非接触是温度测量与无线传输系统

1、第二章 基础技术的介绍2.1红外测温原理物质内部原子、电子和分子是一直在做运动状态的，在向下跃迁时候会有一些能量释放出来，它是以电磁波形式表现的。从物质里面发射出来的能量便是辐射。当身体温度高于热力学温度0 K或停止对周围电磁辐射电磁波，辐射能量将随物体的温度的变化而变化，电磁波的辐射长度也随着变化。在大多数情况下我们把红外辐射称为红外光或红外线，红外线也是电磁波中的一种，其波长范围从078岬1000岬，在红外光谱学中，日常分为近红外、中红外与远红外三个波段。温度决定了物体的热辐射特性。光学温度传感与光电传感的基础是物体的温度辐射特性。在日常温度下，物体辐射出的物质是人眼不能够看到的红外线。当

2、温度值上升至500左右，才会发射出一部分暗红色的可见光；温度继续升高将会发射白色光。物体的温度决定了对于热辐射其强度，温度越高，辐射能量也就越强，辐射出来的红外线也就越多。红外辐射的形式和电磁波的基本上一样，在传播的过程中同样会发生反射与吸收情况。物体吸收红外辐射能够将其转换成热能，随着传播距离的增加，红外辐射会逐渐衰减。 当物体的温度值在高于0K时，总是能自发的不断向周围的空间发射红外线，因此在一定条件下红外辐射源可以是任何物体。黑体是一个理想状态下的的红外辐射源，其能够将任何波长的电磁辐射全部吸收。吸收的辐射能等于发射的辐射能是黑体的最大特征，其吸收率与发射率都定义为1。在自然界中是没有黑

3、体存在的，要想真正探测黑体只能人工制造出来模拟黑体。但灰体是吸收体，所以不能吸收入射到它上面的辐射，所以发射率被视为一个小于1的常数。2.1.1红外辐射的基本理论红外辐射除符合可见光的一部分性能外，还遵守着一些固有的特别规律。在十八世纪的时候，在第十八世纪，人们建立了三大定律，包括基尔霍夫定律，透射，反射和吸收定律，普朗克定律。在这些定律的基础下我们了解了红外辐射的本质特性，奠定了红外应用的基础。2.2.2透射、反射、吸收定律吸收率，反射率，透光率和发射率是相同的参数的对象或材料性能。吸收率表示物体对入射到其上的红外辐射的吸收能力，是吸收量和入射量的比值。反射率p是物质对入射到它上面的红外辐射

4、的反射能力。对于光洁度比较高的表面，他的反射率就较高。透射率T是物体对入射到它上面的红外辐射的透射能力。红外辐射的发射能力用发射率来表示。某一个物体发射出来的红外辐射量与同一温度下的黑体红外辐射发射量之比为发射率。一般情况下，当一定的温度量照射到一个物体上面的红外辐射，能量一些被吸收，一些被反射，一些经过物体被投射过去，这就是所说的吸收、反射、透射三种物理现象。比如说透射到物体表层的辐射能量为l，按照能量守恒定理，有光谱发射率嘶r、光谱发射率r和光谱透射率r之和为l，即 (21)对于黑体而言，它吸收了所有入射的红外辐射能量，即=1，=0。2.2.3基尔霍夫定律在热辐射这个问题中，基尔霍夫定律是

5、比较基础的定律，主要的两个量被涉及到，一个是物体的发射能力，一个是物体的吸收能力。基尔霍夫：在温度一定的情况下下，物体对波长的辐射能量与物体对波长的吸收率成正比，且数对任都一样(就是说不管什么样的物体都可以)。用数学形式表示为 (2)式(2)中各符号的下标l，2表示不同物体的代号。基尔霍夫定律是一个相当常见的定律，它告诉我们任何强烈的吸收系统必须发出强烈的辐射。对于这个系统，其吸收的本领与物体表面的性质或者是整个系统的构造都是没有关系的。在这个原理的基础下，人们就可以做出非常类似于绝对黑体性质的人工黑体。2.2.4斯特藩玻尔兹曼定律基尔霍夫定理提到了红外辐射中所主意的中心问题，斯特藩玻尔兹曼定

