基于红外线的目标跟踪与无线测温系统

长春理工大学光电信息学院毕业设计实用文档基于红外线的目标跟踪与无线测温系统摘要该系统以单片机AT89C51为基础，对红外和无线测温系统进行控制、设计和自动跟踪。该系统主要由红外目标跟踪部分和温度测量和无线传输两部分组成。红外探测和控制是本系统设计的关键部分，主要由单片机微机、电气机构和光敏元件三部分组成，作为控制中心，电气机构是使感光元件和羽毛的激光上下，找到点光源，元件敏感检测点光源的位置，白炽灯200w部分的无线温度测量可以显示模拟实时热源的温度。这样的无线系统会给人们的生活带来无限的便捷。关键词：AT89C51红外跟踪无线测温无线通信ABSTRACTThissystemtakesAT89C51singlechipmicrocomputerasthecontrolcore,designsandmakesinfraredautomatictrackingandwirelesstemperaturemeasurementsystem.Thesystemismainlycomposedoftwoparts,theinfraredtargettrackingpartandthewirelesstemperaturemeasurementandtransmissionpart.Infrareddetectionandcontrolisthekeydesignpartofthissystem,itismainlycomposedofsingle-chipmicrocomputer,electricmechanism,andrelatedphotosensitivecomponents,single-chipmicrocomputerasacontrolcenter,theroleoftheelectricmechanismistomakephotosensitiveelementsandlaserpensupanddown,inordertofindpointlightsource,photosensitivecomponentstodetectthelocationofpointlightsource;200WincandescentThewirelesstemperaturemeasurementpartcandisplaythetemperatureofthesimulatedheatsourceinrealtime.Suchawirelesssystemwillbringunlimitedconveniencetopeople'slives.KeyWords:AT89C51InfraredTrackingWirelessTemperatureMeasurementWirelessCommunication目录TOC\o"1-3"\u绪论 绪论随着科技的不断发展，无线系统已经应用到世界的各个角落，无线通信也早已问世，设计一个无线系统应用到现实生活中显得尤为重要。此系统可以实现多种功能，包括定位、测温等功能。控制系统使用红外传感器确定其位置与目标的位置,以及温度传感器测量的温度。然后将无线模块发送到控制系统,最后显示在液晶屏上。智能信息技术,当今社会,无线系统的设计给人们带来无限的便利。红外技术仅限于野战军事的第一阶段,随着冷战的结束,红外技术开始大规模进入民用领域。随着世界经济的快速发展、红外技术的快速发展和产品成本的不断降低,民用领域的实施将有更大的发展空间。我国红外技术的研究开始于60年代,并在上世纪70年代得到了极大的发展，在很多领域都发展的非常快，在温度计红外测温市场也占有一定的位置。温度计可根据其温度测量范围分为两类:中低温辐射温度计和高温辐射温度计。高温辐射温度计是一种测量来自目标的高能辐射超过900°c的温度的仪器,分辨率很高，但是因为目标的辐射能量太大所以主要采用测量理论。较好的处理波辐射温度的应用数据的方法就是最大限度地降低辐射测量速率的影响，对周边环境和温度测量距离的测量精度进行优化，使其温度测量误差小,分辨率高。产品在国内和国外均有供应。比如三波长、四波长和六波长的温度计,我国有学者成功地研制出三十五波长温度计,温度测量范围为700~5000k,温度测量精度优于0.5%,灵敏度较好,可以测量0.1k,最小目标为1x1mm^2。