红外温度测量仪毕业设计论文

江 西 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计（论文） 题 目：红外热辐射温度测量系统的设计与研究 专题题目：无 学 院：机电工程学院 专 业：测控技术与仪器 班 级： 102 学 号： 17号 学 生：柳裔树 指导教师： 罗小燕 职称：副教授 时间： 2014年 5 月 29 日 摘 要 针对高速公路路面温度测量的问题，首先分析了传统的温度测量方法和目前高速公路对路面温度测量的措施，了解了对高速路路面温度测 量对交通安全的重要性，在此基础上提出了红外热辐射温度测量系统的设计和方案。应用红外热辐射非接触式温度测量技术来精确检测公路表面温度。该系统以 89C51 单片机为控制中心， TN9红外探测器，经过数据处理后将测得结果显示在 LCD显示屏上。主要设计成果有： 1 根据非接触式红外热辐射温度测量的要求，设计了基于 TN9 温度传感器针对高速公路路面温度测量的方案。 2 根据系统方案的设计要求，设计了基于 89C51单片机为控制中心的远距离温度测量系统。 包括电源模块，红外热温度传感器 TN9模块， RS232电路转换模块， LCD1602显 示模块的设计。 3 完成了软件流程图，以 keil uVision4 为平台，编写模块初始化程序及显示程序等的设计。 4 根据系统设计要求，完成了 protues 软件设计及 与仿真 。 关键字： 红外热辐射； 红外 ； 单片机 ； LCD显示 。 Abstract Aiming at the problem of highway road surface temperature measurement, the first analysis of the traditional temperature measurement method and current highway measures of road surface temperature measurement, learned to highway road surface temperature measurement of the importance of traffic safety, based on this, advances the infrared radiation temperature measurement system design and solutions. Application of infrared thermal radiation contactless temperature measurement technology to accurately detect road surface temperature. The system with 89 c51 microcontroller as the control center, TN9 infrared detector, after data processing results show that measured on the LCD screen. The main design results are: 1.According to the requirements of non-contact infrared thermal radiation temperature measurement based on TN9 temperature sensor for highway pavement temperature measurement scheme. 2.According to the requirements of the system design, the design based on 89 c51 microcontroller as the control center of remote temperature measurement system. Including power supply module, TN9 infrared temperature sensor module, RS232 circuit conversion module, LCD1602 display module design. 3. Completed the software flow chart to keil uVision4 as the platform, write module initialization program, display program design, etc. 4. Based on the system design requirements, completed the design and simulation protues software. Key words: The infrared thermal radiation； Infrared； Single chip microcomputer； The LCD display. 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题来源 . 1 1.2 课题意义 . 2 1.3 国内研究现状 . 3 1.4 研究目标 . 4 1.5 研究内容 . 4 1.6 研究安排 . 5 第 2 章 红外测温原理及系统的总体方案设计 . 6 2.1 红外热辐射的概念与基础理论 . 6 2.2 红外热辐射测温原理及方法 . 8 2.3 红外热辐射测温的特点及影响因素 . 8 2.4 系统方案 . 10 2.5 研究方法 . 10 2.6 本章小节 . 11 第 3 章 硬件电路设计 . 12 3.1 单片机控制中心 . 12 3.2 红外测温传感器 . 14 3.3 电源模块 . 17 3.4 RS232 电路转换模块 . 17 3.5 LCD显示模块 . 18 3.6 硬件电路功能 . 20 3.7 本章小结 . 21 第 4 章 软件设计 . 22 4.1 软件总体设计 . 22 4.2 时钟初始化 . 22 4.3 LCD显示初始化 . 23 4.4 UART 初始化 . 24 4.5 串口设置 . 25 4.6 红外热测温模块程序设计 . 26 4.7 系统仿真 . 27 4.8 本章小节 . 29 第 5 章 总结与展望 . 30 5.1 工作总结 . 30 5.2 展望 . 30 致 谢 . 32 参考文献 . 33 附 录 . 35 附件 1：常见物质辐射率表 . 35 附录 2： LCD测试程序 . 35 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题来源 本 毕业设计采用 非接触式红外测温的方法，对公路表面温度进行 测量 ，其成果主要应用于高速公路表面温度测温仪。 可见光 的 辐射主要来自高温辐射 物体 ，如太阳， 铁水， 灼热 的 金属 ， 高温燃烧 物体等，而任何低温， 常 温 以及 加热后的物体都 一定会 有红外 热 辐射。在电磁波谱中 能够被人眼 察 觉 的 是 0.4 微米 到 0.75 微米波段 我们 称 之 为可见光波段，而把波长从 0.75 微米到 1000 微米的 之间 电磁波称为红外波段，红外波段的短波段与可见光 中的 红光相 连 ，长波端与微波相接。根据普朗克辐射定理， 我们知道 凡是绝对温度大于零度的物体都 无一例外的 能 向外 辐射 出 电磁 波 ， 该 物体的辐射强度 大小 与 物体 表面的辐射能力 强弱及温度的高低 有关，辐射的光谱分布也与物体温度 紧密 相关。 确定物质状态的参数有非常多，而 温度参数 恰恰 是确定物质状态的重要参数之一，它的测量与控制 方面 在国防 科技 、军事、 工业、农业生产以及 科学研究中占有十分重要的 地位。 