便携式红外测温系统的设计.doc

青岛理工大学毕业设计（论文）摘 要到目前为止，我国的温度测量仪器仍然是以水银温度计为主。这种测量仪器存在很多缺点，如精度低、测量时间长、不安全等。本课题所研究的红外测温系统能实现人体温度的近距离或远距离准确测量。该设计以STC89S52 单片机为核心部件。利用非接触式温度传OTP-538U对温度进行采样,得到的电信号经过四运放芯片（LM324）前置放大后送至A/D模块，A/D采用12位高精度的574芯片,数字信号传到主控芯STC89C52，并由微处理器完成数据采集和转换,实现温度实时测量并实时显示到LCD12864模块上，同时，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。本文所研究的非接触传感器单片机测温系统由于对被测物体的红外辐射进行的是非接触无损测量，测量过程中不会扰乱被测部分的温度场，响应快、温度分辨率高、稳定性好和使用寿命长等一系列优点，比传统的接触式测温有更多的场合适应性。关键词：STC89C52，非接触传感器，LM324，红外辐射ABSTRACT So far, our countrys temperature measuring instrument is still a mercury thermometer mainly. This kind of measuring instrument has many shortcomings, such as low accuracy, measuring time long, unrest congruent. The subject of the infrared temperature measurement system can realize the body temperature close distance or distance measured accurately. The design for the STC89S52 single-chip microcomputer as the core components. Use contact-less temperature preach OTP-538-U temperature in sampling, Operational amplifier chip (LM324) will sent electrical signals to the A/D module after pre-amplification, A/D and 12 of the high accuracy of 574 chip, digital signals to control STC89C52 core, and the microprocessor complete data collection and conversion, realize real-time temperature measurement and real-time display to LCD12864 module, at the same time, the controller will be real-time temperature and the temperature of the limits set on comparison, if meet the alarm conditions, the open sound and light alarm. This paper studies the contact sensor single-chip microcomputer temperature measurement system because of the object to be tested for infrared radiation is the contact nondestructive measurement, the measurement process wont disrupt the measured part of the temperature field, fast response, temperature high resolution, good stability and long service life and a series of advantages, than traditional contact temperature measurement have more situations adaptability.KEY WORDS: STC89C52, Non contact sensor, LM 324, Infrared radiation I青岛理工大学毕业设计（论文）目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 研究课题背景11.2 红外测温仪概述11.2.1 红外测温仪简介11.2.2 红外线测温仪的优点21.2.3 红外测温仪工作原理及测温方法21.3 设计任务31.4 本设计的主要工作3第2章 系统的总体方案52.1 总体方案概述52.2系统硬件总体设计方案52.3 系统软件总体设计方案6第3章 硬件部分设计73.1硬件设计概述83.2主控芯片处理模块83.2红外采集模块103.2.1先进行对温度传感器的选择103.2.2 LM324四运放103.2.3 