红外测温仪的操作指南及各模块说明.docx

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红外测温仪的操作指南及各模块说明

《红外测温仪的操作指南及各模块说明》

红外测温仪操作指南：

将单片机连接电源后，只需将红外测温仪的红外探头瞄准被测物体，按下矩阵键盘上的S13按钮（设定为“开始测温”），测温仪开始工作，LCD显示屏上显示两个温度数值，上为被测点温度，下为环境温度（由探头外环探测得出）。

由于探头精度灵敏，温度数值在稳定建立时间过后仍有小幅度跳变。

按下矩阵键盘上的S14按钮（设定为“STOP”），LCD显示按下时刻的温度值，方便读数。

按下S13“开始测温”，测温仪开始新一轮测温。

单片机模块

红外测温仪系统的硬件结构框图

红外测温仪系统的软件方案设计框图

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:

时间中断的初始化、外部中断源的初始化、串口通信中断的初始化、LED显示的初始化。

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，通过LED数显管显示温度数据。

单片机处理模块

单片机模块的工作原理是：

加载相应程序的STC89C51单片机把红外测温模块传来的数据加以处理，送LED显示屏显示。

下图1是单片机处理模块的电路原理图

图1单片机处理模块电路图

其复位电路如图2-1左边上部分，本单片机处理模块是通过开关手动复位的，只要在RST引脚出现大于10ms的高电平，单片机就进入复位状态，这样做的目的是便于根据实际情况而选择是否复位温度测量数据。

而此仪器的震荡电路选用的是晶体震荡电路，其具体电路如图2-1左边下部分。

采用晶体震荡电路的原因是因为它的频率稳定性好，而这正是本红外测温仪非常重要的技术要求。

单片机作为红外测温仪的核心处理部件，它关系到整个仪器的性能指标。

因此它的选择是非常重要的。

本测温仪选择的STC89C51RC单片机，下面是STC89C51RC单片机相关资料信息：

STC89C51RC单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。

STC89C51RC系列单片机具有在系统可编程（ISP）特性，这样可以省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序，无须将单片机从以生产好的产品上拆下。

对于一些尚未定型的设计可以一边设计一边完善，加快了设计速度，减少了一些软件缺陷风险。

由于可以在用户的目标系统上将程序直接下载进单片机看运行结果，故无须仿真器。

下图2-2是此单片机的引脚图：

图2-2STC89C51RC单片机引脚图

一、STC89C51RC单片机的特点：

1.增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU；

2.工作电压：

5.5v-3.8v；

3.工作频率范围：

0-40MHz，相当于普通8051的0～80M，实际工作频率可达48MHz；

4.4k的Flash程序存储器；

5.片上集成512字节RAM；

6.ISP/IAP，无须专用编程器/仿真器；

7.通用I/O口，复位后：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时需加上拉电阻；

8.EEPROM功能；

9.看门狗；

10．内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省略复位电路）

11．共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用；

12．外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；

13．超低功耗，正常工作模式，典型功耗2mA；掉电模式，典型功耗0.5uA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序；

14．2个数据指针；

15．通用异步串行口（UATR），还可用定时器软件实现多个UATR；

16．工作温度范围：

0－75℃/－40～＋85℃；

17．封装形式：

PDIP-40/PLCC-44/PQFP-44。

二、STC89C51各引脚的功能描述如下：

（1）电源和晶振：

VCC——运行和程序校验时加的电压；

VSS——接地；

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）

：

片外程序存储器读选通信号输出端。

红外测温模块

红外测温模块采用非接触手段，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。

它通过红外温度传感器扫描被测物体，并把相应的红外辐射数据通过P1.5和P1.6口传送给单片机模块。

图3是红外测温模块电路图：

图2红外测温电路模块

面对目前众多的红外检测器件产品，在设计中选择合适的红外检测器已成为一个重要问题。

在设计过程中选择红外线检测器件时，首先考虑的是器件的以下性能因素:

光谱响应范围、响应速度、有效检测面积、元件数量、制冷方式和检测目标的温度。

本红外测温仪选用了凌阳公司生产的型号为TN9的红外探测器作为测温模块，它是一种集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，因此简化了本系统的设计。