我们 在工 农 业生产中，通常通过测量设备表面的温度来监测设备的运行状况，而现代的工业设备 大都 是在高电压、 强 电流等危险 环境 下运行的，传统 的测量方法是 依靠人工接触式检测 ，这样 既浪费时间、人力，又 通常具有 一定的危险性，同时对测温 设备 所采用的材 料性质 也有 非常 严格的限制。因此有必要 研究出 一种新的方 法 去检测目标系统的温度。 目前，人们使用最广泛的水银体温计是根据水银 性质 随温度升降 而 热胀冷缩的 物理性质， 我们在使用 传统温度计 时 要和被测量 物 体 相 接触， 为了与被测物体达到热平衡 ，需 要等待较长的时间，当测量结束后还要将水银重新 甩入水银泡中，由于 甩的时候 极易破碎，其中的水银蒸汽 会 对人体有极强的毒害作用，因此 传统 的温度计有非常严重的安全隐患。 所以 此方法就必然有很多的局限性，在很多环境要求下不能满足快速，安全可靠的非接触式测量的要求。红外测温提供了快速，准确及时的检测方法和结果。而且可以以数字的方式显示出测量结果， 消 耗时 间非常 短，往往在几秒钟之内就能测得结果，更重要的是此方法所测量的结果比较精确，避免了人为读数的误差， 而且 系统的 寿命长，是较为理想的测温仪器。 随着红外检测技术的日趋成熟， 依据 红外 热 测温 技术正 以响应速度快、测量 精 确度高 ，设备耐用 等优 势 ，近年来红外测温技术被越来越多的场合所认识和接受。由于社会的进步，交通的发达，人民生活节奏变得快捷的同时也带来了许多安全隐患。 随着科技的飞速发展，单片机的应用正在 日益广泛 ，同时 也 带动传统控制检测日新月异 的变革 。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 2 在 工业 智能检测、控制系统中， 通常 使用单片机作为一个 控制中心 来使用，然后配合 相应的外围 硬件 设备 ，以及针对具体应用对象特点的软件 相 结合， 如此 加以完善。单片机控制系统能够取代以 往 利用复杂电子 电 路 和 数字电路构成的控制系统， 我们 可以 用 软件控制来实现，并能够 轻松地 实现智能化 控制 。 1.2 课 题 意义 对温度测量的传统方法需要工作人员到现场进行数据采集，整理，分析才能计算出调研结果。过程比较繁琐，耗时费力，更不理想的就是当我们需要多个目标地点的温度数据时，没有足够的人力物力去获得数据，相关工作人员不能及时得到数据，这样极大的降低了工作效率，体现不了工作人员的价值。 随着工作人员对现场安全实时监控提出越来越高的要求，因此对现场安全进行实时监测十分必要。故而需要有更方便安全快捷的工作模式来取代传统的测量方法，正因如此，红外热辐射温度测量技术运应而生。 在某些应用领域中，要求测量温度的传感器不能 直接 与被 测 物体 相接触， 这就需要满足这种领域非接触式测量， 本 设计 正是应上述实际需求 来 设计的红外测温 系统 。 红外 热 测温 系统 是以黑体辐射定律作为理论基础， 红外控制 理论 以及电子技术 综合发展的产物。与传统的测温方 法 相比，红外测温具有 以 下优点： (1)不需要 与 被测物体接触，不会扰乱被测物的温度场，温度场 的分布不会受到影响 ， 因此 具有较高的测量 精 确度； (2)在测量过程中，光电器件不必 与 被测介质达到 新的 热平衡，因而能检测温度的迅速变化， 而且还 能测量运动物体的温度； (3)测量距离可近可远，近者可 测 几厘米， 有的 甚至更小， 而 远者可 测 近 几公里 外的目标 ； (4)可以 用来 测量小面积的 物体 ，目前可测量出直径小至 7.5微米 的目标温度； (5)以黑体 作为测量对象 最为合适，但也可以测量一般物体。 正是这些优点使得红外测温技术受到越来越广泛的 欢迎 ，该技术在温度测量领域 里具有不可替代的优势。 红外测温的设计，其 知识 包 括 了检测技术， MCU，控制 技术等多方面的内容 。 红外测温技术是一门很实用和 很有前景 的技术， 通过此次毕业设计 ，有利于 我 理论联系实际，更好的掌握这一方面的知识体系，是对学习内容的 总结 归纳与升华，特别是对单片机控制技术知识的深入理解，对于自身综合素质 与工程应用能力的培养也有 及其 重要 的 意义。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 3 1.3 国内研究现状 轨道交通是一个庞大、复杂 、易出现事故 的交通运输系统，因而，从机车制造到运营，可靠性、安全性一直是 社会 关注的重点。一方面，无论何种设备， 它的 维 修与护理护是一种设备运转状况驱动的预防性维护。它是对运转状况、热量分布和其他指标进行直接监视，以便确定实际的平均无故障时间或对其危害在设施内所有关键系统装置运转效率损失的确定因素。因此定期地测量设备， 实时 跟踪 监测 结果，而温度恰恰就是一个非常 重要非常有用 的参数。目前 ， 其中监视温度的红外热像仪检测技术就是一种检 测 方向的应用 ；另一方面，随着轨道交通行业的 快速 发展，消费者 群体 对于机车的性能要求也越来越高，轨道交通与汽车行业一样， 就 是 对 可靠性、安全性、舒适性 的严格要求 。红外热像技术在轨道交通运营过程中能 够起到 更有效、更快速 地追踪交通系统的动态。 由于高速公路的路面工程量大、牵涉面广 、建设和维修难度系数大 。 然而 路面 又 经常由多层各不相同的材料 及所含成分 所组成 配比不同 ，特别是沥青面层所用材料品种多、 配比多、 要求严格，每层都有各自要求的工艺水准。在路桥施工建设， 公路表 面、高 桥 的 维护 及施工 过程， 都 必须 要 对沥青或混凝土的 成分及 温度 进行 检测 ；工艺要求较高的区域更是需要采用能 够提供可靠的、 全面反映测量区域内温度的分布及变化情况 的仪表。 红外热测温的应用按其用途可以大体分为两大类，一为定性观察，二为定量分析。定性观察是根据图像判断物体的存在和运动，主要应用于军事、安检、监控等方面。定量分析是利用红外热像仪的测温功能对物体的温度分布进行检测分析。 2003 年非典期间，社会公众对红外热像仪的测温功能提出了很高的要求。针对公路路面温度和铁轨温度测量的传统方法比较麻烦，更重要的是这种传统的方法不能全天24小时实时监控，需要人为现场测试，耗费了不 少人力物力。 随着社会节奏的变快，交通逐渐发达，这些传统的方法已经不能够满足我们对安全的及时监测需要。然而随之产生的交通通信设备日渐繁多，功能完善。红外测温也慢慢步入在交通指示的应用领域，目前已经有部分高速路段铺设有红外测温系统，用于测定高速路段地面温度，及时显示在 LCD显示屏幕上。这种仪器结构简单、容易制作、便于安装及维修，所测温度可直接输出到单片机进行后期数据处理，十分方便易行。 红外测温打破了传统的测温模式，它响应快，测量精度高，可靠性强，范围广，为非接触测量，因而 更 不 容 易 被 损坏，该温度计以其 准确快速 的测量 优势 ，和清晰易懂的数字化显示 方便了 科研领域的使用 以及 方便了人们日常生活工作。 第一 在 本 次毕业设计 中根据红外 热 辐射的基本原理，采用“直接定标”的方法，即在测量不同 环境 下的公路表面温度时，实时定标红外测温。 第二，传统的红外测温仪在原理上均需讨论物体辐射率修正 的 问题。 然 而 如果要 确 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 4 定物体的辐射率则 却是 红外测温中的一大难题。 通常 情况下， 我们 是通过经验测量 或者查阅资料来 确定固体和液体在特定情况下的辐射率，以此作为红外测量中的参数。然而，由于 不同路段及地理位置 公路表面 的 温度随季节和地域情况的不确定性，很难确定不同地域路面的辐射率。