6、律解决了黑体对所有波长的总发射本领与温度的关系。在1879年，约瑟夫·斯忒藩在大量的实验数据与分析下，总结出黑体的全光辐射出射度与它的热力学温度T的四次方成正比的关于黑体辐射的经验定律玻尔兹曼定律，其数学表达式为： (3) 式中，为黑体全波辐射出射度 为斯忒藩玻尔兹曼常数。式(3)表明，随着温度的增加的黑体的总辐射是非常明显的非线性变换，和温度T的比例四。在温度发生很小的改变时，全波辐射出射度的很大改变化。对 的测量，可十分灵敏的测量出热力学温度T，这正是红外测温的理。2.2.5维恩位移定律黑体辐射最大光谱与热力学温度之间存在的关系就是维恩位移定律。1893年，维恩给出了峰值波长与黑

7、体绝对温度的关系，峰值波长就是光谱辐射出射度的峰值所对应的值，其关系表达式： （4）式中，仇代表黑体辐射辐出量的峰值波长，b为维恩位移常数；T是绝对温度(K)。 图（2.1）不同温度下黑体辐射出射度随波长变化的变化维恩位移定律的告诉人们的是：温度不断升高的情况下，黑体的所辐出最大能量值总是移动，方向是朝着较短波长方向移动。通过维恩位移定律，当知道热力学温度T时我们就可以通过公式计算出其射波长 ；同理，如果能够测得一个黑体的峰值辐射波长 ，则可以计算出其热力学温度。使用维恩位移定律就可以解释当对金属体加热时，金属块的颜色首先发出暗红色，随着温度的升高，慢慢出现橙色，然后又到了绿色、蓝色，最后变成

8、白色现象。2.2.6普朗克定律在红外辐射发现100年后，1900年，普朗克突破了经典理论的束缚，提出来量子假设。根据这个量子假设，普朗克提出了能够求出黑体辐射能量分布的普朗克公式。普朗克公式表达了对黑体区域的单位面积的能量之间的关系在单位时间和辐射的波长，和数学表达式： （5）式中，是黑体光谱辐射出射度，为指定的辐射波长，T代表黑体的热力学温度，h为普朗克常数，k为玻尔兹曼常数，c是光在真空中的传播速度，、代表第一辐射常数和第二辐射常数。普朗克公式揭示了黑体辐射的基本规律。由图(21)可以看出，随着温度的上升而升高，各个温度之间的曲线是不相交的：波长影响着黑体的光谱辐射出射度，波长在不断增长的

9、情况下，就会出现一个峰值，为最大光谱辐射出射度。当波长继续增加光谱辐射出度开始减小，曲线的变化是连续与平滑的。在处，黑体的光谱辐射出射度是最大的，当波长大于的波段黑体光谱辐射能量75存在于这里，剩下的25在波长小于的波段。2.3非黑体辐射 黑体这一理想化的辐射体在人们的总结下提出了红外辐射的三大基本定律。然而，但自然界中是没有正真的黑体存在的，而自然界中存在大量的非黑体辐射普遍现象。以上的黑体辐射的定律是不能够直接用于实际的物体2.3.1比辐射率 由于实际物体的红外辐射与表面状态密切相关，因此在使用上述的红外辐射定律的时候要进行修正，使用比辐射率来衡量一个实际物体辐射性能。黑体的辐射出射度总是

10、大于实际物体的辐射出射度的，因此设定黑体是比辐射率最大的物体。如果把黑体的比辐射率定位l，那么比辐射率就是其它物体在某一温度T时的辐射辐出度与黑体在同一温度下的辐射辐出度之比，也称为发射率，其数学表达式为： 而根据基尔霍夫定律的关系式可知 因此 因此 公式表明，任何物体(材料)在一定温度下，其比辐射率等于同一温度下的吸收率。吸收率越大，其比辐射率也越大。我们要想对各种各样的物体进行研究与计算，前提是必须知道他在不同温度下所对应的比辐射率，然后引用相关黑体辐射定律就能解决。并用该物体的比辐射率进行修正。普朗克公式可以改写成 根据斯忒藩-玻尔兹曼定律，实际物体辐射的辐射出度改写为 如果知道一个实际

11、物体的发射率，就可以根据上述公式计算出其红外辐射出射度。2.3.2影响物体发射率的因素和变化规律不同的材料或者物体，其辐射性能差异很大，对于同一物体，在不同的温度、辐射波长、表面状况不同的情况下，其辐射也会不同。对于常见的物体与材料，可以和人工黑体进行相比较来测出其发射率，发射率的变化有如下的规律：(1) 对于金属其发射率一般比较低，这是金属对红外辐射不透明而造成的。但是发射率会因为温度的升高而变大。当金属氧化处理后，发射率也会增加。(2)同一物体在不同温度下不同。对于金属材料温度会随温度的增加而增加，对于非金属材料随温度的升高而减小。相同温度下非金属材料的要比金属的高。(3)辐射率会因波长的