低温物体测量误差较大,因此该温度计主要用于钢铁生产等冶金行业。国外也有一些产品，通用手持式温度计使用此温度计到达目的地,当测量温度时,一个可见的点在目标上发光,数字显示该区域的温度值。您的技术人员主要指标是:30温度测量范围~1100°C,测量精度为温度0.3~0.5°C,距离比为60。便携式红外测温仪的远距离温度范围为30~100,可测量温度的差异最小为0.5°c。本课题要完成的主要内容包括：系统硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要包括：（1）在跟踪仪的底部和左部使用步进电机，因为步进电机上电后可以锁死。可达到定位的目的。步进电机的选体积较小、力矩较大的电机。（2）为准确复位，在底部电机的边装一个轻触开关，使用外部中断方式使跟踪仪准确回到起始位置并且到达终点位置。（3）左边的电机若使用轻触开关，可能力矩不够，无法压下开关的触片，所以打算使用红外对管来使左边的电机准确定位。（4）在跟踪仪的上面使用五个高灵敏度的光敏三极管，为了达到快速定位的目的多加一个光敏三极管，以减少定位的时间。（5）红外发射器采用功率可调的白炽灯，采用双向可控硅来调节白炽灯的功率，直接使用PWM波控制晶闸管的导通。（6）手持移动红外线发射器。软件设计主要包括：（1）单片机内部集成的AD转换，对光敏三极管进行电压采集，当采集到的电压达到最大值的时候定位完成。（2）当点B被收集到温度时,数据以无线方式发送到A点,A点将保存到阵列或EEPROM中,并实时保存收集到的温度值。（3）当A点接收到数据时,数据将显示为曲线驱动显示。（4）快速定位：在x／Y轴方向快速定位的时候，只选通正中间的光敏三极管，一旦检测到电压值减小，马上停止PWM波的输出。（5）当A点工作时，B点移动时，先比较X轴左右的的光敏三极管采集到的电压大小，若左侧的电压值较大，跟踪仪就左移，然后在打开和中间光敏三极管开始检测。Y轴同理。（6）定位完成后，A点向B点发送指令，B点开始采集温度，然后发送数据回A点显示。（7）光提示：光显示采用多色可变发光二极管显示。第一章控制系统方案设计1.1系统设计要求本系统包括可万向自动旋转的红外线跟踪定位仪A和一个红外线发射器B。A、B间无线连接，采用无线通信方式进行数据双向传输。发射器B端利用白炽灯（0~200W可调）模拟热源，B端直接检测温度，就地实时显示温度，并能通过无线通信将温度传给A；跟踪定位器A可以实时定位跟踪B发射机,当定位精度达到要求时,A将温度传输指令发送到B,并实时接收B点的温度,查看并存储温度，测试结束后可打印全部测试时的数据和温度曲线。A端红外线搜索跟踪系统结构图如图2-1所示，B端红外线发射器与温度采集系统结构图如图1-2。图1-1A端红外线搜索跟踪系统结构图图1-2B端红外线发射器与温度采集系统结构图1.2方案选择与论证1.2.1主控芯片的选择与论证方案一：采用单片机AT89C51采用单片机,该芯片仅包含4K快速字节存储器(PEROM)可擦除读取和字节数据随机存取(RAM)内存程序,完全兼容MCS-51产品芯片系统，集成了通用8位单元中央处理(CPU)和flesh存储单元,功能强大,成本效益高,可用于各种控制领域。方案二：采用ARM单片机，支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件，具有指令执行速度快，寻址方式灵活简单，执行效率高等优点，缺点就是价格比普通51系列单片机贵并且对编程要求较高，编程相对困难。本系统控制算法相对简单，出于降低编程难度，节约成本的角度考虑，选择方案一，采用单片机AT89C51进行控制。1.2.2温度传感器模块方案的选择与论证方案一：采用PTC热敏电阻，PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，体积小，价格便宜，使用方便，但是需要的转换电路非常复杂，并且灵敏度低，不稳定。方案二：采用SHT75数字式温湿度传感器，可以测量相对温度和湿度，测量数据广，测量精度高，低能耗，但是每次测量温度前都要进行复位，每秒钟最多测量三次数据，而且时序要求较高，不易编写程序，价格昂贵。