通信工程毕业设计（论文）基于单片机的红外测温仪的设计与制作VIP

1、普普 通通 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目: : 基于单片机的红外测温仪的设计与制作基于单片机的红外测温仪的设计与制作 院院 别别 软件与通信工程学院软件与通信工程学院 学生姓名学生姓名 学学 号号 专专 业业 通信工程通信工程 届届 别别 20122012 届届 指导教师指导教师 职职 称称 教教 授授 二二 o o 一二一二 年年 五五 月月 普通本科生毕业论文（设计）诚信承诺书普通本科生毕业论文（设计）诚信承诺书 毕业论文（设计）题 目 基于单片机的红外测温仪的设计与制作 学生姓名专业通信工程学 号0083053 指导老师职 称教 授 所在学院软件与通信工程学院 诚信承诺

2、诚信承诺 本人慎重承诺和声明： 我承诺在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范， 在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研 究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。 学生（签名）： 年 月 日 摘摘 要要 在发生重大的疫情如 sars,需要快速测量人体体温；还恶劣生产条件、 特殊环境，需要远距离非接触的测量温度等情况下，传统的温度计达不到 要求，因此设计了红外测温仪，达到快速、非接触式测温的目的。 本文介绍了红外测温仪的基本原理和实现方法，提出了以 at89s51 单 片机为其核心控制部件的红外测温系统。该系统主要由光学系统、热释电

3、传感器 re200b、lm324 信号放大电路、ad 数模转换电路、at89s51 单片机、 lcd1062 液晶显示部分等部 分组成。光学系统汇集其视场内目标的红外辐 射能量，红外能量聚焦在热释电传感器上并转变为相应的电信号。放大电 路把电信号放大，然后通过 a/d 转换电路，把模拟信号转换成数字信号。 at89c51 单片机负责控制启动温度测量、接收测量数据、并按照单片机中 的温度值计算算法计算出目标的温度值再通过 lcd1062 液晶显示电路把结 果显示出来。 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，因而不易损坏，该温度计以其准备快捷的测量功

4、 能，和清晰易懂 的数字化显示方便了人们日常生活和工作以及科研领域的 使用。 【关键词】红外测温仪 热释电传感器 at89c51 abstract its necessary to measure temperature of body fast when a major epidemic outbreak like sars, and the traditional thermometer is not up to the requirements in the special conditions for example environment of production badly ,m

5、easure temperature for a long distance and non-contact .therefore, we design the infrared thermometer to measure temperature in the special conditions. the paper introduces the principle and implementation method of the infrared temperature detector. the at89s51 is the control unit of core in the sy

6、stem of the infrared thermometer .the system in this designation is composed of optical systems, re200b, lm324, a/d conversion circuit, at89s51 and lcd1062. the system assembles the aims ir radiation energy of field-of-views (fov) , ir energy assemble in pyroelectric sensor and conversion of ir ener

7、gy to electrical signal .the maplify circuit has a electrical signal enlarged ,then convert an analog signal into a digital one by using the a/d conversion circuit .the at89s51 controls the temperature measuring system, and receives the data of measurement and use the calculation method of the tempe

8、rature to get the aims temperature . lcd1062 display the temperature. the infrared thermometer is different form the raditional thermometer, .it response past , high precision of measurement , wide range of measurment. i ts for non-contact measurement, so it is not easy to damage .the thermometer wi

9、th the function of quick measuring and clear digital display is convenient for peoples daily life and work and the scientific research in the field 【key word】infrared temperature detector; pyroelectric sensor; at89c51 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 研究背景与意义 .1 1.2 红外测温技术发展概述 .2 1.3 红外测温仪的设计原理 .4 1.4 红外测温仪的技术指标及功