12、改变而改变，但是变化大小不同，在某些局部波域内，可近似认为为一个常数。(4)当物体表面覆有涂层后，比辐射率就与涂层的厚度、材料有关。物体的表面电镀或者涂覆的涂层厚度在0104咖之间时，物体的比辐射率仅仅与表面材料的辐射特性相关，与辐射体本身无关。242红外测温仪的误差分析虽然有滤光片滤去了大部分波长的红外线，但是仍有很多物体的红外波长在与人体类似的914m的波段内。比如地球的红外波长为10 m，因此在使用红外测温仪测量时，要尽量减少其它目标的红外线干扰，红外传感器的上方都有一个目镜，其决定了红外探测器探测红外辐射的视角，为了减少其它物体对探测目标的干扰，被测目标应该充满整个视角。温度目标发出的

13、红外辐射向着四周辐射，而传感器所接收到的红外辐射仅仅是其中的一小部分，其余能量全部被释放到周围空间。但是周围环境对镜头的角系数很小，所以环境对镜头的直接热辐射影响非常小。根据红外辐射理论，探测的目标发射率总是小于1的，而且不同材料的物体发射率也是不同的，因此在探测目标前需要设定目标的发射率。根据非黑体辐射理论，灰体的辐射能量与黑体的辐射能比值为发射率，因此不同的发射率会计算出不同的热辐射能，会造成测量结果的误差。综上所述，镜头所接受的辐射能量的大小主要取决于测目标和环境温度，测温目标的发射率，测温镜头的感受波长、受光面积，镜头与目标之间的距离和对目标的对准程度。26本章小结本章的主要内容是研究

14、了红外测温的理论基础和无线数据传输的原理，包括基尔霍夫定律，透射、反射和吸收定律，普朗克定律在内的核心三大定律，得到了黑体辐射出射度公式，如何求单位球面积辐射能量的普朗克公式。通过理想的黑体辐射规律得到普遍的非黑体辐射规律，并由此引出了发射率的概念，无线传输数据的原理、特征及信号是如何传输。在本章中介绍了红外探测器的原理，从红外理论与探测器原理上分析了影响红外测温精度的因素。还有当今无线传输的发展和几种主要的无线技术。第三章系统硬件实现 本研究主要利用了非接触式温度传感器MLX90614、单片机stm32、STC89S52单片机、诺基亚N5110液晶显示屏以及无线传输模块实现了非接触式测温与无

15、线传输系统的设计，首先，由stm32单片机对温度传感器的数据进行采集和处理，并将数据通过串口输出，然后将数据通过无线串口模块发到51单片机里进行处理，最后将数据显示在液晶屏上，并进行高温报警及不同温度区间的亮灯提醒。3.1系统硬件结构设计本章主要介绍了系统的硬件平台及各功能模块接口电路，按照功能划分，系统可分为温度采集模块、无线传输模块和数据处理模块。系统总体框架如图3.1所示。 图3.1 总体框架构成3.2温度采集模块这部分由温度传感器和单片机构成一个温度采集模块，主要完成温度数据的串口输出，方便后续设计的需求。3.2.1温度传感器的选择MLX90614是一种使用方便的红外测温器件直接输出完

16、全线性化的并已对环境温度进行补偿的数字温度。这个器件的温度输出方式有两种：数字PWM输出及SMBus输出，封装使用的罐形(TO-39)，体积与其他非接触式温度传感器比较小巧、在大多数情况下使用方便。MLX90614的测量温度范围为-70+380温度精确度能达到-+01。当测量温度范围为3242的情况下，多次测量的的绝对精度仅仅为士0.2，人体的温度恰好在这个范围，所以说此模块是非接触测量人体温度不错的选择。 MLX90614的工作原理 MLX90614红外线热电堆传感器MLX81101，逻辑控制电路，A / D转换器，DSP单元，低噪声放大器和脉冲宽度调制电路，在图中所示的内部结构。高性能，低