红外采集与放大模块电路图113.3 AD转换模块123.3.1 AD574芯片介绍123.3.2 AD574的引脚说明：123.3.3芯片的工作原理133.4 RS232串口通信模块143.5无线传输模块153.6 液晶显示模块153.7 键盘模块163.8 声光报警模块173.9 环境温度检测模块183.9.1 DS18B20的内部结构183.9.2 DS18B20 的测温原理19第4章 软件部分设计214.1 软件设计概述214.2主程序设计214.2.1主程序设计概述214.2.2 主程序流程图224.3 OTP-538U红外测温程序模块224.3.1 红外测温模块程序设计概述224.3.2 红外测温模块程序流程图234.4 无线蓝牙传输程序模块234.4.1无线蓝牙程序设计概述234.4.2 无线蓝牙程序流程图244.5 键盘扫描程序模块244.5.1 键盘扫描模块程序设计概述244.5.2 键盘扫描模块程序流程图254.6 液晶显示程序模块254.6.1 液晶显示模块程序设计概述254.6.2 液晶显示模块程序流程图26致谢28参考文献29附录3030青岛理工大学毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 研究课题背景 温度1是确定物质状态的重要参数之一，它的测量与控制在国防、军事、科学研究以及工农业生产中占有十分重要的地位。在工业生产中，我们需要经常对设备的运行状况进行监测来确保设备的安全运行，而对设备的监测通常通过测量其表面的温度来进行。现代的工业设备往往是在高电压、大电流以及其它危险情况下运行的，传统依靠人工接触式检测的方法既浪费时间、物力、人力，又带有一定的危险性，同时对测温仪所采用的材质也有严格的限制，在这样的场合下，仪器的使用寿命也成为设计接触式测温仪时的一个重点考虑问题。因此有必要去应用一种新的方式去检测目标系统的温度，确保设备的平稳运行。温度的测量方法有两类，一种是利用电气参数随温度变化特性的热电阻、热电偶测温法2以及以膨胀式温度计为代表的接触式测温方法，另一种是以热辐射为代表的非接触式测温方法4。前者的优点在于测得的温度是物体的真实温度，测温简单、可靠，其缺点在于动态性能差，需要接触被测物体，测温元件与被测介质需要一定时间的热交换才能达到热平衡，同时对被测物体的温度场分布有一定的影响，同时由于工业现场的高温、高压、腐蚀性等恶劣条件，影响了测温仪的精度和使用寿命，大大限制了接触式测温仪的使用；非接触式测温也叫辐射测温，一般使用热电型或光电探测器作为检测元件，其与接触式测温相比，具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点，但受到物体的发射率、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。目前应用最广泛的非接触式测量仪是红外测温仪7，它测温的理论基础是黑体辐射定律。自然界的任何物体都在不停的向外辐射能量，物体辐射能量的大小及波长的分布与其表面的温度有着十分密切的关系，通过测量物体自身红外辐射的能量便能确定它的表面温度。1.2 红外测温仪概述1.2.1 红外测温仪简介红外测温仪是一种将红外技术与微电子技术结合起来的一种新型测温仪器，它通过将被测物表面发射的红外波段辐射能量通过光学系统汇聚到红外探测原件上，使其产生一个电压信号，经过放大、模/数转换等环节处理，最后以数字形式直接在显示屏上显示温度值。红外测温仪由光学部分和信号处理部分组成，其体积小，便于携带，操作简单，在各行各业中得到广泛应用。1.2.2 红外线测温仪的优点与传统接触式温度计相比而言，红外线测温仪有着响应时间快、使用安全、非接触及使用寿命长等优点。（1） 精确。红外线测温仪精确，通常精度都是1度以内，这种性能在做预防性维护时特别重要。用红外测温仪，你甚至可快速探测操作温度的微小变化，在其萌芽之时就可将问题解决，减少因设备故障造成的开支和维修的范围。（2） 便捷。红外线测温仪的另一个先进之处是可快速提供温度测量，在用热偶读取一个渗漏连接点的时间内，用红外测温仪几乎可以读取所有连接点的温度。另外由于红外测温仪坚实、轻巧(都轻于10盎司)，且不用时易于放在皮套中。所以当你在工厂巡视和日常检验工作时都可携带。（3） 安全。安全是使用红外线测温仪最重要的好处。不同于接触测温仪，红外线测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度 ，在仪器允许的范围内读取目标温度。非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区域进行，像蒸汽阀门或加热炉附近，他们不需在冒接触测温时一不留神就烧伤手指的风险。高于头顶25英尺的供/回风口温度的精确测量就象在手边测量一样容易。红外测温仪具有激光瞄准，便于识别目标区域。1.2.3 红外测温仪工作原理及测温方法红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。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3；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9可推导出辐射体温度与检测电压之间的关系式：V=RaT4=KT4（1.1）式中K=Ra，由实验确定，定标时取1T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：（1.2）式中Tr辐射温度(表观温度)(T)辐射率，取0.10.9由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8，即真实温度加上环温才能最终得到被测物体的实际温度。