方案三：采用DALLAS公司的DS18B20温度传感器，集成度高，12位存贮温度值，转换速度快，温度测量精度高，采用多路测量方法，具有设置报警功能,控制方法简单，且反映灵敏度高，耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。综合考虑三种方案，最终选择方案三，采用DS18B20作为测温传感器。1.2.3电机控制模块使用步进电机。步进电机是一种纯数字控制的发动机，这种控制方式非常智能方便，它把电脉冲信号变成角位移，也就是脉冲、步进电机在一个角度上，对单片机控制非常方便快捷。在不超载的情况下，电机转速、停止位置不受负载变化的影响，产生误差很小，它们只取决于信号脉冲的频率和脉冲数，所以步进电机只会产生周期性误差，不会产生累积误差，取得数据的精度比较高。发动机一步一步具有控制简单、机械结构简单的优点。因为在本系统中需要较高的转换精度，迅速的启停，所以在设计中选用步进电机。1.2.4调节功率部分方案一：采用电磁继电器进行功率调节。电磁继电器通常应用于自动控制电路中，实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种“自动开关”。在电路中起自动调节、安全保护、转换电路等作用。结构非常简单，但是调节精度低，稳定性差。方案二：采用全隔离单相桥式全控整流模块和变压器配合，变压器输出5V同步电压信号，稳定性好，调节精度高，且用D/A控制其驱动，单片机软件控制功率调节，可以通过键盘直接设定，通过液晶显示器直接看到功率值。经论证，本系统调节功率部分采用方案二全隔离单相桥式全控整流模块和变压器配合。1.2.5无线通信部分无线传输部分采用多通道微功率数据的模块无线集成APC200A-43。APC系列是新一代集成无线数据传输模块多通道,可配置大量信道,传输功率高,但仍具有低功耗。同时,编码还包含可靠的错误检测能力，非常智能并且方便编程，可以自动过滤错误和虚假数据,并实际实现连接的透明度。传统无线模块使用跳线设置串口速率，校验方式，频点等参数。而APC系列模块采用串口设置模块参数，含有非常多的方便操作的软件编程选项，包括频点，空中速率，调制频偏，地址码，以及串口速率，校验方式，串口类型等都可设置。综上所述，本系统无线传输部分采用APC200A-43多通道微功率嵌入式无线数据传输模块。1.2.6电机驱动方案的选择与论证采用集成驱动芯片TA8435。TA8435是单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片，利用该芯片驱动步进电机方法简单，工作电压范围宽（10-40V），输出电流可达到1.5A，具有整步，半步，1/4细分，1/8细分运行方式可供选择，可精确控制步距和速度。利用这个方法设计的步进电机驱动系统具有控制简单，精确度高，工作可靠等特点。综上所述，本系统选用步进电机因此电机驱动方案选用集成驱动芯片TA8435。1.2.7显示部分方案方案一：采用点阵式的发光显示器，发光二极管排成一个N×M(例如5×7)的矩阵，一个发光二极管控制点阵中的一个点，这种显示器显示的字形逼真，能显示的字符比较多，但控制比较复杂。方案二：采用液晶显示器。液晶屏具有液体的流动性和玻璃的光学特性不发光本身,但只有环境光调制,越亮的地方显示最清晰,黑暗无法显示。以编程方式,您可以清楚地显示各种字符和汉字。由于前两个图表所选择的显示器属于数字管显示,因此不可能显示汉字,而只能显示为屏幕字符。虽然液晶屏比较复杂,但可以满足设计的要求,方便直观的编程和各种汉字、图形字符的显示,可以显示工作状态系统的实时性,并有一个很好的界面"人机交互"。综合考虑两种方案，本次设计选择采用液晶显示器作为显示部分。1.2.8键盘输入模块方案的选择与论证根据设计要求以及实际产品的情况，在键盘输入方面至少需要4×4=16个按键才能满足产品需求。这包括了0～9十个数字输入键、一个设定键、一个确认键。基于如上考虑，本系统在键盘输入电路设计过程中有两种选择方案：方案一：采用矩阵式键盘。直接采用矩阵键盘，电路连接简单，操作容易，但是占用单片机的I/0口线较多，浪费单片机I/0口资源，并且在软件上需要键盘的消抖动程序，编程相对复杂，软件调试也较为困难。方案二：采用HD7279芯片驱动的键盘电路。