17、噪音的信号时处理17数字化处理后的热电偶输出的运算放大器放大到模拟/数字转换器（ADC），可编程FIR和IIR低通滤波器（即框图DSP）的ADC输出的温度和运输出MLX90614内部数据RAM存储单元的输出将被存储，存储的数据可以通过SMBus或PWM模式读取 图3.2 MLX90614的结构框图 3.2.2单片机的选择 设置此单片机主要是为了处理温度传感器MLX90614所发出的数据，经过对比及一些资料的参考，初步选择了STM32F3。它是意法半导体最近推出的新产品。开发自由度上让用户得到了更好的体验。它包含了32位的系列型号，具有多种特性，主要有以下几点：性能较其它类型单片机突出、实时功能

18、、低功耗正常工作、数字信号处理，在这些突出特性的基础上依然保持了开发比较容易和集成度相当高的众多特点。STM32产品丰富，而且是基于业内标准内核，有众多工具和软件都兼容此芯片。这就使得该系列产品在业内得到广泛运用。 3.2.3测温模块硬件电路 这部分通过对硬件的选择，然后合理的进行了电路设计，使测温模块实现数据串口输出。具体电路图如3.4所示。3.3 无线传输模块3.3.1无线传输模块的选择 杭州威步科技有限公司生产的Power UTC-4432 系列无线通信模块可以满足中远距离传输。此模块为穿透障碍物能力强、高集成度、中功率、半双工、抗干扰的无线透明传输模块，高性能MCU和超低功耗射频芯片同

19、时集成在片上。 中功率模块Power UTC-4432和微功率模块 UTC-4432 配合使用， 在实际生活中相当适合中远距离、点对多点、和无线自组网应用的要求；在多点使用，它可以是微功率模块UTC-4432（传输距离的范围从几百米两公里，根据周围环境）使用微功率模块电源UTC-4432用作作为子节点中继节点，所述中继节点的信息收集，然后通过接收端在长距离传输的功率UTC-4432的模块，这样可以节约资源，又能达到预期效果。 为提高模块的通用性， Power UTC-4432 模块通过上位机进行在线修改工作相关射频和功能属性。这些在实际运用中都得到了较好运用，也是本文选用的此模块的一个重要的参

20、考。 功能特性突出特性基本特性射频前端采用高频放大，灵敏度、穿越障碍物能力以及传输的距离都得到了很大的提升，最远距离可在 10km 以上，信号覆盖大约有十几层楼房。2.1-3.6V 和 4.8-5.2V 两路同时供电UART 接口（ TTL 电平）可视传输距离 10km （空中速率 1kbps ）在点对多点的运用中，采用了与微功率模块UTC-4432穿插使用，既节约资源有提高了整体性能波特率和校验类型等串口参数可修改用户可以根据自己的需求来改变模块的射频参数和功能属性，运用相当灵活FSK 调制，采用高效纠错编码 ， 抗干扰能力强通过监听射频空中信道，采用无线防碰撞协议；解决了周围不同信号的干扰

21、造成的信号混乱，使自己的信号可靠无误的通信本机地址、目标地址可修改，支持多点星形网络数据包长度可修改数据缓冲区容量较大，一次可支持 256 字节长度的数据包。支持包完整传输模式FEC机制，利用传输一两个干扰冗余信息的方法，因此在传输说对方是否过程中出现错误时，允许接收器再建数据，极大的提高无线通信的抗干扰能力。数据包长度可修改唤醒时间间隔、延时触发时间可修改3.3.2无线模块的硬件电路设计模块与单片机连接时，SET_A与SE T_B管脚分别接单片机的两个I/O 口，无线传输模块的RXD引脚和TXD引脚分别与处理器串口通讯引脚的TXD脚和RXD脚连接；AUX 脚接单片机的外部中断脚，电源风别给3

22、.3V引脚与5V引脚同时供电 。连接示意图如下：此模块采用无线透传的形式，只要把模块的TXD和RXD分别与单片机的RXD和TXD连接，就能实现数据的无线传输，模块可以设置工作模式，可以根据系统的需求做出合理的设置，本文主要采用了模式一，发送和接收部分都处于不断工作状态。这样的工作方式可以保证温度采集模块采集到的数据能不断发送到主控单片机，实现一个实时监控的效果。3.4数据处理模块这部分主要由单片机、液晶显示屏，蜂鸣器等模块构成了一个高温报警的系统。3.4.1 主控单片机选择 由于对数据处理需求不是特别严格，传输过来的信号是数字信号，故不需要采用功能强大的单片机，STC89C52就能满足系统构建