1.3 设计任务（1） 正确显示物件、人体和环境温度；（2） 键盘输入编号，实现编号与实际温度配对；（3） 精确显示实际测得温度，并根据温度显示情况自动判断，与设定目标温度比较，温度过高或过低自动报警，记录温度数据和相应的编号，并可以调出查看。1.4 本设计的主要工作 正确选择主要芯片、元件，并介绍其结构和基本功能；设计绘出系统原理图；正确简洁的源程序；语言流畅简洁。并且根据要求，红外测温仪的要达到的设计技术参数指标如下:(1)测温范围: 35-40C；(2)温度分辨率: 0.01C；(3)无线通信传输距离: 100m ；(4)完成测量时间: 2s；(5)工作温度: 15C-30C；(6)工作电压: 5V。第2章 系统的总体方案2.1 总体方案概述红外测温仪充分应用热电堆传感器、单片机、计算机、无线通信等电子技术，其总体设计方案如下:通过安装在探头上的热电堆探测器TOP-538U11得到温度对应的电信号，电信号经过四运放芯片（LM324）前置放大后送至A/D模块，A/D采用12位高精度的574芯片,数字信号传到主控芯片STC89C52，并由微处理器完成数据采集和转换,最后将转换后的数据通过下位机的串行口送至无线单发模块发射，这样就与上位机无线单收模块建立起无线通信。同时下位机具有温度实时显示功能和功能选择键。在上位机中，单收模块收到的数据通过计算机的串行口送入CPU并进行解数据包，显示曲线，存储数据。 红外测温仪由上位机和下位机组成，其主要功能有以下几个方面:温度信号的放大和A/D转换;用LCD实时显示温度；按键扫描；数据的无线传输；数据存储；温度曲线的绘制。2.2系统硬件总体设计方案确定系统的硬件由单片机模块、OTP-538U温度传感器模块、AD转换模块、液晶显示模块、声光报警模块、HC-05蓝牙模块、键盘模块、RS232串口通信模块、声光报警模块、环境温度采集模块。硬件的流程是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给OTP-538U，OTP-538U执行测温任务并把测量结果送往主控制器，主控制器处理温度后实时显示到LCD12864模块上，同时，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，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或经RS232电平转换模块传将实时温度值传至上位机，在上位机里面实现数据接收、数据显示、数据存储、数据查询、生成曲线报表等多项功能。图2.1 红外测温系统的硬件方案设计框图图2.1中，STC89C51主控制器是本系统的控制中心，它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；OTP-538U模块负责温度数据的测量和采集，并将采集到的数据通过数据端口传送给STC89C51单片机；通过键盘模块可以方便地控制测温及无线传输；RS232转换电路模块可以使主控制器方便地同上位机进行串口通信，并可以同时接收或传送外部送来的资料；LCD显示模块把测量的温度值直观地显示给观测者。2.3 系统软件总体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、无线传输模块和上位机模块。图2.2 红外测温系统的软件方案设计框图 图2.2中，主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上位机进行处理。第3章 硬件部分设计3.1硬件设计概述基于STC89C52单片机的红外测温系统的硬件设计采用模块化设计思想，将整个系统分成九大模块：主控单片机处理模块、红外测温模块、AD转换模块、RS232串口通信模块、无线传输模块、LCD液晶显示模块、键盘模块、声光报警模块、环境温度采集模块。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，然后分别予以解决，大大简化了设计的难度。3.2主控芯片处理模块经过选择，决定使用STC89C52单片机，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机的一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图3.1 AT89C52引脚P0 口：P0口是一个8位的双向I/O口。当它用作输出口时，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能够驱动4 个TTL 逻辑电平。当对P1 端口写“1”时，内部得上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部的上拉电阻就会把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。当我们对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也可以接收一些控制信号。