的人机界面的制作，可以很好的将采集到的数据进行处理显示记录，利用自带的动画制作工具可以实现现场模拟。 （ 1） 全中文界面 ,可以运行在 境下 ,包括 8。 （ 2） 先进的图形、动画功能 ,丰富的图库 ,开发简便 ,周期短 ,界面美观、友好。 （ 3） 在其公司网站上有各种应用实例 ,方便移植。 （ 4） 丰富的硬件支持功能 ,支持工业控制中大部分的板卡 ,接口简单 ,便于操作。 （ 5） 提供了上百个函数 ,大大简化了编程过程 ,减轻了工作量 ,提高了工作效率。 （ 6） 对于典型数据库的支持 ,使得数据的操作很容易实现。 （ 7） 强大的报表功能。 （ 8） 具有一定网络支持功能。 （ 9） 具有动态数据交换功能 (这使得它可以和 境下的大部软件或开发平台进行数据传递。 通讯口设置如表 （ 1）通讯方式： （ 2）波特 率：由单片机决定（ 2400， 4800， 9600 表 组态王字节数据格式 起始位 数据位 校验位 停止位 15 在组态王中定义设备地址的格式 （ 1）格式： 前面的两个字符是设备地址，范围为 0 255，此地址为单片机的地址，由单片机中的程序决定；后面的一个字符是用户设定是否打包，“ 0”为不打包、“ 1”为打包 ,用户一旦在定义设备时确定了打包，组态王将处理读下位机变量时数据打包的工作。 表 组态王中定义的寄存器格式 寄存器名称 限 数据类型 5535 0 体字 表数据地址，此地址与单片机的数据地址相对应。 （ 2）组态王与单片机通讯的命令格式如表 示。 表 读写格式 字头 设备地址 标志 数据地址 数据字节数 数据 异或 明； 字头： 1字节 1个 ， 40H 设备地址： 1字节 2个 0 255（即 0 标志： 1字节 2个 ， 0:读， 1:写。 0：不打包。 00,数据类型为字节。 01,数据类型为字。 1x,数据类型为浮点数。 数据地址： 2字节 4个 0据字节数： 1字节 2个 1 100，实际读写的数据的字节数。 数据 ：为实际的数据转换为 数为字节数乘 2。 异或：异或从设备地址到异或字节前，异或值转换成 2个 0 统硬件总体设计方案 确定系统的硬件由单片机主控模块、单片机从控模块、 晶显示模块、声光报警模块、无线收发 盘模块、 光报警模块、电源模块、上位机模块。硬件的流程是主控制器通过不断的扫描键盘，当扫描到键值要求开始测温时，判断是测量环境温度还是目标温度，然后发送开始允许测温指令 16 给 控制器处理温度后实时显示到 时，主控制器将是实时温度值与设定的温度上限值比较，如果满足报警条件，则开启声光报警，同时，主控制器不断地扫描键盘，当发现有键值允许开启无线传输模块 ,则将实 时温度值传至从处理器，从处理器通过串口将温度经 组态王里面实现 数据接收、数据显示、数据存储、数据查询、生成曲线报表等多项功能。 图 外测温系统的硬件方案设计框图 图 负责控制启动温度测量、接收测量数据、计算温度值、键盘控制、显示控制和无线传输数据控制； 将采集到的数据通过数据端口传送给 过 键盘模块可以方便地控制测温及无线传输； 可以同时接收或传送外部送来的资料 ； 源模块负责整个测温系统的电源供应。 统软件设计方案 按照系统的设计功能要求，本红外测温系统的设计采用单片机软件系统实现，用单片机的自动控制能力配合按键控制，来控制温度的 检测、 显示、报警、传输；并用上位机软件界面实现温度的存储、查询、曲线报表等功能。 所以本测温系统的软件设计同样采用模块化的设计思想，它把整个系统分成 若干模块分别予以解决，它包括主从控制器控制器 源模块 液晶显示 键盘模块 无线收发 无线收发 控制器 口模块 组态王 源模块 声光报警 17 的主程序模块，红外测温模块，键盘扫描模块、声光报警模块、液晶显示模块、无线传输模块和组态王通信模块。 图 外测温系统的软件方案设计框图 图 程序模块主要完成系统初始化，温度的检测，串行口通信，键盘和显示等功能，其中系统初始化包括 :串口通信中断的初始化、液晶显示的初始化，无线传输初始化；红外测温模块包括：获取温度数据，计算温度值。键盘扫描模块 ：获取按键信息，处理按键请求等；显示模块：获取并处理 相应的温度数据；无线传输模块：将测量到的温度传到从控制器，以便送到上位机处理；组态王通信：完成组态王与单片机通信协议和格式等各种操作。 4 红外测温系统的硬件设计 基于 片机的红外测温系统的硬件设计采用目前使用比较广泛的模块化设计思想，将整个系统分成七大模块：主从单片机处理模块、红外测温模块、无线传输模块、 晶显示和声光报警模块、键盘模块、 换电路模块、电源模块。通过划分模块的方法，可以把一个复杂的问题分割成几个相对容易解决的问题，分别予以主程序模块 红外测温 键盘扫描 液晶显示 声光报警 无线传输 主程序模块 无线传输 组态王通信 18 解决，大大简化了 设计的难度。 从单片机处理模块 该红外测温系统是以 片机为核心器件，此单片机模块的工作原理是：加载相应程序的 片机把红外测温模块传来的数据加以处理，送 晶显示和无线传输，必要时进行声光报警。 