23、的需求，STC89C52具有众多特点，如：功耗低、具有高性能CMOS8位微控制器，8K可编程Flash存储器。STC89C52经过改进，在使用MCS-51内核的情况下，好多功能都是51所不具备的。在单芯片上，8 位CPU 和在系统可编程Flash等特点使得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。 3.4.2 液晶屏的选择设计所采用的液晶屏是经典手机诺基亚N5110的屏幕。此款手机极为经典，但随着科技的发展，渐渐被市场淘汰，但屏幕一直被学者最为经典显示屏使用，其有以下特点：（1）在现有市场中性价比较高，屏幕上可以显示15个汉字和30个字符，而LCD1602只可以显示

24、32个字符。Nokia 5110裸屏市场价不足十元，而LCD1602一般在10元以上，LCD12864则更加贵。 （2）接口相当简单，四根I/O线就能驱动使其运行，LCD12864需12根，占用I/O严重。 （3）反应速度快，比LCD12864提高20倍，可想而知比LCD1602就更加迅速了。 （4）Nokia5110只需要提供3.3V电压就能正常工作，电流也只需在200uA以下变能正常显示，具有掉电模式，日常使用的电池供电即可驱动，便携性更强。3.4.2.1液晶屏的管脚介绍从图可以知道，只要需要4个管脚就可以驱动这个显示屏，可以节省单片机的I/O就能达到所需要的功能。3.4.3数据处理硬件电

25、路设计这部分是本设计的主控部分，由STC89S52作为主控处理器与无线传输模块做串口通讯，将接收到的数据进行解析、计算，然后把处理后的数据显示在5110液晶屏上，并有报警系统进行实时监测，得到一个高温报警、亮灯的提示效果。具体硬件电路如下图。3.5本章总结 本章主要介绍了温度测量和无线传输系统的硬件设计,首先在总体上提出了系统框架,介绍了各功能模块的组成;然后主要介绍了非接触式温度传感器 MLX90614和无线串口模块Power UTC-4432的一些特性,在采用这些模块所构成系统实现了基本功能。第四章 系统软件实现4.1 系统软件的设计本章主要基于KEIL的软件开发环境，对不同模块进行了软件

26、设计，首先是温度采集部分，通过懂MLX90614的通讯协议的了解，编程了温度采集程序，并将数据处理成串口输出形式与无线模块发射端的串口通讯，将数据经过无线形式传到主控单片机。然后主控单片机将数据处理，显示在液晶屏上。4.2 测温模块的程序设计4.2.1 MLX90614的SMBus协议一个或者多个从动器件（SD）与系统某个时刻给定的一个主控器件之间的通讯就是SMBus 通信协议允许，MLX90614 芯片只能做从动器件（SD）使用。器件连接之前，需要为从动器件分配一个从动地址（SA），主控器件（MD）通过读取设定的从动地址（SA）选择从动器件 MLX90614开始进行信息的传输。当从动设备收到

27、 8 位数据后，会根据 PEC 的计算结果给出应答信息 ACK 或者NACK 。在主控器件开始运行的时候时，就会发送一个从动地址，只有从动器件收到与自己地址一样的时候才会做出响应，地址不一样的从动器件不作出响应。如果从动地址的字节无法确认无误，那么从动器件就会给出 NACK 信息表明接收信息有误，主控器件会停止通信选择数据重传，其中SMBus 发送的数据包结构如下图所示： 图4.2 SMBus数据包格式 相对于标准的 SMBus 接口协议有十多种命令操作，MLX90614 红外温度传感器只支持其中的两种命令：读取数据和写入数据。 l 读取数据 这个命令用来读取RAM和EEPROM中的工作状态和

28、信息数 据。读器件数据格式如图 4.3所示： l 写入数据 用于写命令到EEPROM 中操作芯片完成制定的流程。 写器 件数据格式如图 4.4所示： l 数据传输时序 SDA 管脚上的数据在 SCL 管脚变为低电平并延时 300ns 后即可改变， 通信数据在SCL管脚信号的上升沿被捕获。 每次传一个字节，一个字节包含 8 位数据，所以16位 数据需要分两次传输完成。每个字节按照低位在后、高在 前的格式进行传输，两个字节中间的第九个时钟是应答时 钟。 图4.3 SMBus读取数据格式据 (取决于命令 RAM 或EEPROM) 图4.4 SMBus写入数据格式 图4.5 SMbus通信实例 (从