10、能 .5 1.5 本论文的内容结构安排 .6 2 红外测温仪硬件电路方案的设计红外测温仪硬件电路方案的设计 .7 2.1 总体设计方案 .7 2.2 热释电传感器 .7 2.3 放大滤波电路的设计.8 2.3.1 运算放大器 lm324 的介绍 .8 2.3.2 放大滤波电路的设计 .9 2.4 模数转换电路的设计.10 2.4.1 adc0804 的介绍.10 2.4.2 模数转换电路的设计.11 2.5 单片机控制电路的设计.12 2.5.1 单片机 at89s51 的介绍.12 2.5.2 单片机最小系统的设计.16 2.6 lcd1062 显示电路的设计.16 2.6.1 lcd106

11、2 的介绍.16 2.6.2 显示电路的设计.17 3 红外测温仪软件方案的设计红外测温仪软件方案的设计 .19 4 调试调试 .2222 4.1 硬件系统的调试 .22 4.2 软件系统的调试 .22 5 总结与展望总结与展望 .23 参考文献 .24 致 谢 .25 附 录 .26 1 绪论绪论 温度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，而体温是人体生命活动 的基本特征，也是观察人体机能是否正常的重要标志之一。工业生产中， 我们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 设备往往是在高电压、大电流等危险情况

12、下运行的，传统依靠人工接触式 检测的方法既浪费时间、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。 针对现代故障检测非接触技术指标的要求，非接触红外辐射温度测量 技术这 种技术通过测量物体的红外辐射而达到测量物体温度的目的。红 外测温为测量 人体温度提供了快速，非接触测量手段，可广泛，有效的 用于密集人群的体温测量。而且可以以数字的方式显示出测量结果，使测 量过程变得直观，而且耗时短，往往在几秒钟之内就能测得结果，而且寿 命长，是较为理想的测温仪器。 红外测温的设计，其内容包含了电子技术，检测技术，单片机等多方 面的内容，红外测温技术是一门很实用和前沿的技术，做此课题，有

13、利于 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能力 的培养也有重要意义。 1.1 研究背景及意义研究背景及意义 普通温度测量技术经过相当长时间的发展已近于成熟，但面临了诸多无 法跨越的问题。例如，在发生重大疫情的情况下，在火车站、汽车站、机场 等人流聚 集地需要紧急测量人体体温，而传统的温度计费时长、效率 低，无法达到快速测量人体体温的要求；还有，在钢铁、电力等高温、高危 环境而又必须时刻监测设备的温度的情况下，传统温度计也不能达到要求。 在这种背景下，设计了一种非接触、远距离、快速测温的技术就孕育而生了。

14、红外测温为测量人体温度提供了快速，非接触测量手段，可广泛，有效 的于密集人群的体温测量。而且可以以数字的方式显示出测量结果，使测量 过程 变 得直观，而且耗时短，往往在几秒钟之内就能测得结果 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。可以对正在运行的设 备进行非 接触检测，拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值，据 此对各种外 部及内部故障进行诊断，具有实时、遥测、直观和定量测温 等优点，用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方 便、有效。用红外测温仪，你可连续诊断电子连接问题和查找连接处的热点， 以检测

15、设备的功能状态，还可检验电池组件和功率配电盘接线端子，开关齿 轮或保险丝连接，防止能源消耗 1.2 红外测温技术概述红外测温技术概述 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

16、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仪的主要原因之一。 1.3 红外测温仪的设计原理红外测温仪的设计原理 1.3.1 红外线红外线 红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于 1800 年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同 颜色的色带位置上放置了

17、温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果 发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中， 红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为 0.751000m。红外线可 分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)(2.5-3)m 之间；中红外线，波 长为(2.5-3)(25-40)m 之间；远红外线，波长为(25-40)l000m 之间。 红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在 770 纳米至 1 毫米之间，是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射 的波段。透过云雾能力比可见光强

18、。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广 泛的用途。 俗称红外光。 红外线的热效应外线波长较长， （无线电、微波、红外线、可见光。 波长按由长到短顺序） ，给人的感觉是热的感觉，产生的效应是热效应，那 么红外线在穿透的过程中穿透达到的范围是在一个什么样的层次？如果红外 线能穿透到原子、分子内部，那么会引起原子、分子的膨大而导致原子、分 子的解体。真的是这样吗？而事实上呢？红外线频率较低，能量不够，远远 达不到原子、分子解体的效果。因此，红外线只能穿透了原子分子的间隙中， 而不能穿透到原子、分子的内部，由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙， 会使原子、分子的振动加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏

19、观上看， 物质在融化、在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发 图 1-1 电磁波谱 生改变，这就是红外线的热效应。 1.3.2 红外测温原理及方法红外测温原理及方法 （1） 、红外测温仪的测温原理 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： 2 1 /5 1 1 c c m e 下图 1-2 是不同温度下的黑体光谱辐射度图： 图 1-2 不同温度下的黑体光谱辐射

20、度 从上图中曲线可以看出黑体辐射具有几个特征: 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； 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； 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。 （2） 、红外测温的方法 自然界一切温度高于绝对零度(-273.15)的物体，由于分子的热运动， 都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与 物体本身的温度关系符合辐射定律。红外辐射原理 辐射定律： 44 0 ()ett （1.2）

21、 式中：e-辐射出射度数， 3 w/m ； -斯蒂芬波尔兹曼常数， 824 5.67*10 w/(m)k ； -物体的辐射率； t为物体的温度，单位k； 0 t -物体周围的环境温度，单位k。测量出所发射的e，就可得出温度。 利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与 被测对象接触，因此属于非接触式测量。在不同的温度范围，对象发出的电 磁波能量的波长分布不同，在常温（0100）范围，能量主要集中在中红 外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表，其具体的 设计也不同。根据式（2.1）的原理，仪表所测得的红外辐射为： 44 1212 ()eatt （1.3） 式

22、中：a-光学常数，与仪表的具体设计结构有关； 1 -被测对象的辐射率； 2 -红外温度计的辐射率； 1 t -被测对象的温度（k） ； 2 t -红外温度计的温度（k） ；它由一个内置的温度检测元件测出。 辐射率是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数，数值由 0 至 1.0。所有真实的物体，包括人体各部位的表面，其值都是某个低于 1.0 的 数值。人体主要辐射波长在 910 m 的红外线，通过对人体自身辐射红外 能量的测量，便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被 空气所吸收，因而可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。 通过对人体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定

23、人体表面温度。 红外温度测量技术的最大优点是测试速度快，1 秒以内可测试完毕。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。 1.4 红外测温仪系统的技术指标及主要功能红外测温仪系统的技术指标及主要功能 (1) 温度测量精度1 ； (2) 温度测量的分辨率 0.1： (3) lcd 显示； (4) 电源：dc 5v10%； (5) 工作环境温度60 1.5 本论文的内容结构安排本论文的内容结构安排 第一部分：绪论，包括本文的选题背景和研究意义，对红外测温仪的现 状及发展趋势进行研究，并概括了本文的主要内容和结构安排。 第二部分：系统硬件电路设计，电路主要由电源

24、模块、传感器模块、放 大滤波电路、a/d 转换电路、单片机控制电路和 lcd 显示电路组成。 第三部分：系统软件设计，先确定整个红外测温仪的信息处理流程，然 后再确定系统软件流程图。 第四部分：电路制作与调试，在设计。 第五部分：对本论文工作的总结和展望。 2 红外测温仪硬件电路方案设计红外测温仪硬件电路方案设计 2.1 总体设计方案总体设计方案 本红外测温仪采用模块化的设计思想，它的硬件结构由 at89s51 单片 机模块，红外测温模块，信号放大滤波电路模块， ad 数模转换电路模块 和 lcd 显示模块组成。at89s51 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、