HD7279是一片智能显示驱动芯片，具有多种智能功能，可以同时驱动并连接64键的键盘矩阵，内部含有译码器，可以直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。HD7279还有很多种控制指令，像是消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等等。还可以快捷地实现许多种显示和键盘接口。HD7279A只需要4根线与单片机相连就能很好地控制单片机实现键盘接口功能，能节省很多端口资源。而且HD7279A含有去抖动电路，也就是说编程时不用另外加消抖动程序。HD7279A的控制指令也使得软件编程更简单。综合考虑了这两种电路的设计优劣、芯片成本以及单片机资源利用情况，最终选用方案二，采用HD7279作为驱动芯片的键盘电路。第二章控制系统硬件设计本系统由红外线搜索跟踪仪A和自带温度测试的红外线发射器B两部分组成，单片机AT89C51作为各自系统的控制芯片，实现对系统各模块和电路的控制，系统主要包括红外线采集模块、A/D和D/A模块、电机驱动模块、无线数据通信模块、键盘显示模块、白炽灯功率调整模块、声光报警电路等，现分别对各模块和电路进行分析。2.1单片机最小系统的设计单片机（SCM）是单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）的简称，是一种集成电路芯片，使用超大规模集成电路技术把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。随着SCM在技术上、体系上不断扩展其控制功能，为了强调其控制属性，国际上多把单片机称为微控制器MCU。因为单片机在使用时经常被嵌入系统的核心位置，所以通常也把单片机成为嵌入式控制器EMCU。在我国，大多数技术人员比较乐于使用“单片机”这个名字。单片机最大的优点就是体积很小，可以放在许多仪器仪表的内部。但有优点就有缺点，缺点就是存储量太小，输入输出适配器太简单，功能不那么强大。现在，单片机已经广泛地应用在了民用和工业的测控领域，生活中也随处可见使用单片机的智能电器。本系统设计的控制芯片选用的是AT89C51单片机。AT89C51单片机的电压较低，性能较高，优点很多。片内含4Kbytes的快速可擦写的只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器，采用高密度，不易丢失存储数据的先进技术生产，兼容标准MCS-51产品指令系统，片内置通用8位中央处理器和flesh存储单元，功能非常强大。AT89C51单片机片内有ROM/EPROM，所以使用这种芯片构成的最小系统更方便、简单、易操作。如图2-1。图2-1单片机最小系统本设计的时钟电路采用内部时钟方式，这个方式是最常用的一种方式。内部时钟方式就是利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2两个引脚上外接定时元件，使内部的振荡电路产生自激振荡。AT89C51的复位电路采用的是上电自动复位电路，上电自动复位通过外部复位电路的电容充电来实现。2.2显示模块显示模块使用内置ST7920控制器的液晶模块。显示模块的主要功能是显示汉字及图形。ST7920液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，内置2MB中文字型，提供8192个中文汉字、128个字符及64X256点阵显示，15×16位共240点的ICONRAM，较为符合显示模块的功能需要。而且这个液晶控制器还可以与CPU直接接口，并且提供8-位并行及串行两种界面来连接微处理机，具有许多方便智能易操作的功能。在当今LCM市场上，ST71920被广泛地应用到各个领域。