29、RAM 中读取并写入到 EEPROM) 图4.6 数据传输时序 4.2.2 MLX90614红外测温模块程序设计 MLX90614红外测温模块的软件程序框架相对比较简单。当在主函数中完成对它的相关硬件初始化和调用之后， 红外测温模块就开始按照程序要求的顺序执行代码完成相关的内容。模块的主要工作流程为：首先程序对 MLX90614进行软件的初始化（例如读取传感器的设定地址、合成相应的指令等），然后微控制器通过 SMBus 传输协议来读取储存在MLX90614芯片RAM 里的环境温度TO的数据（地址为 07h）。通过相关的公式换算，可以得出相应的温度值并显示出来。流程图如图 4.7所示： 图4.7

30、 红外测试程序流程图 MLX90614每次发送和接收数据都是按照字节一一进行的，红外测温模块的数据处理程序流程如图4.7所示，关于每个字节的数据读写流程则如图4.8所示。每发送一个字节（发送按位进行，8个位字节）之后，系统会先确认方是否产生了应答，如了应答，就表明这一送成功，接着发送下字节；如果没有答信号的确认，系统就会选择再次重新这一字节的数据，直到接对方发来的应答信号，才可以继续发送下一个字节的内容数据，如果进行了多次重发之后，仍然没有收到任何的应答信号，那么就停止发送。接收数据后，每接收到一个完整的字节（逐位也接收时，接收器是一个8位字节），以指示成功接收，然后发送一个应答信号给对方，然

31、后重复此步骤，以接收下一个数据字节。从MLX90614是16读出的数据，和由DataH（高8）和DATAL（低8）两部分，它们存储在RAM地址07H单元是当前环境温度（TO）的数据，模块内设置的数据其实为0x2D8Ah结束为0x4DB0h，通过计算公式能温度范围是-40 °C 85 °C。 图4.8 MLX90614读写数据从MLX90614中读出的数据（DataH ：DataL）并不是真实的环境温度，需要换算公式把它换算为单位为摄氏度（） 的温度数据， 换算公式为：To = RAM（DataH ：DataL）*0.02 273.15。红外测温程序中的主要函数如下： 1）

32、unsigned long int NEN_REND(unsigned char slave_addR,unsigned char cmdR) 功能: 给定受控地址和命令时由 MLX90614 读取数据 2) unsigned char PEC_cal(unsigned char pec,int n) 功能: 根据接收的字节计算PEC 码 3) void EEPROM_WRITE(unsigned char s ddW,unsigned char cmdW,unsigned charchar DataH cmdW,unsigned char DataL,unsigned char DataH

33、功能: 根据命令写入相关数据到给定受控器件地址的 MLX90614 4) unsigned int *CALTEMP(unsigned long int TEMP) 功能: 根据十六进制数值计算温度 4.3无线通讯模块当模块工作状按键处于正常模式(模式1)下时，两个模块之间就在进行双向通信。此时模块同时监听串口是否有数据和空中射频信道中的情况，这时候模块即可以当做发射端使用也可以当做接收端使用。4.3.1 发送端和接收端处理流程 （1）数据发送端处理过程（SET_A置0，SET_B置为0 ） 当数据输入时被串口检测到，AUX置0并将内部设置成无线发射状态，交织纠错编码串口收到的数据，然后通过空

34、中射频信道发送出来，在发送完成将AUX置1并转入不断检测串口是否有数据输入的状态。 （2）数据接收端处理流程（SET_A设置为0，SET_B设置为0 ） 当数据通过空中射频信道传送到接收端时，通过对数据的交织纠错解码并检测数据是否正确无误，如果正确 ，将AUX置0 然后把解码的数据从串口输出，当输出结束后将Aux值1并继续监听是否有数据收到。4.3.2正常工作模式下的流程1. 在使用模块的时候，我们可以使用两个GPIO端口把SET_A和SET_ B两个管脚置成低电平或者将这两个管脚直接与GND（连接可以减少占用 MCU 2个IO 端口），使模块工作在正常工作状态。 在这种工作模式下，模块的通讯

35、方式而是半双工通信，即发送端和接收端可以互换位置。但是前提条件是发送端和接收端的射频参数必须保持一致，正常通讯要让收发目标地址匹配。 2.在串口有数据输入被发送端模块监听到，在置低AUX的同事模块会自动切换到发射状态。刚才串口收到的串口数据会通过空中信道将数据发送出来。发送完成后AUX会置1并且模块会自动转入不断检测是否有数据收到的状态。当对方发出的数据信息变继续进行接收。 3 .当接收器模块被发现有一个承载空气潍坊出现，并从空气通道接收由饿啊发出发送端模块的数据将通过CRC校验和的数目的确定和菲数据接收是否正确，当数据是正确的是AUX设置为0，并从输出端之后的串行输出的解码数据，在AUX被设