25、计算温度值；红外测温模块负责把光信号转 变为微弱电信号传递给放大滤波电路进行放大，然后经过数模转换电路把模 拟信号转换成数字信号，传递给单片机进行处理，lcd 显示电路最后显示 出温度值。如果经过处理后的数据大于所设置的预警数据，则蜂鸣器报警。 如果检测完信号后送达处理系统处理，所测的数据有误，则可以通过控制器 （按钮）来进行重新检测，直到显示正确温度。 2.2 热释电传感器电路热释电传感器电路 本设计的探头使用的是红外线传感器，它能接收人体发射出的红外线并 使之转换成电信号。设计选用的是 re200b 热释电传感器。热释电红外传感 器是一种能检测人或某些动物发射的红外线,并将其转换成电信号的

26、器件. re200b 是热释电红外传感器。这种传感器是由一种晶体材料做成，当这种 晶体表面受到红外线照射时，会在晶体表面产生电荷。随着光线对晶体照射 的改变，电荷量也会发生改变. 热释电传感器 放 大 器 滤 波 器 adc0804 数模转换器 at89s51 单片机 lcd1062 液晶显示 图 2-1 红外测温仪总体设计方案 任何高于绝对温度（- 273 度）的物体都将产生红外光谱，不同温度的 物体，其释放的红外能量是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 而人体一般在 37 度，红外辐射也最为稳定，所以会发出特定波长为 10 微米 （um）左右的红外线，这正好落在探测范围（714u

27、m）内。 表 2-1 热释电传感器 re200b 参数表 工作 波长 平均 透过 率 输出 信号 （v） 工作 电压(v) 工作 电流(ma) 源极 电压(v) 工作 温度() 视场 7- 14um 75 % 2.5 v 2.2- 15v 8.5- 24a 0.4- 1.1v - 20- +70 139 126 2.3 放大滤波电路的设计放大滤波电路的设计 2.3.1 运算放大器运算放大器 lm324 介绍介绍 lm324 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式，在推荐 的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用

28、范围包括传感放大器、 直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。其封装 图 2-2 re200b 电路图 方式是塑封 14 引线双列直插式。 lm324 的特点： 内部频率补偿 直流电压增益高(约 100db) 单位增益频带宽(约 1mhz) 电源电压范围宽：单电源(332v)； 双电源(1.516v) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大(0 至 vcc-1.5v) 2.3.2 放大滤波电路的设计放大滤波电路的设计 由于传感器探测到的人体红外线信号较弱，当转化为电

29、压后需要通过放 大器放大电压信号。因为探测器测到的信号可能掺杂了外界环境的某些因素， 所以放大电路中要加入低通滤波电路把多余的杂信号过滤掉。如图 3-4 所示： 图 2-3 lm324 功能引脚图 图 2-4 放大电路滤波图 传感器输出的信号经 47 f 电容耦合到第一个同相放大器，它的闭环增 益为 2324 之间。同时第一个放大器还兼做高通滤波器，其截止频率为 0.3 hz。第二个放大器是一个低通滤波器，其闭环增益约为 1，截止频率为 7 hz。第一个，第二个放大器分别把低于 0.3hz 和高于 7 hz 的信号滤掉，使 输出的信号仅是经过调制器调制的 1 hz 红外辐射信号。通过第二章的原

30、理 可知由信号转换为电压再转化成温度才显示出来的，那么这个过程将在第三 个放大器中完成。通过放大滤波的信号就输入到模数转换器的 vin（+）端， 模数转换器会把收到的信号进行模数转换。 2.4 模数转换电路的设计模数转换电路的设计 由热释电传感器 re200b 感应经放大滤波电路的电信号为模拟信号， 而单片机只能处理数字信号，因此需要经过模数转换电路才能显示出数据。 在这里我们选用 adc0804 作为模数转换芯片。 2.4.1 adc00804 的介绍的介绍 adc0804 是 cmos 8 位单通道逐次渐近型的模/数转换器，其工作电压 为+5v,转换时间为 100us，参考电压为 2.5v