表2-1引脚说明管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0-5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS)H/LRS=“H”，表示DB7-DB0为显示数据RS=“L”，表示DB7-DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”，E=“H”，数据被读到DB7-DB0R/W=“H”，E=“H→L”，DB7-DB0数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7-14DB0-DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源负端ST7920与MCU连接的方式分为并行和串行两种方法。并行连接方式接口较多，操作比较复杂，但编程方便，访问速度快；串行连接方式接口较少，方便操作，但编程比较复杂。本设计两端均采用并行连接方式。图2-212864接线方式图2-3A端液晶显示模块的接口电路图B端选用12864F液晶模块，液晶显示模块的接口电路图如图2-4所示。B端液晶接口电路与A不同的是数据口用的是P0口，控制引脚RS、R/W、E、PSB，依次接单片机管脚P2.2、P2.3、P2.3、P2.4。其余连接与A端相同。图2-4B端液晶显示模块的接口电路图在单片机与液晶的硬件连接中，12864的RST端直接接到高电平，不需要单独进行复位，RS、R/W、E、PSB等引脚分别接到单片机的I/O口上，通过单片机进行控制，DB0-DB7八位数据位分别接至单片机的八个口线，进行并行数据传输。2.3电机驱动模块在本设计中采用两相步进电机作为红外线跟踪定位仪的控制电机。步进电机是一种纯数字控制的发动机，这种控制方式非常智能方便，它把电脉冲信号变成角位移，也就是脉冲、步进电机在一个角度上，对单片机控制非常方便快捷。在不超载的情况下，电机转速、停止位置不受负载变化的影响，产生误差很小，它们只取决于信号脉冲的频率和脉冲数，所以步进电机只会产生周期性误差，不会产生累积误差，取得数据的精度比较高。发动机一步一步具有控制简单、机械结构简单的优点。图2-5四相六线制步进电机接线端子图步进电机有两种工作方式:整步方式和半步方式。表2-2半步时序表时序A+B-A-B+1000120011300104011050100611007100081001表2-3整步时序表时序A+B-A-B+11001200113011041100步进电机在低频工作时有振动大、噪声大的缺点，这个时候就要用细分方式来解决。实现细分方式的方法有很多种，但是最常用的还是脉宽调制式斩波驱动方式，这种方式使用最为便捷并且性价比很高，大部分步进电机专用的驱动芯片都使用这种驱动方式。本设计中步进电机驱动的核心驱动就是用的这种驱动方式，使用的是两相步进电机集成驱动芯片TA8435H。TA8435H单片正弦细分两相步进电机驱动专用芯片，可以驱动二相步进电机，连接电路简单方便，工作可靠，工作电压范围非常宽，能兼容很多档次的电压线路，输出电流高，有整步、半步、1/4细分、1/8细分四种运行方式。设计中我们采用1/8细分工作模式，大大降低了步进电机的低频振动。其电机驱动电路连接图如图2-6所示。图2-6电机驱动电路连接图步进电机控制的原理是：要实现精确的时间和控制角度及转速，有必要精确地计算人眼无法识别时的步进电机脉冲数。这里使用0.225度的角度控制步骤来转动轴，然后，步行一圈所需的步数是1600步，控制步骤的数量可以精确地控制其补充和旋转角度。2.4红外线采集模块本系统采集红外线信号的传感器使用红外线接受管接收热源发出的红外线然后将红外线光信号变成电信号，红外接受管的主要成分是特殊材料的PN结。传感器排列图如图2-7所示，成十字交叉形，中间的传感器高于两端的，使整个传感器接收面成一个半球型。图2-7传感器排列图图2-8红外接收管的信号采集电路图本次设计的红外采集模块用到了5路红外信号采集电路，红外接收管的信号采集电路图如图2-8所示。在红外接收管分支链中的20K负载中,随着光线的变化,得到负载的电信号和电信号的比例变化。当传感器检测到目标的时候，各传感器产生的电流值不同，距红外线发射源近的电流值大，远的则较小，取两边对着的传感器采集的数据之差和中间的传感器相比，差值要是正的就让电机正向转，要是负的就反向转，通过比较哪个值大就往那个方向走，这些偏转通过控制步进电机实现。2.5A/D转换模块本系统采用TLC1543作为A/D转换模块。TLC1543具有多通道，高速，高分辨率，使用灵活和价格低廉等优点，是一种高性价比的A/D转换器。。