36、置1，再次进入检测状态。当外部单片机需要接受模块收到的数据时，只要进行简单的串口通讯就能将数据传到单片机中。单片机不需要个接收端任何命令就能收到数据。模块工作流程描述如下：4.4 数据处理由于前边采用了串口通讯，所以这节主要是51对串口数据的一个解析，并将得到的数据进行处理。4.4.1 串口数据的解析无线串口发过来的一帧数据格式为：（16进制）AA 2A 37 2C 37 C4 BB。其中： 帧头AA 环境温度低字节2A 高字节37 物体温度低字节2C 高字节37 校验和 C4 =2A+37+2C+37 结尾 BB 计算 物体温度=0x372A*0.02-273.15=9.29 度

37、环境温度=0x372C*0.02-273.15=9.33 度我们需要做的工作是把第二个到第四个数据取出来，具体如下：char deal_data(void) uint b=0,c=0,a=0; for(a=0;a<14;a+) if(LED_Buffera=0xaa)&&(LED_Buffera+6=0xbb) b=LED_Buffera+2; b=(b<<8)+LED_Buffera+1; c=LED_Buffera+4; c=(c<<8)+ LED_Buffera+3; ht=(float)b*0.02- 273.15; wt=(fl

38、oat)c*0.02- 273.15; return a; void main() uint htt=0; static uchar k=0; uchar a=0; init();/ qushuju(); LCD_init(); LCD_clear(); LCD_write_english_string(0,0,"WT:"); LCD_write_english_string(10*6,0,"C"); LCD_write_english_string(0,2,"HT:"); LCD_write_english_string(10*6,

39、2,"C"); while(1) while(!flag) ; EA=0; a=deal_data(); htt=(uint)(ht*100);if(htt>3000)led0=0;led1=1;led2=1;feng=1;Delay_1ms(1);feng=0; if(htt>3300)&&(htt<4000)led0=1;led1=0;led2=1;feng=1;Delay_1ms(1);feng=0; if(htt>4000)led0=1;led1=1;led2=0;Delay_1ms(50);led2=0;feng=1;Del

40、ay_1ms(1);feng=0; if(htt<3000)led0=1;led1=1;led2=1; display(4,2,wt); display(4,0,ht); for(k=a+1;k<a+5;k+) SBUF = LED_Bufferk;while(!TI) /如果发送完毕，硬件会置位 _nop_();TI = 0； Delay_1ms(10); ht=0; wt=0; a=0; k=0; flag=0; clean_LED_Buffer(); EA=1;4.4.2 液晶显示主要运用了5110的字形库，可以直接调用便能显示需要的数据，主要程序如下：#include<

41、;reg52.h> #include "nokia_5110.h"#include "english_6x8_pixel.h"#include "write_chinese_string_pixel.h"typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;sbit SCLK = P11;/ pin 2 header5sbit SDIN = P12;/ pin 3 header4sbit LCD_DC = P13;/ pin 4 header3sbit LCD_CE = P1

42、4;/ pin 5 header2sbit LCD_RST = P15; / pin 9 header1void LCD_init(void) LCD_RST = 0; / 产生一个让LCD复位的低电平脉冲 delay_s(); LCD_RST = 1;/ 关闭LCD LCD_CE = 0; delay_s(); LCD_CE = 1;/ 使能LCD delay_s(); LCD_write_byte(0x21, 0);/ 使用扩展命令设置LCD模式 LCD_write_byte(0xbd, 0);/ 设置偏置电压 LCD_write_byte(0x06, 0);/ 温度校正 LCD_writ

43、e_byte(0x13, 0);/ 1:48 LCD_write_byte(0x20, 0);/ 使用基本命令 LCD_clear(); / 清屏 LCD_write_byte(0x0c, 0);/ 设定显示模式，正常显示 LCD_CE = 0; / 关闭LCD void LCD_write_english_string(unsigned char X,unsigned char Y,char *s) LCD_set_XY(X,Y); while (*s) LCD_write_char(*s); s+; void LCD_write_shu(unsigned char row,unsigned