图 片机处理模块电路图 其复位电路如图 边上部分，本单片机处理模块是通过开关手动复位的，只要在 脚出现大于 10高电平，单片机就进入复位状态，这样做的目的是便于根据实际情况而选择是否复位温度测量数据。而此仪器的震荡电路选用的是晶体震荡电路，其 具体电路如图 边下部分。采用晶体震荡电路的原因是因为它的频率稳定性好，而这正是本红外测温系统非常重要的技术要求。 外测温模块接口设计 红外测温模块采用非接触手段，解决了传统测温中需要接触的问题，具有回应速度快，测量精度高，测量范围广等优点。单片机通过 片机通过检测 图 19 图 外测温电路模块 线收发 本 系统采用 无线传输电路是通过单片机发出控制信号到 由接收电路把信号接收到另外一块 而达到中短距离控制的目的。 图 线传输模块电路图 在图 功能有测试信号， 闲信道指示，时钟输出，从 行输出 据； 电平有效，用于选择是否数据输出。 20 通过 可以同时接收或传送外部送来的资料。 但是 进行串行通讯时要满足一定的条件， 因为 而 因此 ,为了能够同 必须在 设计采用 规定了连接电缆和机械、电气特性、信 号功能及传送过程。 采取非均衡传输方式，即所谓的单端通信。典型的 送数据时，发送端驱动器输出正电平 +5 +15V，负电平为 5V。无数据传输时，线上为 开始传送数据到结束，线上电平从 后返回 收器典型的工作电平为 +3 +1212 于发送电平与接收电平的差仅为 2 3以其共模抑制能力差。加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大约为 15米，最高速度为 20Kb/s。 图 图 所以 周围的电容是电源变换的储能电容， 它 使用电荷泵把 5接的 4个电容就是电荷泵电路的一部分。 片机通过串口 成了物理通信， 送数据口 上位机通信。 21 晶显示和声光报警模块 本系统采用 晶显示模块。 这种显示最大的优点就是使 用口资源比较少，显示位数多，显示比较清晰，界面友好，段码从 输出。输出内容为英文提示、实时温度值和无线传输标志位； 同时，当实时温度值到达设定的上下限值时发出声光报警，在发声方面，考虑到体积和功耗的因素，本设计使用了 红色发光二极管作为发光报警。 图 在图 电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器 ；通过单片机的 R/电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 由于本设计中只需要对液晶进 行写操作，为了节省单片机引脚资源，它直接接为低电平； 晶模块执行命令 ，通过单片机 盘模块 人 机交互对话最通用的方法就是通过键盘和 作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。按键接门可分为独立式按键接口、行列式按键接口和专用芯片式等。行列式按键接口适应于按键数量较多 ， 这种方式的按键接口由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。这种方式的优点就是相对于独立接口方 式可以节省很多 I/ 专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理， 但成本较高；考虑到本设计中需要的按键不多，我采用了独立式的接法，通过 程序 处理消抖 ，完成键盘的权值设置。 22 图 盘电路原理图 图 盘模块采用动态扫描的方式，采用 3个独立式键盘。其工作原理为： 单片机通过运行程序不断扫描键盘，检查是否有键按下，当扫描到有键按下时。经过程序处理找出按下的键值，并调用相应键操作程序完成对应的键操作。 源设计模块 可靠的电源方案是整个硬 件电路稳定可靠运行的基础。电源模块由两个相互独立的稳压电路模块组成。这样做可以减少各模块之间的相互干扰，减小电源噪声。 片机和 为 5v 电源，而红外测温系统的红外测温模块和无线收发模块的共电电压都可为 以在电源设计中，将外部输入电压分别转换成5V 和 压，以保障整个红外测温系统的正常运行。由于是无线传输，故需要两块电源，用于异地供电。经过考虑和测试，本系统的 58 图 源电路 原理图 在图 电感 大输入电压、最大负载电流等参数选择，首先，依据如下公式计算出电压微秒常数（ E T）： E T=（ 000/f (4上式中， 52 E 根据 负载电流曲线来查找所需的电感值。 23 输入电容 00F ，安装时要求尽量靠近 入引脚，其耐压值应与最大输入电压值相匹配。 输出电容 式 （单位 F ） ： C13300 （ 4 上式中， 1的值，其单位是 H 。电容 2倍。对于 我 使用耐压值为 100 稳压 二极管 虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于 极管的反向电压应大于最大输入电压的 本设计 使用 1 24 5 红外测温系统的软件设计 本红外测温系统的软件设计采用模块化的设计思想，这样就把一个复杂的软件设计分成几个相对简单的部分分别予以解决。因为本论文完成的功能是测温及上位机的数据处理，所以对温度数据接收及上位机设计做了较详细