所以，根据能量的守恒关系，巧妙的避开了公认的“辐射率修正”这一难题。 第三，根据实际需要，设计了系统 硬件 电路，并对系统进行了仿真。 1.4 研究目标 1. 针对公路表面红外热辐射的测量，通过系统处理，直观的显示其温度； 2. 基于单片机 AT89C51开发的温度控制系统； 3. 能够准确的测量出温度 并将数据 输入到单片机内； 4、对不在规定范围内的温度进行调节以使其始终稳定在一个恒定范围内； 5、控制精度高，系统稳定、成本低； 1.5 研究内容 本系统采用红外温度传感器 TN9 对公路地面温度进行 采集， 89C51 单片机为控制中心，提高了准确性和安全性。系统采用的红外温度传感器体积小、性能好，再加上稳定的运放和精度较高的 A/D处理，将温度参数显示在 LCD显示屏上，可实现对目标温度的准确测量。研究内容如下： 1 红外 热辐射 测温系统的硬件设计 （ 1）单片机处理模块 （ 2)红外 热辐射温度传感器 TN9 （ 3)RS232转换电路模块 （ 4）电源模块 （ 5） LCD显示模块 2.红外 热辐射 测温系统的软件设计 由于受检对象表面 的 红外辐射能量，是经大气传输到红外检测仪器里的，这就会受到 大气成分 中的 水蒸汽、二氧化碳、 氮气 等气体分子的吸收 以及 空气中悬浮 尘埃 微粒的遮挡与吸收 而衰减，设备辐射能量 辐射 的衰减 程度大小 随着检测仪器到被测设备之间的距离 的增大 ， 在很大程度上 降低了被测 物体 辐射的 穿透 率，所以其衰减 程度大小 是随 两者 距离的增大而增加 。 降低受检设备故障部位与正常部位的辐射 的 对比度，也会 导致 红外 探测仪器 接收到的目标能量减少， 从而使得结果 仪器显示出来的温度 值比 被测故障点的 真实 温度 低。 尤其 是 检测温升较低的设备故障时，这是 非常 不利的。 所以 检测距离 越 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 5 大 ，大气 组合成分 的影响 就 会越来越大。 因此如果 要获得目标温度 的 准确性，必 须采取以 下 相应的措施 ： （ 1） 尽量选择在 环境干燥 地段进行检测； （ 2） 在不影响安全的条件下尽可能 减小 检测距离 ， 以便测得实际温度值； 1.6 研究安排 本文章节主要安排如下： 第一章 ：本论文的绪论，包括课题来源，课题意义，国内研究现状，研究目标，研究内容，研究安排； 第二章 ：红外热 辐射 的基本概念介绍，红外热 辐射 测温的基础理论，红外 热辐射测温原理和方法，红外 热辐射 测温的特点，红外 热辐射 测温影响因素； 第三章 ：系统的总体结构设计方案 ,硬件电路设计：单片机处理模块，电源模块，红外测温模块 ， RS232 电路转换模块， LCD显示模块； 第四章 ：软件设计，程序的总体设计； 第五章 ：总结与展望； 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 6 第 2 章 红外测温原理及系统的总体方案设计 2.1 红外热辐射的概念与基础理论 1.红外热辐射的概念 红外 热 是一种电磁波，具有与无 热 电波及可见光一样的 性 质。红外 热 的波长在 0.76到 1000 微米 之间，位于无 热 电波与可见光之间。任何物体， 如果 它的温度只要比零下273.15摄氏 度高，就 都能够自发地向外 发射出红外 热。 与可见光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等 共有 特性相同 以外 同时 还 具有粒子性。对人的眼睛 很 不敏感，要 使 用对 红外敏感的探测器才能探测到。红外辐射的本质是热辐射 ， 在 0.76 m 40 m 红外辐射的 热效应 却是 最大 的 。 红外测温 运用 的原理是根据普朗克原理。 即 自然界 中只要 温度高于绝对零度(-273 15 )的一切物体 ， 由于分子的热运动 效应 都在不停地向 外 辐射 出 包括红外波段在内的电磁波。其辐射能量密度与物体本身的温度 二者之间的 关系符合普朗克定律 的关系 。一般 我们 理解 为 红外测量的是 被测 物体 表面 的温度 ，但是事实上测得的 是 被测对象与传感器或者说是 被测 物体 温度 与环境温度之间的差值。物体辐射能量的大小 也 直接与该 被测 物体的温度 紧密相关。 红外 热 辐射 温度测量 技术的发展主要 是 从两方面来看：一 方面 是红外 热 辐射测温 设备 仪器的发展； 另一方面 是红外 热 辐射测温技术的发展。 2红外热基础理论 （ 1） 生物波普（ Biological spectrum） 生物自身发出的生物物理信息的光波或频率的综合 特性叫做生物波谱 ，它 是 构成生物体周围的生物信息场。科学研究表明， 生物信息场包括 生物产生 的 温度场，电场和磁场等， 所以我们 可以用物理学中的电磁波谱频率或波长，温度等物理 量 来表述 ， 它遵循电磁波的 所有物理 特性。 （ 2） 地 表 辐射（ Ground radiation） 地球 表面 从 太阳辐射 吸收能量 的同时，又 会 将其中的大部分 能量 以辐射的 形 式传送到 大气 当中 。地 球 表面这种以其本身的热量日夜 不间断 地向外 辐射 的方式，称地面辐射。 由于地表面平均温度约为 300k 左右，所以 地表温度 比太阳低得多，因而地面辐射的主要能量集中在 1 30 微米 波段 之间， 地球表面 最大辐射的平均波长为 10 微米，属于 红外区间，与太阳短波辐射相 比较而言 ，称为地面长波辐射。 地 球表 面辐射能力 的强弱 ，主要 取决 于地面本身的 温度 。 由普朗克定理知道 辐射能力 的强弱 随辐射体温度的增高而增强，所以白天地 表 温度较高，地 表 辐射 也就 较强； 同 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 7 理反之， 夜 晚 地 表 温度较低，地 表 辐射 也就相对比 较弱。 依据 理论和 科学 实践证明 ：物体辐射出来的波长与物体本身的温度值成反比，即温度越高，波长越短；温度越低，波长越长。 地面的辐射 属于 长波辐射 ，除 了 部分透过大气向宇宙 辐射 外，大部分 辐射 被大气中水 蒸 汽 和 二氧化碳 、臭氧层、空气悬浮微粒等大气组合成分 所吸收，其中水 蒸 汽对长波辐射的吸收更为显著。 所以， 大气，尤其是 对流层 中的大气， 它的增热主要是靠吸收地面辐射的能量。 （ 3） 红外辐射的发射及其规律 首 先 需要对 黑体的红外辐射规律 简单介绍一下 。所谓的黑体，简 单讲就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于 1 的物体， 简而言之就是 全吸收。 然而， 自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射辐射都有一定的反射 ， 吸收率不 可能 等于 1， 也就是说不可能完全吸收。 所以，黑体 这一概念 知识 只 是人们 为了便于研究而 抽象出来的一种理想化的模型 ，现实中并不存在。但是由于 黑体热辐射的基本规律是红外 热辐射研究及应用的基础，它揭示了黑体发射的红外热辐射随温度 与 波长的定量关系。 （ 4） 黑体辐射规律 黑体红外辐射的基本规律揭示的是红外热辐射温度及波长的 一种 定量关系。黑体 仅仅 是一种 抽 象出来的 理想物体， 如果 它们在相同的温度下 ，那么它们 都 能够 发出同样的电磁波谱，而与黑体的具体成分 、状态 和形状等特性无关。 物理学家 斯特藩和玻耳兹曼通过 物理科学 实验和计算得出黑体辐射定律： 40 )( TTM （ 2-1） 式中： )(0TM 温度为 T 时，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射能，称为总辐出度； 一 斯 特藩玻耳兹曼常量； T 一 物体温度。 