31、。可以直接与单片机相连；其规 格及引脚图如图 3-5 所示： 图 2-5 adc0804 功能引脚图 /cs：芯片片选信号，低电平有效，即/cs=0,该芯片才能正常工作，在外 接多个 adc0804 芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址 信号使能不同的 adc0804 芯片，从而可以实现多个 adc 通道的分时复用。 /wr:启动 adc0804 进行 adc 采样，该信号低电平有效，即/wr 信号 由高电平变成低电平时，触发一次 adc 转换。 /rd:低电平有效，即/rd=0 时，可以通过数据端口 db0db7 读出本次 的采样结果。 vin（+）和 vin（-）：模拟电压输

32、入端，模拟电压输入接 vin（+）端， vin（-）端接地。双边输入时 vin（+） 、vin（-）分别接模拟电压信号的 正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在 vin（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从 vuin（+）中减去这 一电压。 vref/2：参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外界电 压，则 adc 的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则 vref 与 vcc 共 用电源电压，此时 adc 的参考电压即为电源电压 vcc 的值。 clkr 和 clkin：外接 rc 电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟 频率 clk = 1/1.1rc

33、，一般要求频率范围 100khz1.28mhz。 agnd 和 dgnd：分别接模拟地和数字地。 /int:中断请求信号输出引脚，该引脚低电平有效，当一次 a/d 转换 完成后， 将引起/int=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚 相连（如 51 单片机的 int0,int1 脚） ，当产生/int 信号有效时，还需等待 /rd=0 才能正确读出 a/d 转换结果，若 adc0804 单独使用，则可以将/int 引脚悬空。 db0db7：输出 a/d 转换后的 8 位二进制结果。 2.4.2 模数转换电路的设计模数转换电路的设计 本设计采用了 clk r 端口和 clk in

34、 端口配合，芯片本身产生时钟脉 冲的方法，a/d 转换器 vin（+）端口接收到经处理过的模拟信号在内部进 行模数转换，片选端口 cs 和 wr 写信号输入端口同为低电平时启动转换， 因为 0804 内部有输出锁存器，转换后的数字信号存在锁存器里，当 cs、rd 同为低电平时，可以读取转换输出的数字信号，由 a/d 模数转换 器的 d0d7 端输出，接入 at89c51 单片机的 p1 口的 p1.7p1.0,经过程序 烧制显示到液晶显示屏上。a/d 模数转换电路连接图如下 3-6 图： 2.5 单片机控制电路的设计单片机控制电路的设计 2.5.1 单片机单片机 at89s51 的介绍的介绍

35、at89s51 是一个低功耗，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 4k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器， 器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 mcs - 51 指令系统及 80c51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 isp flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 at89s51 可为许多嵌入式控制应 用系统提供高性价比的解决方案。 at89s51 具有如下特点：40 个引脚，4k bytes flash 片内程序存储器， 128 bytes 的随

36、机存取数据存储器（ram） ，32 个外部双向输入/输出（i/o） 口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个 全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。 图 3-6 为 at89s51 单片机的基本组成功能方块图。有图可见，在这一块 芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括 cpu、存储器、 可编程 i/o 口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下 面介绍几个主要部分。 （！） 中央处理器（cpu） 中央处理器是单片机最核心的部分，是单 片机的大脑和心脏，具有运算和控制功能。at89s51 的 cpu 是一个字

37、长为 8 位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。 （2）数据存储器 （内部 ram） 芯片中共有 256b 的 ram 单元，但 其中后 128 个单元（80h-0ffh）被专用寄存器占用，能作为寄存器提供用 户使用的只是前 128 个单元（00-7fh） ，用于存放可读写的数据。因此常说 的内部数据存储器是指前 128 个单元，简称内部 ram。 （3）程序存储器 （内部 rom）芯片内部有 4 kb 的掩膜 rom，可用 图 2-6 at89s51 单片机功能方 块图 外时钟源 外部事件计数 于存放程序、原始数据和表格等，因此称为程序存储器，简称内部 rom。 （4）定时

