1、 Tianjin University of Technology and Education 毕 业 设 计 专 业： 班级 学号 ： 学生姓名： 指导教师： 年 月 天津工程师范学院本科生毕业设计 非接触式红外测温仪 的设计 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 系 别： 电子工程系 年 月 非接触式红外测温仪的电路 摘要 红外测温技术在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥了正在发挥着重要作用。近二十年来 ,非接触红外 测温仪 在技术上得到迅速发展 ,性能不断提高 ,适用范围也不断扩大 ,市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法 ,红外测温有着响应时间快、非接触
2、、使用安全及使用寿命长等优点。本设计采用 51系列单片机作为主控 制器，该器件具有操作简单、易于上手、成本低、稳定性好，且运行速度能满足该系统的要求。本系统采用 Atmel公司的 AT89S52 单片机来实现。 关键词 红外测温 ；单片机 ； 响应时间快 ； 非接触 ； 操作简单 刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 1 0 引言 0.1 课题背景及意义 随着电子技术的迅速发展，单片机在仪表中的应用日益广泛。单片机面将中央处理器、程序储存器、定时器计数器、并行串行输入输出和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠。近年来计算机及微电子 技术等在测试中的应用已经
3、十分广泛。在此基础上发展起来的智能仪器无论是在测量的准确度、灵敏度、可靠性、应用功能等方面或在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，以一种崭新的面貌展现在人们的面前。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛运用，智能仪器有了更大的发展。测试仪器的智能化己是现代仪器仪表发展 的主流方 向。 0.2 课题的主要任务及技术指标 为了克服传统的温度计测量温度的主要缺点 -需要测量者与被测目标近距离接触和测量不方便 .在顾及仪器测量高精度前提下 ,以追求 最低成本为原则 ,本文设计了红外测温仪的整体系统构架 .接着根据 斯特藩 -玻尔兹曼定律 ,主要针对人体
4、体温测量进行了具体的设计开发 ,开发包括硬件电路 ,外围工艺 ,单片机程序和主机程序 .并利用设计出来的红外测温仪在环境温度 30 下对人体温度和水温进行了测量 ,对人体的温度测量的误差低于 0.1 。 该设计介绍了以 AT89S52 单片机为控制核心，以 红外测温模块TN9 为传感器采集温度信号， 将数字信号直接传送给 单片机，以开关控制的方法实现对人体及环境 温度 采集 并能进行 液晶 显示及报警的电子装置。 1 概述 1.1 概述 本毕业设计的题目是 非接触式红外测温 电路。该题目主要完成的任务是对 目标温度进行 采集 ，并通过显示电路对当前温度及 阀值温度 进行显示。系统中装有报警装置
5、，在温度超过设定的限度时进行声光报警，同时对 环境温度进行采集 。 1.2 方案论证 1.2.1 中央处理器部分 刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 2 选用 AT89S52单片机为中央处理器 来实现，单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制 。 1.2.2 温度传感部分 温度测量按测温方式可分为接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表测温仪表比较简单、可靠，测量精度较高；但因测温元件与 被测介质需要进行充分的热交金刚，帮需要一定的时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量 。 非接触式测温是通过热辐射
6、原理来测量温度的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体的温度场，反应速度一般也比较快；但受到物体的发射率、测量距离、烟尘和水气等外界因素的影响，其测量误差较大 。 非接触测温仪表分类：光学高温计、光电高温计、辐射温度计、比色温度计等 光学高温计：用于科学实验中的精密测试；标准光学高温计用于量值的传递，例如， 在物质熔点、热容量和相变点的测定中使用。光学高温计可用来测量 800 32000C的高温。由于采用用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度 (TL)，被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。
7、光电高温计：是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于 8000C 时，光学高温计对亮度无法进行平衡。 辐射温度计：对于辐射式温度计，它是以绝对黑体的辐射能为基准对仪器进行分度的，所以仪器测出的值称为辐射温度 。 比色温度计： 原理：通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度。 方案选择 : 采用比色温度计，具有 准确度高，响应快，可观察小目标 (最小可到2mm)。 因此采用凌阳公司的 TN9 红外测温 模块 。其量程为 33220C，精度可达 0.6C。它的最大测量距离为 30 米，反应时间为 1 秒。模块
8、使用 SPI 接口与外部 CPU 通信，可同时测量环境温度和目标温度。 刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 3 1.2.3 能量供给 部分 我们来完成最基本，最必须的电源部分安装调试，任何电路都离不开电源部分，单片机系统也不例外，而且我们应该高度重视电源 部分，不能因为电源部分电路比较简单而有所忽略，其实有将近一半的故障或制作失败都和电源有关，电源部分做好才能保证电路的正常工作。 集成稳压器是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压的集成电路。由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、重量轻等显箸优点，在各种电源电路中得到了普遍的应用。 常用的集成稳压器有：金属圆