上式是黑体的热辐射定律。实际物体的辐射定律一般比较复杂，需借助于黑体的辐射定律来研究。设被测物体的温度为 T 时，总辐出度为 M 等于黑体在温度为 FT 时的总辐出度Mo，即： 440 , TTMM F （ 2-2） 解 得 ： 4 1FTT （ 2-3） 其中 为发射率，不同物体的发射率 并 不 相 同，具体材料的 值可通过 本论文的附录 1或实验得到， T 是 被测物体 对象 的辐射温度，所以 如果我们 已 经 知 道了 被测物体的 和 FT ， 那么我们 就可算出物体的 实际 温度。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 8 2.2 红外热辐射测温原理 及 方法 依据测温原理的不同，红外测温的设计有三种方法 ： 1 对 物体的全波长的热辐射 进行测量，从而 确定物体的辐射温度的 方法 称 之 为全辐射测温法； 2 对物体 在一定波长下的单色辐射亮度 进行红外测量，从而 来确定它 辐射物 的亮度温度的称为亮度测温法； 3 对 被测物体在 不同的 两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化来 确 定温的 方法 称为比色测温法。 亮度测温法 不需要 环境温度补偿，误差较小， 故而 测温精度 较 高，但 由于 工作于短波 段间 ， 因此此方法 只适于高温 物体的温度检测 。比色测温法的光学系统可局部遮挡，这样 受烟雾灰尘 的 影响 就比较 小，测温误 差 也减 小 了 ，但必须选择 在 适当 的 波段，使波段的发射率 对比 相差不 是很 大。本文 采 用 的是 全辐射测温法 。 全辐射测温法是根据所有波长范围内的总辐射 来确 定 物体 温 度的 ，得到的 就 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， 更重要的是系统 结构 比较 简单，成本较低 AT89C51单片机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 、显示温度值 ；红外 热 测温模块负责温度数据的采集、测量，并将采集到的数据通过数据端口传送给 AT89C51单片机； RS232转换电路模块可以使单片机同 PC机方便的 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 可以 直观地显示给观测者。 2.3 红外热辐射测温的特点及影响因素 1.红外热辐射测温的特点 （ 1） 远距离和非接触测量 红外测温不需要与被测物体 相 接触，它特别适合于对运动物体，旋转 物 体，带 电体 以及 高温高压 强电流等危险环境 下物体的温度测量。 （ 2） 响应速度快 红外 热传感器测温并 不像热电偶 或传统 温度计那样， 必须 与被测 物 体 相 接触 ，最后还需要使温度计与被测物 达到热平衡， 它 只要接 收 到目标的红外辐射即可 进行温度 测量， 其响应时间 通常 在毫秒甚至微 秒 数量级 ，所以红外热温度传感器的响应速度快。 （ 3） 灵敏度高 就算 物体温度的微小变化 也 会引起辐射功率的较大变化， 很 容易被探测器 探测 出 来 ，所以红外测温的可测温差特别小，几乎达到零点几摄氏度。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 9 （ 4） 准确度高 红外测温时 是 非接触测量 的方式 ， 这样就 不 会 破坏物体本身的温度分布，因 此， 所测温度真实， 可靠， 准确 。 （ 5） 测温范围 非常 广 测量范围在 -33 到 220摄氏度。 2.红外热辐射测温的影响因素 （ 1） 待测目标辐射率 通过以上原理 的 描述可知辐射率的大小决定了物体的红外能量幅出 度与被测物体实际温度紧密相关。辐射率是指一般物体相对于黑体的辐射能力大小的 一个 物理量，与测量的方向 、 物体的材料形状、表面粗糙度等因素有关。不同物质的辐射率是 各异的 ，常见物质辐射率见附件 1，红外测温装置从被测 目标 上接收到的辐射能量大小 与 它的辐射率 成正比 。 （ 2） 待测目标尺寸 使用红外测温装置测温时，通常只能测定被测目标表面上某一确定面积的平均值。因为 红外 热 温度传感器都有一个测量 的 视角，测温装置的精度与被测物体尺寸和传感器视角相关。待测物体的尺寸与传感器视角有以下几种关系： 1）当被测物体尺寸小于测试视角 时，被测物体周围 辐射体 辐射 出来 的能量就会进入传感器的测量区域，干扰测温数据，造成误差。最终 我们 得到 的 温度信息是被测物体和周围事物温度的加权平均值。因此， 我们 在实际测温时，通常要求被测物体尺寸 一定要超过传感器视角大小的 50%。 2）当被测目标大于测试视 角 时，测温装置就不会受到测量区域以外事物 干扰 ，能够准确的测量被测物体位于传感器视角内确定面积的实际温度，此时传感器的测试效果最好 。 3）当被测目标等于传感器测试视角 的 时 候 ，由于环境中 临近 物体间的能量在不断的传递 ， 尤其是物体与物体直接相互接触部位，所以此时被测物体 温度也受到一定程度影响，但一般影响还比较小，测试效果相对可信。 从上述 三 种情况可看出在设计测温装置时需要对测量实际情况进行实地考察，确定被测物体 对象 的尺寸，选取 合适 的温度传感器 视角 ， 从而 保证测量装置的测量精度。 （ 3） 测量距离 由于空气中悬浮微粒，水蒸气和其他气体成分的存在，自然界中的所有能量的传递都会有一定程度的衰减，被测物体辐射出的能量在传送到传感器的过程中同样 都 会受到外界环境的 干扰 ，造成能量衰减，衰减程度 的大小 与传感器到被测物体的距离相关，距离越远衰减 程度就 越大。因此在使用红外传感器进行温度信号 采集时，需要选取 合适 的 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 10 距离 。 （ 4） 环境影响 红外 热 测温的 精确度 还与环境温度有很大 的 关系，被测 对象 处于一定温度的环境下 ，自身辐射能量的同时会吸收环境的辐射能量。大气吸收，太阳辐射等因素都会影响接收器对目标红外热的接收 效果 。 （ 5） 使用注意事项 应该准确确定被测物体的发射率。 避免周围环境高温物体对目标温度场的影响。 对于透明材料，环境温度应低于被测物体温度。 测温距离不应太大。 不能应用于 表面非常光亮的物体 。 例如抛光的金属表面，因为抛光的表面会造成较大误差。 由于普通红外测温仪仅限于测 量物体外表的温度， 对于 物体内部和存在 有 障碍物时的 情况下的 温度 不方便测量。为了解决这种直线测量的难题， 所以 我们 可以在其检测头部加 上 一 小 段光导纤维， 同时 在其前端装一个小视角的透镜，这样被测物体的辐射 就 能够 经过透镜 传 到光导纤维 的 内部，在光导纤维里面经过多次反射 后最终 传至检测器 ,这样 就可以测量有障碍物 被 挡住 的 地方的温度。 2.4 系统方案 以 89C51单片机为控制中心， 它负责控制启动温度测量、接收测量数据、计算温度值、控制显示过程；红外测温模块负责温度数据的采集，并将采集到的数据通过数据端口传送给 AT89C51单片机 。 红外 热 测温系统的硬件结构框图如图 2-1 所示： 图 2-1： 红外 热 测温系统的硬件结构框图 2.5 研究方法 红外 热 测温 系统 的设计有三种方法， 如果是 对 物体的全波长的热辐射 进行测量，从 而 确定物体的辐射温度的 方法 称 之 为全辐射测温法； 对物体 在一定波长下的单色辐射亮 AT89C51 单片机 电源模块 红外 热 测温模块 RS232模块电路 LCD显示模块 块块 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 11 度 进行测量，从而 来确定 辐射物 的亮度称为亮度测温法； 对 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 方法 称为比色测温法。 