38、器/计数器 出于控制应用的需要，芯片内部共有两个 16 位的 定时器/计数器以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进 行控制。 （5）并行 i/o 口 at89s51 共有 4 个 8 位的 i/o 口（p0、p1、p2、p3 口） ，可以实现数据的并行输入/输出。 （6）串行口 at89s51 有 1 个全双工的可编程串行口，以实现单片机 和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可以作为全双工异 步通信收发器使用，也可以作为同步移位寄存器使用。 （7）中断控制系统 at89s51 的中断系统功能较强，可以满足一般控 制应用的需要。它共有 5 个中断源：2 个外部中断源/

39、into 和/int1 ；3 个内部中断源，即 2 个定时/计数中断，1 个串行口中断。 （8） 时钟电路 at89s51 单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶 体和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的 最高晶振频率为 12mhz。 (9)内部总线 上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个 完整的单片机系统。总线在图中以带箭头的空心线表示。系统的地址信号、 数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线地址总线、数据总线和控制 总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠 性。 管脚说明 at89s51 是一种高效微控制器。采用 40 引脚双列直

40、插封装（dip）形式， 如图 3-7 所示: 图 2-7 at89s51 单片机管脚图 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0 口： p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门 电流。当 p1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外部 程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 fiash 编程时， p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部 必须被拉高。 p1 口： p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲 器能接收输出 4ttl 门电流。p1 口管脚写入

41、1 后，被内部上拉为高，可用 作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的 缘故。在 flash 编程和校验时，p1 口作为第八位地址接收。 p2 口： p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可 接收，输出 4 个 ttl 门电流，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出 电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址 外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时， 它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器

42、进行读写时，p2 口输 出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址 信号和控制信号。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输 入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于 上拉的缘故。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的 高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁 存地址的地址字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平

43、时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是： 每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ale 脉冲。如想禁止 ale 的输出 可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行 movx，movc 指令 是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状 态 ale 禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间， 每个机器周期两次/psen 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /psen 信号将不出现。 /ea/vpp：当/e

44、a 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h- ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/ea 将内部锁 定为 reset；当/ea 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 flash 编 程期间，此引脚也用于施加 12v 编程电源（vpp） 。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 2.5.2 单片机最小系统电路单片机最小系统电路 2.6 lcd 显示电路的设计显示电路的设计 2.6.1 lcd1062 的介绍的介绍 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点， 在袖珍式仪表和低功

45、耗应用系统中得到越来越广泛的应用。在本设计采用的 字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示 的容量可以分为 1 行 16 个字、2 行 16 个字、2 行 20 个字等等，这里以常用 的 2 行 16 个字的 1602 液晶模块来介绍它的编程方法。1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 3 脚：vee 为液晶显示器对比度调整端； 第 4 脚：rs 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择 指令寄存器； 第 5 脚：rw 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操 作。当 rs 和 rw 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 rs

46、为低 电平 rw 为高电平时可以读忙信号，当 rs 为高电平 rw 为低电平时可以写 入数据； 第 6 脚：e 端为使能端，当 e 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执 行命令； 第 714 脚：d0d7 为 8 位双向数据线； 第 1516 脚：空脚。 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认 模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输 入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，表 3-1 是 dm-162 的内 部显示地址。 表表 2-12-116021602 的内部显示地址的内部显示地址 0123456 序号 0123456789abcd

47、ef 第一行 0123456789abcdef 第二行 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（cgrom)已经存储了 160 个不同 的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符 号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 在软件中设置温度 的代码是：30.0（00110011b，00110000b，00101110b， 00110000b，01000011b） ；37.0 （00110011b，00110111b，00101110b，00110000b， 01000011b） ；60 （00110110b，00110000b，01000011b） 。 2.6.2

48、 显示电路的设计显示电路的设计 在液显电路连接上，lcd1602 显示模块可以直接和单片机 at89c51 直 接接口，液晶显示的 d0d7 八个双向端口接 at89c51 单片机的 p0 口的 p0.0p0.7，单片机的 p0 口可以作为通用的输入，输出端口使用，此时，若 要驱动 nmos 或其他拉电流负载时，需外接上拉电阻，才能使该位高电平 有效，所以中间接 10k 的排阻，来决定显示器高低点位，是否要显示。 由于 vee 端接电源时接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高， 对比度过高时会产生“鬼影”，对比度过低会使屏幕模糊不清，所以使用时可 以通过一个 10k 的电位器来调整它的对比

