红外测温仪的操作指南及各模块说明.docx

1、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

2、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

3、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

4、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2-2 STC89C51RC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8051 CPU；2.工作电压：5.5v-3.8v；3.工作频率范围：0-40MHz

5、，相当于普通8051的080M，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，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式

6、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；142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：075/4085；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

7、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，

8、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。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

9、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

10、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。

11、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23V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

12、。RS232转换电路图如图7图7 RS232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

13、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Q0Q7,这样减少占用更多的I/O口。本系统的键盘采用18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

14、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（QAQH）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

15、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QAQH 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QAQD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11 LED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。