亮度测温法 不需要 环境温度补偿，发射率误差较小， 所以 测温精度 较 高，但 由于 工作于短波 段间 ， 因此此方法 只适于高温 物体的温度 测量。比色测温法的光学系统可局部遮挡，受烟雾灰尘 的 影响 比较 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 。通过 TN9 红外温度传感器接收红外热辐射数据，传至单片机内处理后显示在 LCD显示屏上。 2.6 本章小节 本章 内容 主要介绍了红外 热 测温的原理 以及应 遵循的理论依据，根据 系统测温 原理推导出计算温度的公式。同时对运用红外温度传感器测量 温度 时的一些重要影响因素和设计时应需要注意的 事项 ，如何减小 该系统温度 测量结果的误差 做了简 要 说明。最后根据 红外热 测温原理设计出了整个系统的总体方案，简要介绍了一些重要模块的相关功能。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 12 第 3 章 硬件电路设计 3.1 单片机控制中心 本次毕业设计系统选择 以 AT89C51单片机为 系统的控制中心 ，此单片机模块的工作原理是： AT89C51单片机加载相应程序的 后 把红外测温模块传来的数据加以处理，送 LCD显示屏显示。下图 3-1是单片机处理模块的电路原理图 : 图 3-1： 单片机处理模块 电路图 单片机作为红外测温 系统的控制中心 ，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。本测温仪选择的 AT89C51RC 单片机，下面是 AT89C51RC单片机相关资料信息： AT89C51 指令代码 与 8051 单片机 的完全兼容 ， 具有 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周期 ，我们 可 以根据具体需要 任意选择， AT89C51RC 系列单片机具有在系统可编程（ ISP）特性， 如此 可以 不用 去购买通用编程器，单片机在用户系统上 就能够实现 用户程序 的 下载 与 烧录，无须将 其 从以生产好的产品上拆下。由于 用户 可以在目标系统上将程序直接 下载进 系统查看 运行结果，故无须仿真器。 1、 AT89C51RC单片机的特点： 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 13 1） 增强型 6时钟 /机器周期， 12时钟 /机器周期 8051 CPU； 2） 工作电压： 3.8V-5.5V； 3） 外部中断 4路，下降沿中断或低电平触发中断 ； 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； 4） 工作频率范围： 0-40MHz； 5） 4k的 Flash程序存储器； 6） 片上集成 512字节 RAM； 7) ISP/IAP； 8) 通用 I/O口， P1/P2/P3/P4是准双向口 /弱上拉 ， 作为 I/O口用时需 要 加上拉电阻； 2、 AT89C51各引脚的功能描述如下： （ 1） XTAL1 输入到振荡器的反向放大器； XTAL2 反向放大器输出，输入到内部时钟发生器。 （ 2） RST：单片机的上电复位或掉电保护端； （ 3） ALE: 地址锁存有效信号输出端； （ 4） PSEN ：片外程序存储器读选通信号输出端。 3、晶振电路 晶振电路图如图 3-2所示： 图 3-2：晶振电路图 晶振为整个系统提供时钟信号，供单片机的 CPU 和 AD 进行数据处理使用，电路中的 电容 C1 和 C2 的选择在 30PF 左右，但 是如果 电容太小会影响振荡的频率、稳定性和快速性。频率越高单片机的速度就越快，但对存储器速度要求就高 ， 采用的晶振频率为 32.768KHZ。 4、复位电路 复位电路图如图 3-3所示： 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 14 图 3-3：复位电路 单片机长期工作难免会出死机，因此对单片机要进行定时的复位操作。复位电路由电阻、电容、二极 管以及按键组成如 错误 !未找到引用源。 -3， 3.3V 接到二极管然后再接按键接地。电容和电阻组成上电复位，当单片机上电时自动复位，而在单片机运行过程中则通过按键 S进行手动复位。 3.2 红外测温传感器 此红外测温模块采用非接触 式方法 ，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。 在设计中选择合适的红外检测器已成为一个重要问题。首先考虑的是器件的以下性能 参数 :光谱响应范围、响应速度、有效检测面积、元件数量和检测目标 的温度。 本红外测温仪选用了 TN9的 红外探测器作为测温模块，它是一种 集成的红外 热 探测器，内部 设计 有温度补偿电路和 热 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 的 回应时间 大概 为 0.5 秒。而且它 还同时 具备 SPI 接口，可以很方便地与 MCU进行数据的传送工作 。其相关资料如下： 1、 红外测温传感器的引脚介绍 图 3-4 红外测温传感器引脚图 V D C A G TN9红外 热传感器 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 15 红外测温传感器引脚图如图 3-4所示 ，其中 V为电源引脚 VCC， VCC 一般为 3V到 5V之间 大小 的电压，但是该系统采用的是 5V电压； D为数据接收引脚， 如果 没有数据接收时 D就 为高电平； C 就 为 2KHz Clock输出引脚； G为接地引脚； A为测温启动信号引脚，低电平有效。 当 它通过红外温度传感器扫描被测物体， 同时 把相应的红外辐射数据通过P1.5、 P1.6和 P1.7 口传送给单片机模块处理。 TN9直流参数如表 3-1所示： 表 3-1： TN9直流参数 表 3-2 ： TN9测试条件及范围参数表 工作 参数 符号 数 值 结果 单位 测试条件 工作 最小值 典型值 工作 最大值 工作电压 VDD 3.6 _ 5.0 v 工作电流 opI _ 6 9 mA VDD=4.5V CPUF =600KHZ 静态电流 STABI _ 3 4.5 uA VDD=4.5V 输入高电平 IHV 3.0 _ _ uA VDD=4.5V 输入低电平 ILV _ _ 0.8 uA VDD=4.5V 高电平输出电流 OHV _ -2.0 _ mA VDD=4.5V OHV =3.5 低电平输出电流 OLV _ 2.5 _ mA VDD=4.5V OLV =0.8 测试条件 -33220 分辨力 1/16 =0.0625 工作范围 -1050 响应时间 0.5秒 精 度 +/-0.6 波长 5um14um 刷新频率 1.4HZ 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 16 2 红外测温模块时序图 红外测温模块的时序图如图 3-5 所示，为 SPI 数据格式， TN9 在 时钟 的下降沿接收数据， 在完成 一次温度测量 的过程中 需 要 接收 5 个字节 大小 的数据 ，接收正确时Sum=Item+MSB+LSB； CR称 为结束标志，当 CR 为 0x0dH时表示完成一次温度数据接 收。 