图2-9TLC1543引脚图表2-4TLC1543引脚说明引脚号名称I/O说明1—9、11、12A0-A10I模拟输入端。这11个模拟信号输人由内部多路器选择。驱动电源的阻值必须小于或等于1KΩ。15EQ\*jc2\*hps12\o\ad(\s\up11(_____),CS)I片选端。在CS端的一个由高至低变化将复位内部计数器，控制和使能DATAOUT、ADDRESS和I/OCLOCK，反之，禁止各输入输出。17ADDRESSI串行数据输入端。16DATAOUTO用于A/D转换结果输出的3态串行输出端19EOCO转换结束端。在第十个I/OCLOCK，该输出端从逻辑高电平变成低电平并保持低，知道转换完成及数据准备传输。10GND地。18I/OCLOCKI输入/输出时钟端14REF+I正基准电压端。13REF-I负基准电压端。20Vcc正电源端。图2-10AD1543和传感器的连接图本红外线的目标搜索跟踪与无线测温系统中用串行AD模块TLC1543实现将5路传感器红外接收管接收的模拟信号转换成数字量，提供给单片机进行数据运算。AD1543和传感器的连接图如图2-10所示。当红外线发射端位置变化时，红外线接收管采集到的红外线强度发生变化，负载上的电信号发生变化，使得AD模块接收的模拟量发生变化，进而改变提供给单片机的数字信号，单片机通过比较各路红外接收管接收红外线的强度，进行跟踪红外线发射源。2.6无线通信模块本设计采用多通道微功率数据的模块无线集成APC200A-43。APC系列是新一代集成无线数据传输模块多通道,可配置大量信道,传输功率高,但仍具有低功耗。同时,编码还包含可靠的错误检测能力，非常智能并且方便编程，可以自动过滤错误和虚假数据,并实际实现连接的透明度。因此，模块系列APC特别适用于工业应用等具有强扰动的环境。图2-11模块的实物图该模块提供标准接口RS232和RS485、UART/TTL三种通信模式和12002400/4800/9600bps四种速率。该模块提供了多个通道的透明数据传输的任何大小,而无需用户写入传输和复杂的配置。传统的无线模块采用配置串行端口类型、验证和方法、频率等参数。并采用该系列APC系列端口模块设置模块参数,具有丰富方便的配置选项集,包括频率、气流、频率调制位移、地址码等作为串口类型,校准方法,可以设置串口的类型,而完成配置只需要提供公司配置的Rf-Magic软件提供使用的PC串口可以实现容易。该模块是一个高度集成传输的半双工微功率数据模块,嵌入到射频的高性能高速MCU芯片中。该模块提供了多个通道的透明数据传输的任何大小,而无需用户写入传输和复杂的配置。APC系列的模块,通过配置软件,可以在两种传输模式下工作：透明数据传输和分地址数据传输。APC系列模块距离传输距离遥远,抗干扰能力强,灵敏度高,软件编程特点丰富,方便模块系列APC应用于非常广泛的领域。模块与终端设备的（UART/TTL电平）接线图如图2-12所示。图2-12模块与终端设备的（UART/TTL电平）接线图图2-13B端无线模块连接图B端无线模块在使用之前，需要用产品的配套软件进行波特率等相关参数的设置，该模块采用的是透明传输方式，相当于单片机与单片机之间的双机通信。无线模块的供电电压范围在3.3V到5.5V之间，在两端无线模块都连接好了之后，给EN使能端一个使能信号，两个单片机之间便可以进行无线通信了。2.7初始位置检测电路该系统中用到了两个光电开关，分别安装在红外线搜索跟踪仪下面大电机旁边，和上面电机对侧。我们应用光电开关来定位，分别定位绕X轴方向的传感器板，以及定位绕Y轴旋转的外围框。图2-14槽型光电开关光电开关(光电传感器)是光电接近开关的缩写，主要是靠光束或反射遮挡检测，对象不限于金属，并且可以检测到所有反射光线的对象。光电开关在信号的弹射中转动发射机的电源输入,接收机然后根据力物体或没有入射光检测目标。图2-15光电检测电路连接图本设计中我采用的是槽型的光电开关进行初始位置的定位，光电检测电路连接图如图2-15所示。当系统红外信号检测平面未定位到初始位置时，槽型光电开关的发射管和接收管之间没有被隔离，发射管发出的光使光电接收三极管导通，单片机的P0.6口输入低电平，电机继续运行；当红外线检测平面定位到初始位置时，槽型光电开关的发射管和接收管之间被遮挡住了，光电接收三极管未接收到光信号，因此不导通，单片机的P0.6口则输入高电平，步进电机停止运行，成功检测到初始位置。