49、度。lcd1602 的 rs 寄存器选择 端口接单片机的 p2.1 口，通过软件程序中对此端口的设置来决定选择的寄 存器。液显的 rw 端口直接接单片机的 p2.2 口，高电平时进行对输入的数 字信号进行读数。使能 e 端接单片机的 p2.3 口，使能端由高电平到低电平 时开始执行命令，把读数显示出来。下图 3-9 是 lc d1602 显示电路的连接 图： 3 红外测温仪软件方案设计红外测温仪软件方案设计 设计的思路是首先初始化系统，然后显示子程序，开始测温后复位各个 端口，摁下开关 ，接通电源，确定打开电源后 a/d 模数转换器 vin（+）输 入端读取经过放大滤波计算后的数据进行模数转换

50、，cs 片选端、wr 写入 端同时设置成低电平，当芯片自身产生一个脉冲时，启动转换。然后 a/d 转换器的 cs、rd 同时为低电平 0 时读取转换输出的数据，转换后的数据 存入模数转换器自身的锁存器里，由输出端口 d0d7 输入到单片机的 p0 口 中。读取三次数据，满三次后读数正确的写入单片机 eeprom 存储器。同 时计数器加 1，继续读取下一组数据。如果读数满三次后数据不正确，则要 对单片机进行清零，复位后重新测量读数。 中断子程序设置 int0 为外部中断，中断后对 eeprom 里的数据进行读 取，然后通过液晶屏显示出来，读取时要对数据进行一个判断，at89c51 单片机的 p3

51、 口除了是多功能 i/o 口外还是第二功能口，它的第二功能是作 为控制端口使用的，所以本设计用 p3.0 串行口输入端来控制报警系统，如 果数据大于 37.0，则蜂鸣器报警。显示温度的范围是 3060，当所测温 度高于下限或者上限温度时，报警系统报警。执行完一次子命令后运行中断 信号，子程序返回。主程序流程图如图 31 所示。 主程序主要实现以下功能： 1、开机或复位时能自动初始化设备，引导程序正确执行。 2、开机或复位之后启动 a/d 转换，对环境温度进行采样，并在显示器 显示当前环境温度。 3、保持环境温度显示的同时，对覆盖热释电探测器视场的物体表面的 红外辐射进行转换和采样，并比较各采样

52、值，直到采样值为热释电探测器响 应的峰值电压为止。 如图 3-2 是软件设计部分的中断子程序流程图，主要实现以下功能： 1、a/d 采样子程序完成对热释电传感器放大电路输出信号的采样。要 实现准确测温就必须得到输出信号的峰值，但在实际电路中，由于探测器响 应延时不尽相同，且电路的延时也很难准确计算，所以要准确采集到峰值是 十分困难的。为此，我们只有对输出信号不断地进行采样，并比较各样值， n y y n y 外部中断 0 初始化 显示子程序 复位 读取数据 写入 eeprom（超过 37.0 度） 计数器加 1 计数器清零 数据正确 满三次 启动键打开 结束 开始 n 取其中的最大者作为峰值的

53、近似值 2、数据处理子程序完成对采样值的计算处理。中间又经过了 adc0804 数模转换器将结果转换为可供 lcd 显示的代码。 3、读取温度时超过预警温度，蜂鸣器报警，没超过直接显示所测温度。 4、液晶显示子程序完成最后的温度。 y n 读取指令 读取 eeprom（超过 37 度） 报警 发送数据 lcd 显示 中断返回 外部中断入口 4 调试调试 在焊接与软件设计结束，程序加载进单片机之后，需要对系统进行调试， 以测试硬件和软件相结合后系统能否达到设计的要求。 4.1 硬件系统的调试硬件系统的调试 利用 protues99s 电路设计软件设计好原理图后，根据原理图焊接电路板。 焊接完成后