RST: 是复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。如果看门狗计时完成，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，这个脉冲可用来作为外部定时器或时钟使用。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，但是在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.2红外采集模块3.2.1先进行对温度传感器的选择方案一：采用红外线温度传感器IRTP。IRTP系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D203S。热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，故也不选择此方案。方案三：采用 OTP- 538U红外温度传感器， OTP- 538U是一个典型的TO-46系列热电堆传感器。该传感器包含了116组串联的热接点，形成了一个直径545m的感应区。涂黑的表面活性吸收热红外辐射，导致两输出端产生电压差。该传感器芯片采用了了一个独特的前表面微加工技术，使得尺寸更小，能更快速地响应环境温度变化的结果。它是非接触式温度探测、电压输出，便于检测、零功耗，故选择此方案。OTP- 538U红外温度传感器输出电压0.77-1.44mv，所以要进行放大，将信号放大至能采样的范围，考虑经济性选择使用 LM324四运放。 3.2.2 LM324四运放LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。3.2.3 红外采集与放大模块电路图 图3.2 红外采集与放大模块接口电路其中集成运放LM324中的4个运放用了3个，其电路图如图3.3图3.3 LM324中运放连接电路3.3 AD转换模块3.3.1 AD574芯片介绍AD574是美国模拟数字公司（Analog ）推出的单片高速 12位逐次比较型A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等优点，而且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换器，其主要功能特性如下:分辨率：12位 非线性误差：小于1/2LBS 或1LBS 转换速率：25us 模拟电压输入范围：010V和020V，05V 和010V 两档四种电源电压：15V和5V 数据输出格式：12位/8 位 芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式 AD574的引脚说明如图3.4 图3.4 AD574引脚图3.3.2 AD574的引脚说明： 1+5V 电源输入端。 2数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12 位或8位输出。 3片选端。 4字节地址短周期控制端。用来控制启动转换的方式 和数据输出格式。须注意的是端TTL 电平不能直接 与+5V 或0V连接。 5读转换数据控制端。 6使能端。 3.3.3芯片的工作原理 现在说明 AD574 的对其工作状态的控制过程。在CE=1、 CS=0同时满足时，AD574 才会正常工作，在AD574 处于工作状态时，当 R/C=0时A/D 转换，当R/C =1是进行数据读出。 12/8和A0端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。A0=0时，启动的是按完整 12位数据方式进行的。当 A0=1时，按 8 位A/D 转换方式进行。当 R/C=1，也即当 AD574 处于数据状态时，A0和12/8控制数据输出状态的格式。当 12/8=1时，数据以 12位并行输出，当 12/8=0时，数据以 8 位分两次输出。而当 A0=0时，输出转换数据的高8 位，A0=1时输出A/D 转换数据的低4 位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补零。AD转换电路如图3.5 图3.5 AD转换模块接口电路3.4 RS232串口通信模块RS-232是现在主流的串行通信接口之一。 通过RS232转换电路单片机可以非常方便的同PC机进行串口通信，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RS232是用正负电压来表示逻辑状态的，而TTL是用高低电平来表示逻辑状态的，因此，为了能够同PC机接口或终端的TTL器件连接，必须在RS232与TTL电平之间进行电平转换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，本设计采用MAX232芯片，它可完成TTL到EIA双向电平的转换。MAX232C是RS232与TTL电平之间进行电平转换的工具芯片，它是MAXIM公司生产、包括两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232C芯片内部有一个电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS232所输出电平所需的电压。所以，采用此芯片的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。