一帧数据包括 5个 Byte，每个 Byte具体 代表含义如下： Item：“ L” (4CH): 代表目标温度 ， “ f” (66H): 代表环境温度 MSB： 8 bit Data Msb LSB： 8 bit Data Lsb Sum： Item+MSB+LSB=SUM CR： 0DH,结束码 3 红外测温模块温度值的计算 不管我们 测量 的是 环境温度还是目标温度，只要 我们 检测到 Item为 0x4cH或 0x66H的同时检测到 CR为 0x0dH， 那么 它们的温度的计算 原理和 方 法都 是 相同 的 。计算公式为 ： 温度 = Temp/16 273.15 （ 3-1） 其中 Temp 为十进制， 但是 测量结果 却 为 十六 进制， 我们 把它直接转换为十进制即可。 TN9电路模块如图 3-6所示： 图 3-5： 红外测温模块时序 图 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 17 图 3-6： TN9红外测温模块电路 3.3 电源模块 单片机是直流 5V 供电，所以需要对交流电进行降压整流，采用 LM7805 整流得到 5V直流供给单片机使用，电路图如下 图 3-7： 图 3 7：整流 电源 电路 3.4 RS232 电路转换模块 因为 单片机中的 UART 和电脑串口 RS232的区别仅在于电平 类型 的不同 ,电脑串口采用 的是 RS232电平 ,而单片机 UART则采 用 TTL电平 ,所以 如果不进行 单片机与电脑串口之间的 电平转换 ,它们 就不能直接进行通信 。 我们 通过 RS232 转换电路 如此 单片机 就 可以方便的同 PC 机进行串口通信， 可以同时接收或传送外部送来的 数据 。 MAX232对 单片机与电脑串口 两者之间通信的数据没有 其他 任何作用 ,只是负责将两者之间的电平进行统一 ,只要电平统一了 ,两者之间就可以 进行 直接通信 ,所以我采 用了 MAX232这一芯片。 但是 进行串行通讯时要满足一定的条件，因为 RS232 电路 是用正负电压来表示逻辑状态的 ,然 而 TTL 却 是用高低电平来表示逻辑状态的 ,因此 ,为了能够 和 PC机接口或终端的 TTL器件 相 连接 ,必须在 RS232与 TTL电平之间进行电平转换。 近年来 集成电路转换器件 的使用越来越广泛。 RS-232被 普遍 定义为 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 18 一种在低速串行通信中增加通信距离的单端标准通信。 RS232转换电路图如图 3-8所示： 图 3-8： RS232转换电路图 MAX232 芯片是专门为电脑的 RS-232 标准串口设计的单电源电平转换 的 芯片 ,使用+5v单电源供电。图 3-8所示 RXD和 TXD接单片机相应接口。 MAX232 引脚图如图 3-9所示： 图 3-9： MAX232 引脚图 3.5 LCD 显示模块 液晶显示器简称 LCD显示器，液晶显示模块是一种常见的人机界面，在单片机系统 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 19 中的应用极其广泛。本系统采用的是 1602的 LCD接口。 1602是一种点阵字符型液晶显示模块，可以显示两行共 32个字符。 因为 LCD型号不同 ，所需要的背光电阻大小 也 会不同，根据具体要求 可自行调节。其主要引脚的功能如下： RS：数据 /命令选择端，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。 RW：读 /写 信号 选择端，高电平时进行读操作，低电平时进行写 操作 E：使能端，当 E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令 。 LCD显示电路与单片机连接图如图 3-10所示： 图 3-0： LCD显示电路与单片机的连接示意图 系统总体电路设计如图 3-11所示 ： 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 20 图 3-11： 系统总体设计电路图 3.6 硬件电路功能 系统硬件电路主要完成温度信号采集、信号调理、数据处理、温度显示四大功能，因此可以将硬件电路分为以下 四 个模块： 1、 信号采 集 本 系统采用具有安全、准确、快速等优点的 TN9系列数字红外温度传感器进行温度信号采集。红外温度传感器感知被测物体的温度和环境温度，然后通过内部调理电路处理，分别将被测物体红外辐射能量和环境温度信号转化为电压信号和电阻信号，再送入后续调理电路进行相应处理。 2、 信号处理 红外温度传感器输出被测目标温度信号大都为毫伏级甚至微伏级的电压信号，其输出信号携带大量噪声，因此在进行后续处理前首先应该对传感器信号进行适当的放大滤波处理，滤除噪声，放大有用信号。此外，由于单片机只对电信号进行处理因此该模块同时还完成电阻值 信号到电压信号的转换。 3、 数据处理 由前两部分电路输出的信号都是模拟信号，而单片机只能处理数字信号，因此需要 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 21 先将温度信号进行模数转换，模数转换完成后的数据才能送入单片机进行处理。单片机将所接收的数字信号通过一定的算法转换成实际温度值 。 4、 温度显示 采用 LCD对被测物体温度进行实时显示，实现人机数据交互，方便对信息的查询。 3.7 本章小结 本章主要介绍了系统的硬件设计方案、元器件 型号 的选择以及每一模块的具体 原理图 设计。选择元器件时对该系统中主要的器件相关参数以及主要功能进行了详细的描述，对其他未介绍的模 拟器件将根据电路制作实际情况而定。 根据系统框图的设计，本章应用 Proutues 画出相应的模块的电路原理图，原理图布线。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 22 第 4 章 软件设计 4.1 软件总体设计 红外 热辐射 测温系统 的 软件结构较为简单，包含 了 TN9红外测温传感器软件设计 、AD转换 初始化 、 LCD 显示 初始化 、数据转换 初始化 、 时钟初始化、 UART 初始化 等几部分。LCD 显示部分负责将被测温度和环境温度在 LCD 对应位置显示出来。数据处理采用取 8次转换结果求平均的方式， 目的是为了 减小因数据 的波 动和 AD 转换的随机性误差对结果造成的 偏差 ；被测物体温度根 据环境温度，同样采取结合计算与查表的方式来获取。系统软件流程如 图 4-1所示： 图 4-1：软件流程图 4.2 时钟初始化 AT89C51基础时钟模块提供 3种时钟信号 : (1)MCLK是 主时钟， 其 来自 XTZCLK、 LFXTICLK 以及 DCO信号经 过 l、 2、 4或 8分频后得到， MCLK用于 CPU和系统 使用 。 (2)ACLK 是 辅助时钟， ACLK 也 是 LFXTICLK 信号经 1、 2、 4 或 8 分频后得到的，可用软件选择分频 数 ，可通过软件选作外围设备 的时钟信号。 系统初始 化 开始 温度显示 时钟初始化 LCD 初始化 数据处理 延时 信号采集 AD 初始化 UART初始化 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 23 (3)SMCLK子时钟， SMCLK同 MCLK主时钟一样可通过软件选择来自 XTZCLK、 LFXTICLK以及 DCO信号经 l、 2、 4或 8分频后得到， SMCLK由软件选作外围模块的时钟信号。 