2.8声光报警电路本设计中设计了声光报警电路，当红外目标搜索跟踪仪A端成功搜索定位到红外线发射端B后，系统就会自动报警，蜂鸣器开始鸣叫，同时点亮发光二极管，提示定位成功。声光报警电路图如图2-16所示。图2-16声光报警电路图当系统定位成功后，单片机的P3.7口输出高电平，经过一个反相器后变为低电平，使得串连在一起的发光二极管和蜂鸣器电路导通，发光二极管被点亮，蜂鸣器开始鸣叫。2.9温度传感器电路B端温度采集选择DS18B20,当B端接通电源后，系统初始化过后，在设定玩灯泡的功率之后，灯泡开始点亮，由于传感器放在灯座附近，所以当灯泡点亮的时候我们就可以采集温度数据，并且能够通过无线通信的方式传递给A端和显示在液晶上。DS18B20的简介：（1）特点DS18B20具有小体积3引脚TO－92的封装形式，这种封装形式便于携带，温度范围非常广，可编程精度大，测量分辨率温度精确度高，所测量的温度为输出16位，具有符号膨胀性。其工作电源可在远端或寄生电源中引入，方便操作，不易断电，有利于准确工作。多个DS18B20可以与3或2个线程并行，CPU可以与多个DS18B20通信，只需要一根端口线而且消耗微处理器的端口较少，性价比很高，能节省非常多的引线和逻辑电路。（2）内部结构DS18B20主要由4部分组成：温度传感器、64位ROM、配置寄存器、非挥发的温度报警触发器TH和TL。图2-17DS18B20的管脚排列（3）引脚说明表2-5DS18B20的管脚说明16脚SSOPPR35符号说明91GND接地82DQ数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路73VDD可选的VDD引脚。（4）测温操作图2-18温度传感器测量电路DS18B20测温就是用高温系数振荡器来确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内的低温系数的振荡器脉冲被计数，以获得温度值。图2-19DS18B20在电路中的连接图本设计中我们采用DS18B20作为温度测量的传感器，DQ端需要接一个4.7K的上拉电阻，来增加驱动能力，工作的时候，DS18B20收集的温度数据转化为单片机的数字信号。2.10键盘模块键盘单元用了11个按键，一个设置键，一个确认键，1—9的数字键，还有一个复位功能键在A端电路中设置。本次键盘设计单元选择的芯片控制器是HD7279。HD7279是智能显示的控制器芯片，有许多智能功能，比如具有能够同时处理和连接64键键盘矩阵的接口的功能。并且HD7279中还包含解码器，有两种解码方式。此外，HD7279A还有很多种控制指令，并有芯片选择信号，可以轻松达到8位以上的键盘或屏幕界面。图2-20HD7279引脚图表2-6HD7279的引脚说明引脚名称说明1,2VDD正电源3,5NC无连接，必须悬空4VSS接地6CS片选输入端，此引脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输入端；当读取键盘数据时，此引脚在‘读’指令最后一个时钟的下降沿变为输出端9KEY按键有效输出端，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平10-16SG-SA段g-段a驱动输出17DP小数点驱动输出18-25DIG0-DIG7数字0-数字7驱动输出26CLK0振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端HD7279与微处理器串行通信,串行数据输入DATA引脚芯片,并由终端CLK同步。当芯片选择信号切换到低电平时,DATA引脚中的数据在CLK引脚的上升沿被写入HD7279缓冲区中图2-21键盘电路原理图2.11D/A转换模块本设计中的D/A转换模块使用的是TLC5615。TLC5615是一种10位DAC系列的芯片，其性能优于具有以前流输出的CAD。