RS-232C是串行数据接口标准，它规定了连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。RS-232被定义为一种在低速串行通信中增加通信距离的单端标准，它采取非均衡传输方式，即所谓的单端通信。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，发送数据时，发送端驱动器输出正电平+5+15V，负电平为-15-5V。无数据传输时，线上为TTL。从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平，然后返回TTL电平。接收器典型的工作电平为+3+12V与-12-3V。由于发送电平与接收电平的差仅为23V左右，所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3.6 RS232转换电路3.5无线传输模块本系统采用设计了一个可控制的无线传输电路。此无线传输电路是通过单片机发出控制信号经过无线发射电路把温度数据发射出去，再由接收电路把信号接收到PC机进行解码得到温度值，从而达到中短距离控制的目的。无线传输使用蓝牙可以使电路接线更加简洁，经过选择，此模块选用蓝牙HC-05。与单片机的接口设计如图3.7所示:图3.7 蓝牙接口电路下面对HC-05进行介绍(1) 采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准(2) 串口模块工作电压3.3V(3) 波特率设置为4800bps(4) 核心模块尺寸大小为：28mm x 15 mm x 2.35mm(5) 工作电流：配对中2030MA，配对后8MA(6) 休眠电流：无休眠(7) 内置2.4GHz天线(8) 可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器等设备进行连接3.6 液晶显示模块 首先对芯片进行选择：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，故不选用此方案。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LCD12864有明显的优点：微功耗，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。所以选择本方案。LCD12864液晶显示模块的概述12864汉字图形点阵液晶显示模块，可以显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。主要技术参数和显示特性:(1) 电源：VDD 3.3V+5V(内置升压电路，无需负压)；(2) 显示内容：128列 64行(3) 显示颜色：黄绿(4) 显示角度：6：00钟直视(5) LCD类型：STN(6) 与MCU接口：8位或4位并行/3位串行(7) 配置LED背光(8) 多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等与单片机的接口设计如图3.8所示:图3.8 液晶显示电路3.7 键盘模块人机之间对话最通用的方法就是通过键盘和LCD显示进行的，操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/O资源；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，采用独立式的接法，通过程序处理消抖，完成键盘的权值设置。图3.9 键盘电路原理图 图3.9中，键盘模块采用动态扫描的方式。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。根据设计需要，本设计用了3个按键。按下按键S1时开始测量目标温度；按下S2时开始测量环境温度；按下S3时进行数据的无线传输。3.8 声光报警模块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PNP三极管驱动蜂鸣器；用红色发光二极管作为发光报警。图3.10 声光报警电路3.9 环境温度检测模块 为了使设备能更准确的工作，设计中加入了DS18B20来测量环境温度，同时可以根据不同的环境温度来确定系统是否可以正常工作。环境温度检测使用DS18B20 温度传感器，下面对传感器DS18B20进行介绍。 DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912 位的数字值读数方式。它工作在35.5V的电压范围，设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。3.9.1 DS18B20的内部结构DS18B20的内部结构如图3.11所示，主要由4个部分构成：64位ROM、温度传感器、非易失性温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。 图3.11 DS18B20的内部结构图3.9.2 DS18B20 的测温原理 DS18B20 的测温原理如图3.12所示。图3.12中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1 ，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2 的脉冲输入。