44、 char page,unsigned char c) /row:列 page:页 dd:字符 unsigned char i; LCD_set_XY(row*6, page);/ 列，页 for(i=0; i<6;i+) LCD_write_byte(font6x8ci, 1); void display(int x,int y,float t) unsigned int i,j; j=(uint)(t*100); i=j/1000; LCD_write_shu(x,y,i+16); i=j/100%10; LCD_write_shu(x+1,y,i+16); LCD_write_sh

45、u(x+2,y,14);/显示. i=j/10%10; LCD_write_shu(x+3,y,i+16); i=j%10; LCD_write_shu(x+4,y,i+16);4.4.3高温报警在程序中写入了报警上限，当温度超过时蜂鸣器就会响起，并有不同颜色LED对不同温度区间做为报警指示。4.5 本章总结本章分为四部分介绍了系统软件部分构成，第一部分介绍了编译软件，第二部分介绍了MLX90614的通讯协议以及主要测温的程序。第三部分介绍了无线传输的工作流程，第四部分为系统的核心，介绍了温度传感器测得温度通过无线传输到51单片机的数据处理的程序编写。第五章 系统调试与测试5.1系统的实物构建

46、此系统有由非接触式温度传感器MLX90614与STM32组成了测温模块、无线传输模块和数据梳理模块构成。了中远距离的无线传输温度数据的基本功能，并在数据处理方面添加了一些实现小功能，如高温报警，液晶屏显示等等。实物搭建图为图5.1。 图5.1实物构建图5.2系统的调试与分析5.2.1温度传感器的误差分析 作为一款非接触式的测温方法，红外测温一方面实现了处于运动状态和存在一定危险的物体的温度精确测量，另一方面，传感器红外探头与检测物体之间不能直接接触造成了无法达到完全热平衡，传播路径红外热量损失等各种各样的误差，主要影响因素有发射率、辐射角度、距离系数、物体形状大小和环境因素等。根据现有条件，主

47、要探索了辐射角度、距离系数、物体形状大小因素所造成的误差。1. 辐射角度的影响MLX90614红外温度计中的热电堆传感器测量的是辐射角度范围内物体的平均温度辐射角度越大，测试误差也就越大。一般来说，选择的类型的辐射角度最好小于30°，当大于45°C是就会出现误差，可在特殊情况下辐射角度不得不大于45°C，那么只能适当地减小辐射率进行修正补偿。本次设计中选用的传感器为MLX90614ESF-BCC,这款传感器的辐射视野角度FOV=35°，在误差允许的范围内，测量数据是相对精确的。2. 距离系数的影响距离系数(K=S:D)是红外温度传感器MLX90614的探

48、头到被测瓶体之间的距离S 与被测瓶体的直径D 的比值，这个参数的大小对温度传感器测量精度的影响相当大，K值越大测度测量分辨率越高。所以在选择远距离测量时，需要选择分辨率更高的探头或者光学透镜，在日常使用中，不可以忽略测温器件的分辨率，必须按照探头与物体之间的的S:D 值的要求测温，K值的不合理直接影响温度测量精度，而且误差相当大。在测试过程中，我们把测量距离与目标直径设定为S:D=12:1 的情况下，测量距离应满足下表的要求。目标大小D（mm）1530100200测量距离S(mm)<180<360<1200<2400 表5.1不同目标大小对应的距离值应满足的要求目标大小

49、3. 物体形状大小的影响 待测物体形状大小和测温传感器视场影响仪器测量的精度。MLX90614在进行测温时，测定的是视场内待测物体上确定面积的表面温度平均值。一般测量时物体大小与视场的关系有以下三种情况： (1)当被测物体形状大于红外温度传感器探头视场时，红外温度传感器探头视场内只有待测物，体就不会受到测量区域之外的环境背景影响，所以可以显示被测物体位于视场内确定面积的真实温度，这时的测量精度是最高的，测温效果是最好。 (2)当被测物体形状等于红外温度传感器探头视场时，红外温度传感器探头视场内会有部分环境背景，测温结果会受到测量区域内的环境背景影响，但背景影响相对来说还比较小，这时的测温效果一般。 (3)当被测物体形状小于红外温度传感器探头视场时，物体周围为范围的其他辐射的能量就会进入红外而无法探头的视场具体内干扰测温读数，造成人为误差。这时候测量的温度值是被测物体表面温度和环境背景温度的加权平均值。因此在实际测温过程中，被测目标形状最好是规则的，物体大小最好超过视场大小的50%，具体情况如图5.2。所示： 图5.2 目标大小与视场关系示意图经过多