本设计中时钟信号由 32.768MHZ的低速晶体整荡器产生，时钟初始化程序如下： void int_clock(void) if (CALBC1_8MHZ =0xFF | CALDCO_8MHZ = 0xFF) while(1)； BCSCTL1 = CALBC1_8MHZ； / 设置 DCO为 8MHz DCOCTL = CALDCO_8MHZ； P5DIR |= 0x78； / 将 P5.6、 5、 4、 3 设置为输出 P5SEL |= 0x70； / 选择 P5.6、 5、 4 因为 外加晶振有可能会出现不起振的情况， 所以 在程序中加入了对 DOC振荡器进行初始化。 当 外部晶振失效 的 时 候系统会 自动启用 DOC振荡器， 同时 将其频率设为 8MHZ，供系统使用。程序将 P5 端口的 4、 5、 6 脚设置为输出， 来 作为检测三种时钟信号的测试口。 4.3 LCD 显示初始化 LCD 的 作用是将 系统测得 被测物体的实时温度信息显示出来，此次 毕业设计选 用的LCD1602 液晶显示在使用前首先得对它 的 显示方式、操作方法等初始化。本设计中需要对 LCD的显示方式，光标显示，字符显示进行初始化，具体程序 见附录 2,LCD显示初始化的流程框图如图 4-2所示： 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 24 图 4-2： LCD显示初 始化流程框图 4.4 UART 初始化 通用串行同步 /异步 (UART)是一个串行通信接口，它允许 7 或 8 位串行位数据流以预设的速率或外部时钟确定的速率移入、移出 AT89C51单片机 。在本系统中，使用它的异步模式 UART，数据帧格式 被 定 义 为 8位数据位、 1位停止位、无奇偶校验。 软件程序如下： void init_uart(void) UCA0CTL1 = UCSWRST； /初始化 UCA0 UCA0CTL1 |= UCSSEL_1； /串口通信时钟为 ACLK UCA0BR0 = 0x03； /波特率为 9600 UCA0BR1 = 0x00； 清除 LCD 屏幕 结束 发送命令 读取指令程序 延时 查忙 开始 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 25 UCA0MCTL = 0x06； P3SEL = 0x30； /将 P3.4、 5设置为串口通信模式 UCA0CTL1 &= UCSWRST； /初始化 UCA0状态机 IE2 |= UCA0RXIE； /使能 UCA0 接收中断 4.5 串口设置 串口设置主要是对串口参数进行设置，要完成上位机与硬件电路的通信，必须保证两者间的数据帧格式、比特率 特性 完全相同。串口设置程序如下： void CTePomDlg:SetCom() CString strtemp； int i； UpdateData (TRUE)； /读取编辑框内容 i=m_CtrlCbo1.GetCurSel()+1； if (m_TePom.GetPortOpen() m_TePom.SetPortOpen(FALSE)； m_TePom.SetCommPort(i)； /选择 com if ( !m_TePom.GetPortOpen() m_TePom.SetPortOpen(TRUE)； /打开串口 else AfxMessageBox(cannot open serial port)； strtemp=m_Cbo2； if (m_Cbo3=NONE 无 ) strtemp+=,n,+m_Cbo4+,+m_Cbo5； else if (m_Cbo3=ODD 奇 ) strtemp+=,o,+m_Cbo4+,+m_Cbo5； else strtemp+=,e,+m_Cbo4+,+m_Cbo5； m_TePom.SetSettings(strtemp)； /波特率 9600，无校验， 8个数据位， 1个停止位 m_TePom.SetInputMode(1)； m_TePom.SetRThreshold(1)； 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 26 m_TePom.SetInputLen(0)； m_TePom.GetInput()；/先预读缓冲区以清除残留数据 4.6 红外热测温模块程序设计 该 系统 红外测温模块的数据输出信号和脉冲信号分别接单片机 P1.5 和 P1.6 口 ,测温控制端接 单片机的 P1.7 口。它的程序流程图如图 4-3 所示，此模块首先定义 了 一个字符型数组用 来 存放读取到的一帧数据，然后启动 TN9开始 测温，读取数据 。 把五个字节数据都读完后 ， 判断第一个字节是否为 0x4c 或 0x66并且第五个字节为 0x0d， 如果 是就 计算温度值 并且 返回，否则继续读取数据。因为红外测温模块的数据是一位一位地送给 单片机的，所以 需要采 用双重循环，内循环接收一个字节的数据，外循环接收五个字节的数据。 图 4-3： 红外热测温模块程序流程图 Y N 定义数组存 放测温 数 据 开始 结束 开始测温 读取数据 计算温度值 第一个字节判断 0X4C或 0X66 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 27 4.7 系统仿真 使用 keil 软件编写好设计的程序之后，对程序进行编译与调试，调试界面如图 4-4所示： 图 4-4：毕业设计 keil软件程序编译 通过编译和调试之后，界面显示 0错误， 0警告，软件程序编译成功，界面如图 4-5所示： 图 4-5：程序编译结果 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 28 程序编译成功之后，接下来应该做的是将程序下载到 51单片机里，进行软件的仿真。在电路原理图点击 51单片机，会显示 出红色，双击鼠标左键弹出对话框如图 4-6 所示： 图 4-6：单片机程序加载 单点击红色部分也就是 Program File选项，找到 C51红外 hex文件，点击 Ok,完成程序的加载。正确完成以上之后，对软件进行仿真。点击软件的 Debug 选项，仿真结果如图 4-7所示： 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 29 图 4-7： protues 软件仿真图 仿真结果：通过加载编写好的程序后，进行系统仿真，从中可以看到，在 LCD1602上显 示出年月日，系统当前设置的温度值，实现了预期的效果。 4.8 本章小节 本章依据系统设计的要求 介绍了整个 系统 程序流程图 以及 程序设计思路。 编写了单片机引脚初始化，红外热传感器 TN9模块的初始化， LCD显示模块初始化以及 UART模块初始化 的软件程序。加载编写好的程序，通过 protues软件对系统进行仿真，仿真结果显示实现了预期的效果。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 30 第 5 章 总结与展望 5.1 工 作总结 通过这次毕业设计，让我更加清晰明了的掌握了 89C51单片机的相关知识，结合课本所学的知识，查阅相关资料，认识了其强大的功能，其结构特点及其相关的一些开发环境为本研究系统的设计提供了便利的条件： 32个可编程的 I/O口使得在设计中扩展红外测温模组显示模块非常的灵活； 同时还具有 具有丰富的中 断源，使得系统在数据显示，扩展性方面功能强大。所设计的测温系统具有以下优点： （ 1） 非接触式测量； （ 2） 安全、稳定，且易于系统维护； （ 3） 响应 速度快； 对的硬件的处理和软件的设计 ，以 51 单片机作为 本次设计的 系统控制中心 ，使得红外测温 系统 具有以下功能 : 非接触测量温度；快速测量环境温度和目标温度，而且测量以后可以直观的显示。 