它的测量距离大约为30米，测量回应时间大约为0.5秒。

而且它具备SPI接口，可以很方便地与单片机（MCU）传输数据。

其相关资料如下：

一、红外测温传感器的引脚介绍

图4红外测温传感器引脚图

红外测温传感器引脚图如图2-4，其中V为电源引脚VCC，VCC一般为3V到5V之间的电压，一般取3.3V；D为数据接收引脚，没有数据接收时D为高电平；C为2KHzClock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。

二、红外测温模块的时序

红外测温模块的时序图如图5，在CLOCK的下降沿时接收数据。

（例：

如果一次温度测量需接收5个字节的数据，这5个字节中：

Item为0x4c表示测量目标温度，为0x6c表示测量环境温度；MSB为接收温度的高八位数据；LSB为接收温度的低八位数据；Sum为验证码，接收正确时Sum=Item+MSB+LSB；CR为结束标志，当CR为0xodH时表示完成一次温度数据接收。

）

红外测温模块温度值的计算

以上面的例子：

无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到Item为0x4cH或者0x66H同时检测到CR为0x0dH，他们的温度的计算方法都相同。

计算公式：

目标温度/环境温度=Temp/16-273.15

其中Temp为十进制，当把它转换成十六进制的高八位为MSB，低八位为LSB；比如MSB为0x14H，LSB为0x2Ah，则Temp十六进制时为0x142aH，十进制时为5162，则测得的温度值为5162/16-273.15=39.475℃.

电平转换模块

过RS232转换电路单片机可以方便的同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。

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2～3V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。

RS232转换电路图如图7

图7RS232转换电路

MAX232C芯片介绍

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。

电源模块

STC89C51的内核共电为5v，，而此红外测温仪系统的红外测温模块和LED键盘模块的共电电压都可为5V，所以通过此电源模块后，将外部输入电压转换成5V的单片机工作电压，以保障红外测温系统的正常运行。

图9电源电路

§2.6键盘模块

图10键盘电路原理图

键盘模块采用动态扫描的方式，键盘扫描电路输出端和LED显示器段码控制端口共用74HC164的输出Q0~Q7,这样减少占用更多的I/O口。

本系统的键盘采用1×8行列式键盘。

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。

其电路原理图如图10所示。

LED显示模块

LED显示模块：

数码管显示按显示方式分动态显示和静态显示两种，静态显示虽然数据显示稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的电路硬件较多；动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，所谓的动态就是一位一位地轮流点亮各位显示器，对每一位显示器而言，每隔一段时间点亮一次，利用人的视觉留感达到显示的目的。

动态显示数据有闪烁感，占用CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。

本设计采用的是动态显示，显示模块由两片74HC164,8个8段LED数码管组成。

74HC164为8位移位寄存器，当清除端（CLEAR）为低电平时，输出端（QA－QH）均为低电平。

串行数据输入端（A，B）可控制数据。

当A、B任意一个为低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下QA为低电平。

当A、B有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK上升沿作用下决定QA的状态。

引出端符号

CLOCK时钟输入端

CLEAR同步清除输入端（低电平有效）

A，B串行数据输入端

QA－QH输出端

逻辑及封装图（双列直插封装）

两片74HC164分别控制数码管的位选和段选，其中控制位选信号的74HC164的输出端QA~QD通过电阻、三极管与数码管的共阴极连接，用P1.2口控制CLOCK脉冲信号；另一个则通过电阻直接与数码管连接输送显示的数字，P1.1口控制CLOCK脉冲信号。

它们的CLEAR端都始终接高电平，A、B两输入端相连共同接到P1.0口上。

LED显示电路原理图如图11：

图11LED显示电路原理图

由于键盘扫描电路和LED显示器显示电路采用动态扫描的方式，并共用同一个74HC164，所以在时间中断程序中必须先运行键盘扫描子程序，再运行LED显示子程序。

动态扫描电路的扫描频率应不低于50Hz,否则LED显示器会不稳定。

键盘扫描去抖动通过应用软件的方法实现。