54、，首先对照电路检查一下是否有漏焊情况，再用万用表检查是否 有虚焊、断路、短路现象以及测量各个芯片间连接和电源与地间的连接是否 正确。系统硬件测试方法如下： 首先，对照原理电路图，检测焊接线路是否正确； 然后，用万能表对电路进行检测，检测线路是否通畅，没有短路、断路 现象，确保焊接的电路板有效 最后，用示波器测试、信号发生器等测试各部分电路是否能达到要求。 4.2 软件系统的测试软件系统的测试 软件测试采用模块化调试方法，每一模块一一调试，然后再将所有模块 组合一起，进行整体调试。软件的调试主要有语法错误和逻辑错误两类。语 法错误可直接修改，而逻辑错误则需进行单步调试，看程序是否按逻辑顺序 进行

55、，然后写入到芯片内，查看程序运行效果，反复调试。系统调试的方法 如下： 首先，软件在各个子程序模块调试正确后，再将相互有关系的模块组 合起来加以调试，以解决在程序模块中可能出现的逻辑错误。 然后，对所有程序模块的整体组合调试在于系统联机后进行的。 5 总结与展望总结与展望 本设计主要包括两大部分：硬件设计部分和软件设计部分，硬件部分包 括了红外测温模、放大滤波模块、模数转换模块、单片机控制模块与 lcd 显 示模块。软件部分主要包括主程序模块、红外测温程序模块、led 显示程序 模块。单片机负责控制红外测温把接收到的温度数据经处理后送 lcd 显示。 通过对硬件电路的设计我对 protues

56、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，设计的产品与实际应用还有一定的差距。 例如可以通过按键更灵活的控制测温，如果再加上语音播报功能就更加完善 了。所以在今后的工作中，还要不断的学习充电，掌握更多的技能。争取能 够在此基础上设计出更先进、功能更强大、结构更简单的智能化仪器。 本方案设计的以及实际应用的红外测温仪都只限于测量物体的外部温度， 不方便测量物体内部和存在

57、障碍物时的温度。还有，当伴有发热病症的疫情 出现时，红外测温仪用于测量人体的体温和大量人群的初步检测。但是非接 触式人体测温仪测量的时人体表面的温度而不是体温。因因此这些都尚待于 研究开发。 参考文献参考文献 1 1戴义保高精密温度测量的研究与实现 j上海：自动化仪表第 2003，24（3）：24-27 2 2谢光忠、蒋亚东温湿度智能数据 采集控制系统的研制j. 哈尔滨：传感 器技术 2000，19（4） ，29-33 3 3红外检测与诊断技术.北京：化学工业出版社，2006，3：1-43. 4 4陈永甫.红外辐射红外器件与典型应用p.北京：电子工业出版社， 2004.6:1-30. 5 5黄

58、贤武. 传感器的原理与应用. 成都：电子科技大学出版社， 1999：56-57. 6 6宋文、杨帆传感器与检测技术. 北京：高等教育出版社，2004 7 7蔡惟铮.常用电子元器件手册. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998 8 8范立南.protues 仿真软件实例使用指南. 北京：电子工业出版社 2004.6 9 9华成英、童诗白.模拟电子技术基础.第三版.高等教育出版社，2004.4 1 10 0胡汉才单片机原理及系统设计北京:清华大学出版社,2002。 1111 魏泽鼎单片机应用技术与实例北京：电子工业出版社，2005.1 1 12 2 王福端单片机测控系统设计大全 北京：北京航空航天

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60、 house of eledtuonics industry , 2002:5782 17p.-c.tseng ，w.-c.temg，2004， “the design of a single-chip tool monitoring system 18for on-line turning operation”，int j adv manuf technol. 致致 谢谢 本毕业设计在党建武老师的悉心指导和严格要求下完成，从课题的选择、 到具体的设计，无不凝聚着老师的心血和汗水，多次询问毕业设计进程，并 为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。党老师对工作 认真负责的态度，严谨