图2-22TLC5616引脚图表2-7TLC5615引脚说明引脚号名称I/0说明1DINI串行二进制数输入端2SCLKI串行时钟输入端3EQ\*jc2\*hps10\o\ad(\s\up9(_____),CS)I芯片选择端，低有效4DOUTO用于级联的串行数据输出5AGND模拟地6REFINI基准电压输入端7OUTODAC模拟电压输出端8VDD正电源电压端TLC5615工作正常，如果功耗较低，只能在从16位寄存器CS芯片选择的情况下移动一系列输入数据。图2-23TLC5615和传感器的连接图该设计中用串行DA转换模块TLC5615来将设定的数据转换为模拟量并传递给全隔离单相桥式全控整流模块，进而对灯泡的功率进行调节，灯泡的亮度和温度都随之变化。TLC5615的REF端接2.5V的基准电压。2.12电灯功率调整模块电灯功率调整模块就是用电压信号控制的全隔离单相桥式全控整流模块(以下简称单相整流模块)。单项整流模块包括了四个单向SCR的内部系统组成的全控桥、移相电路和触发电路。它可以很容易地成为具有可调振幅无级的脉动直流电压。单相整流模块的型号为DQZ-cccDccc，其中中间方框表示交流电压等级，分380V、220V、110V和36V，后面方框表示为全控桥输出电流等级。模块的外形尺寸如图2-24所示。图2-24模块的外形尺寸图端子功能简介如下：①②为交流电源进线端，电压等级分220VAC、110VAC、36VAC和380VAC。③④为直流输出正负端。⑤⑥为同步电压输入端，允许输入与①②交流电源同步的幅值为18±5VAC的电压，⑤与②为同名端。⑦⑧⑨分别为+5V、CON和COM，其中+5V为模块内部产生，只供电位器手动控制用，CON为控制端，COM为内部地端。其中强电部分的①②③④与弱电部分的⑤⑥⑦⑧⑨为全隔离。图2-25接线示意图本设计中的实际全隔离单相桥式全控整流模块的电路连接图如下：图2-26全隔离单相桥式全控整流模块本设计通过该单元模块来设定模拟热源（灯泡）的功率。以实现灯泡从0W到200W之间的设定，首先要经过DA5615将设定的数据转换为模拟量并传递给全隔离单相桥式全控整流模块，通过整流模块的控制端电压的变化来改变功率，进而对灯泡的功率进行调节，灯泡的亮度和温度都随之变化。当控制端电压为5V的时候对应着满功率。2.13微型打印机模块微型打印机模块选择微型热敏打印机型RD-E，微型热敏打印机类型RD-E设计用于安装，结构集成单前板，可校正整个面板打印机检测面板指示器。RD-E控制面板是一种防尘设计的安装装置，可以有效地防止灰尘进入，以此来提高控制面板的使用时间，使用进口的原装打印头，有效地确保了打印机的打印效果和使用寿命。RD-E打印机电源通过单一正5V电源,允许的电源电压范围仅5V±025V,电源容量≥3a。符合要求的可选用7V~24V电源。微型电缆塞式RD-E钻孔具有极性保护机构,可直接连接到控制面板上的连接器J5上。红色电线连接电源(+)电缆,阴极(-)的电源连接白色电缆。cableblanco.采用的E型串口10线双排针座图示如图2-27所示，串口的各引脚定义如表2-8所示。图2-27E型串口10线双排针座图表2-8E型串行接口各引脚定义10线双排针座串口线信号信号来源方向说明PC机DB-9芯串口线3TXD主机输入打印机从计算机接收数据32RXD打印机输出当使用X-ON/X-OFF握手协议时，打印机向计算机发送控制码28CTS打印机输出该信号为“MARK”状态时，表示打印机正“忙”不能接收数据，而当而当该信号为“SPACE”状态时，表示打印机“准备好”，可以接受数据。86DSR打印机输出该信号为“SPACE”状态表示打印机“在线”。65GNDGND—信号地51DCD打印机输出同信号CTS14,7,9NC——未接4，7，910-5V——接正5V电源—图2-28RD-E型热敏微型打印机与AT89C51的连接图RD-E型串行接口与RS232C标准兼容，可由微机串口或单片机直接控制。因此，单片机的TXD可以直接与微型打印机RXD连接，采取232通信的方式，给微型打印机发送数据信息，微型打印机内部通过字符库进行编译，打印出数据。第三章控制系统软件设计本设计的软件设计分主要分为二个部分：一部分是红外线搜索跟踪仪A的软件设计；另一部分是红外线发射器与温度采集系统B的软件设计。3.1A端程序流程图图3-1A端程序流程图A端通电开始后，程序进行