器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55所对应的一个基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，计数器1 和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。 减法计数器1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1 的预置值减到0 时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置将重新被装入。减法计数器1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数。如此循环直到减法计数器计数到0 时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门仍未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值达到被测温度值。 图3.12 测温原理图第4章 软件部分设计4.1 软件设计概述 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主要是测温及数据处理，所以对温度数据接收和处理做了较详细叙述，而对其它各模块做了相应简要的介绍。4.2主程序设计4.2.1主程序设计概述在主控制器方面如图5.1所示，当红外测温系统接通电源时，STC89C52单片机自动复位，开始运行自己的主程序。该程序首先对STC89C52初始化、液晶初始化、无线收发初始化。然后给出开机显示，接着判断是否有键输入，若没有键输入，则继续判断；若有键输入，第一个按键为目标温度测量，第二个按键为环境温度测量，第三个按键为数据的无线发送；若是进行红外测温，则接收数据，并将计算的温度值显示出来，并通过计算是否符合声光报警条件，然后通过第三个按键决定是否要将温度值进行无线传输到上位机处理；然后重新循环判断。4.2.2 主程序流程图图4.1 主程序流程图4.3 OTP-538U红外测温程序模块4.3.1 红外测温模块程序设计概述红外测温模块的数据输出信号、脉冲信号与测温控制端经过运放与AD574相连，通过AD芯片将模拟信号转换为数字信号再送入单片机。它的程序流程图如下图所示，此模块首先定义一个字符型数组用于存放读取到的一帧数据，然后启动测温，读取数据，判断测温是否完毕，若是则计算温度值则存入单片机进行处理，否则继续读取数据。4.3.2 红外测温模块程序流程图图4.2 OTP-538U红外测温程序流程图4.4 无线蓝牙传输程序模块4.4.1无线蓝牙程序设计概述蓝牙基本数据传输模块的实现。此部分软件包括初始化、蓝牙交互、处理数据三个部分。初始化包括系统初始化和蓝牙初始化。系统初始化包括系统时钟初始化、管脚分配、串口初始化、定时器初始化等，蓝牙初始化是通过UART给蓝牙模块发送一系列初始化指令，蓝牙模块返回事件，交互完成一系列的复位、鉴权、读地址等初始化操作。蓝牙交互就是初始化完成后，若本地蓝牙作从设备，则等待远端蓝牙设备的建链请求，如果接受请求，则继续等待建链成功，获得一个连接句柄，从而即可进行数据交换；若本地蓝牙作主设备，则进行一系列主动查询、建链、发送数据、断链等操作。处理数据就是将有效数据提取出来显示在液晶上或转存到相应位置等一系列后续操作。4.4.2 无线蓝牙程序流程图 图4.3 蓝牙模块程序流程图4.5 键盘扫描程序模块4.5.1 键盘扫描模块程序设计概述由于系统采用由机械触点构成的独立式按键，它存在按键开关的抖动问题，这种抖动的暂态过程大约经过510ms的时间，人的肉眼是觉察不到的，但对高速的CPU来说，这个抖动容易影响到单片机对按键的正确判断。如图4.4所示。图4.4 按键抖动示意图为使单片机能够正确地读出键盘的状态，对每一次按键只作一次响应，必须采取措施以消除抖动。本设计采用软件方法消除抖动，它通过延时来躲过暂态抖动过程，执行一段10ms的延时程序后，再读取稳定的键状态。4.5.2 键盘扫描模块程序流程图图4.5 键盘扫描程序流程图4.6 液晶显示程序模块4.6.1 液晶显示模块程序设计概述 单片机对LCD12864的操作过程为：单片机先确认ST7920内部处于非“忙”状态。即读取BF位，当BF为0时，LCD才可接收新的指令或数据。在操作时，LCD12864在单片机的时钟信号的控制下，数据通过数据线传送给LCD12864，当 LCD12864成功接收到数据后，转入内部时钟控制，封锁I/O口缓冲器，置“忙”标志。ST7920根据接收数据中的RW和RS位判断所接收到的是数据还是指令，并进行相应的处理。处理完成后，撤销I/O口缓冲器的封锁，“忙”标志清零。4.6.2 液晶显示模块程序流程图图4.6 液晶显示程序流程图第5章 总结本设计以STC89S52 单片机为核心部件。利用非接触式温度传OTP-538U对温度进行采样,得到的电信号经过四运放芯片（LM324）前置放大后送至A/D模块，A/D采用12位高精度的574芯片,数字信号传到主控芯STC89C52，并由微处理器完成数据采集和转换,实现温度实时测量并实时显示到LCD12864模块上。实现了红外的温度监测系统，它主要实现了对环境温度和目标温度的较精确测量，如果目标温度达到温度的上限值则会声光报警，通过按键确