主要完成了以下工作 : (1)完成了路面温度数据采集系统的 总体设计； (2)完成了系统的软硬件设计，基于 RS232 实 现了串口通信； (3)完成了上位机软件的设计，实现了数据接收、温度显示、数据存储等功能； (4)完成了整个系统的各功能模块的整合 与仿真，实现了预期的效果； 通过这些都在很大程度上开阔了我的视野，拓展了我的知识面，也认识到了自己 知识上 的 漏洞 ，所以在后续的学习过程中，一定更加努力 的学习相关的课程，更好的掌握好这方面的知识。 对硬件电路的设计 使 我对 Proutues 软件的使用更加熟练，而通过运用 Keil 进行软件的设计使我的编程和调试能力也有很大的提高。这不仅使我对课本上所学的知识有了更进一步的了解，而且也提高了我的动手能力、理论联系实际能力。为今后的学习和工作打下了很好的基础。但同时也明显感觉到还有很多地方需要完善和提高，设计的 系统 与实际应用还有一定的差距。所以在今后的工作中，还要不断的 自我 充电，掌握更多的技能。争取能够在此基础上设计出更先进、功能更 完全 的智能化仪器。 5.2 展望 本次 毕业 设计工作仅 仅 是对温度监测系统的一个探索性设计和研究，仅系统硬件、软件运行情况来看基本符合设计要求。但是个人能力的有限，测温系统仍存在不完整和不完善的地方。下面对设计中还需改进的地方作以说明： 这次毕业设计的硬件电路并没有在实际环境下测试 ，只是模拟相似环境下的应用，这些还需要在以后的 实践 中进一步完善。测温系统工作条件恶劣，需要安装于高温、高 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 31 湿无人护理环境中，硬件电路容易受干扰，因此对它的封装和保护设计 是 非常 重 要。此外本测温系统采用的是串口通信方式 实现与 上位机进行数据交换， 且 实际中不 适合 利用有 线 传输，因此应 考虑采用无 线 方式进行数据 的 传输。 由于 本人 知识能力有限 对系统采用的传感器特性还未完全了解，需要后期 的学习 进行大量的实验 应用 ，对可能影响传感器测量准确性的因素进行确认，并采取 相 对应 的改进 措施减小 甚至 避免这些因素的影响。再有程序中对 AD 转化的所有结果都进行同样的处理，并未对数据进行筛选，数据处理方式不够好。因此需要设计更好的程序实现数据的筛选和处理。 此系统不单单可以对路面温度进行非接触式测量，还可以在很多非接触式环境下对温度的测量，例如：正在高速运行状态下的设备，人体温度快速检测，动物养殖厂对 运动的 动物体温检 测，高温高压强磁场环境下目标的检测等等。在这些人为不方便的场合时，用此系统进行目标温度的检测可以节省很大的人力物力，不但安全 而且数据 还很精确，快速，是一种比较理想的实用方案。 最后， 通过此次的课程设计我更加懂得了 查阅及收集资料 ， 如何获取所需知识能力的重要性。 感谢那些给我帮助的伙伴们，以及 罗小燕 老师 耐心 的指导 ，让我在此次设计当中更加顺利。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 32 致 谢 弹指一挥间， 四年的 大学 学习和生活 已经接近了尾声。当自己怀着忐忑不安的心情完成 大学学习生活 的时候，自己也从当年一个从农村走出的懵懂孩子变 成了一个 逐渐 成熟 的 青年，回想自己的十几年的求学生涯，虽然只是一个本科毕业，但也实属不容易。首先，从小学到大学的学费 以及 生活费就不是一个小 数字 ，这当然要感谢我的妈妈 和哥哥 ，他们都是普普通通的农民，没有他们的勤勤恳恳，我是无论如何也完成不了我的大学生活。没有他们的支持和鼓励，我也不可能完成我的学业。因此我要感谢我的妈妈还有哥哥姐姐，是你们让我的生活 变得更加 精彩和充实。给我支持和帮助，过去他们来不了的大学殿堂，让我来实现这个美丽的梦想。 经过半年的忙碌和学习，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由 于经验的匮乏， 知识的漏洞， 难免有许多考虑不周全的 细节 ，如果没有导师的耐心指导，以及同学们的帮助支持，想要完成这个设计对我而言十分困难的一项任务。 在这里首先要感谢我的导师罗小燕老师。罗老师平日里工作繁多，除了要带我们这些毕业生还要给学弟学妹上课，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料、方案设计修改、中期检查、后期详细设计以及论文写作过程中都给予了我悉心的指导，十分的感谢。 然后还要感谢大学四年来所有的老师，从大一开始 不仅 给我们传授专业知识为我们打下测控专业 的基础知识，还教育我们如何处理问题如何做人。 同 时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励 ,此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢江西理工大学，感谢机电工程学院四年来对我的大力栽培。在这里我度过了我一生当中宝贵的四年。 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 33 参考文献 1 永进、陈远金、吴雄伟数字式红外 热 高精度位移测量仪 J物理实验（ 24卷），2004:2-3 2 丁选光机电一体化设计使用手册（上） M北京：化学工业出版社， 2003. 3 李昌禧智能仪表原理与设计 M北京：化学工业出版社， 2005.2 4 李群芳、肖看 .单片机原理接口及应用 M. 清华大学出版社， 2010.11 5 李云红 .基于红外热像仪的温度测量技术及其应用研究 D.哈尔滨工业大学出版社， 2010.3 6 聂典、丁伟 .51 单片机仿真实战教程 M.电子工业出版社 , 2010 7 胡大可单片机 C语言程序设计与开发 M北京：北京航空航天出版社， 2003 8 魏小龙单片机接口技术及系统设计实例 M北京：北京航空航天出版社， 2002 9 李朝青 PC机及单片机数据通信技术 M 北京航空航天大学出 版社， 2000 10 钱伟基于红外传感器的开关柜温度在 热 实时监测系统设计 D. 南京理工大学，2009.06 11 吴云峰电气设备控制屏红外测温检测仪的软硬件设计和实现 D吉林大学出版社， 2008.12 12 李志强 、 彭友云 .基于 单片机的红外通信接口的设计 J.广西轻工业， 2007.3，第3期： 77-79 13 陈爱文 .基于 89C51单片机控制的红外通信设计 J.机电工程技术， 2007，第 36卷（第 12期）： 34-36 14 陈远金、程永进、吴雄伟 .红外 热 温度传感器的设计与实现 D.中国地质大学，2005.10 15 肖春芳 .用 89C51单片机控制红外 热 通信接口电路设计 J，山西电子技术， 2009，第 2期： 20-21 16 李冰 .海水表面温度红外测量方法的研究 D.天津理工大学研究生部， 2010.01 17 许猛、李恩普、张晓娟 .红外测温中环境辐射影响的分析 D.西北工业大学， 2007.03 18 姜文东、贾辉然 .基于热释电红外传感的智能交通系统研究 D.河北科技大学，2010.03 19 张海英 . 模糊控制在智能交通灯监测系统中的应用 J .计算机技术与发展 , 2008( 3) : 181- 182. 20 张建奇、方小平 . 红外物理 M. 西安电子科技大学出版社， 2004 江西理工大学 2014 届本科生毕业论文 34 21 倪雪飞 . 浅谈红外测温及其应用 J计量与测试技术， 2009, 第 36卷（第 7期）：7-8 22 李松林 .红外温度模块额温测量系统 D. 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