9、形封装、金属菱形封装、塑料封装、带散热板塑封、扁平式封装、双列直插式封装等。在电子制用中应用较多的是三端固定输出稳压器。集成稳压器可分为串联调整式、并联调 整式和开关式稳压器三大类 . 三端稳压管由来已久，种类众多。市场上常见的不下几十种。单就 78/79 系列来讲，78 代表 +电压输出， 79 表示 -电压输出。产品已经广泛在各类产品领域使用逾 20 年。散热对器件稳定运行以及安全使用有很大的意义。未加散热装置且在超功率模式下运行容易出现爆裂的情况。稳压器件是未来几年电源管理 IC 领域增长的亮点 78XX 系列集成稳压器是常用的固定正输出电压的集成稳压器，输出电压有 5V、 6V、9V、
10、 12V、 15V、 18V、 24V 等规格，最大输出电流为 1.5A。它的内部含有 限流保护、过热保护和过压保护电路，采用了噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。78XX 系列集成稳压器为三端器件： 1 脚为输入端， 2 脚为接地端， 3 脚为输出端，使用十分方便。 79XX 系列集成压器是常用的固定负输出电压的三端集成稳压器，除输入电压和输出电压均为负值外，其他参数和特点与 78XX 系列集成稳压器相同。 79XX 系列集成稳压的三个引脚为： 1 脚为接地端， 2 脚为输入端， 3 脚为输出端。 1.2.4 液晶控制 部分 液晶显示模块以其微功耗、体积小、显示内容丰富、模块化、接
11、口电路简单等诸多优点得到广 泛应用。液晶显示模块分字符型和点阵型两种 ,前者只能显示常用的字符 ,点阵型液晶显示模块除显示字符外还能显示各种图形和汉字 ，如图所示： 刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 4 目前 ,尽管液晶显示模块种类繁多 ,但其结构及控制方法是一样的 ,本文 辅助 以常用的 12864 液晶显示模块为例介绍液晶显示模块的工作原理及其与 51 系列单片机的接口技术 。 1.2.5键盘输入部分 常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。 方案 1：采用 4*4 矩阵键盘输入，这种接口方式适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列交叉点上。矩阵键盘
12、的工作原理 是按键设置在行、列线交叉点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻拉到 +5V 上。平时无按键按下时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此电平相边的列线电平决定。列线电平如果为低，则行线电平为低；列线电平为高，则行线电平也为高。这是识别矩阵键盘是否按下的关键所在。由于矩阵键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此，各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并做适当处理，才能决定闭合键位置。 对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一决定，所 以分别对等号和列号进行二位制编码，然后将两值合成一个字节 4位是行号，
13、低 4 位是列号。但这种编码对于不同行的键，离散性大，并且编码的复杂度与键盘的个数成正比，因此不适合用在输入量小的设计中。 方案 2：采用独立式按键接口，这种方式是各种按键相互独立，每个按键各接一根刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 5 输入线，一根 输 入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作弄状态。因此，能过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下。 独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种 键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。独立式按键电路按键直接与单片机的 I/O 口线相接，通过
14、读 I/O 口，判定各 I/O 口线的电平状态，即可识别出按下的键盘。 方案选择：选择方案 1。理由： 所要输入数据较多，多个按键可以使输入数据方便简洁、效率高。 最后整体方案：选用 AT89S52 单片机为中央处理器。温度传感器采用了 红外 温度传感器 TN9 ； 电源采用 7805 稳压管提供 5V直流稳压电源；矩阵键盘输入，减少软件的繁琐；先是采用带中文字库的 128*64 液晶显示器，可以显示目标温度、环境温度、上 /下限温度等提示字符，便于记 录。 1.3 原理简述 此方案 选用 AT89S52单 片机为中央处理器，通过 红外温度 传感器对 目标 进行温度采集，将采集到的温度信号传输
15、给单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致， 当超出设定范围后进行声光报警 ， 上 /下限 温度用键盘设定，并可实现报警、控制等多项功能。 单片机系统采用 128*64 液晶 显示，温度上下限用键盘设定，并可实现报警、控制等多项功能。 如图 1.1 所示。不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。传感器选择了模块化传感器 ，通过 读 时序 ， 将数据传送给单片机 。用复杂的软件设计代替硬件设计。 刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 6 图 1.1 原理框图 1.3.1 主控单元 本设计具有显示、报警、键盘控制等功能，由主控单元控制，所以在主控单元的选取上 采 用了集成度高
16、、处理功能强、可靠、系统结构简单、价格低廉等优点并具有 8K字节闪速存储器，而且是当前实验室内最常见的美国 ATMEL公司生产的 AT89S52单片机。 1.3.2 液晶显示 部分 FYD 是一种具有 4位 /8 位并行、 2 线 /3 线串行多种接口方式，内含国家一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其显示分辨率为 129*64，内置 8192 个 16*16点汉字和 128 个 16*8 点的 ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单的、方便的操作指令，可以构成全中文人机交互图形界面。可以显示 8*4 行 16*16 点阵的汉字，也可以完成图形显示。低电压低功耗是其显著的特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，硬件电路结构和显示程序都要简洁的多，且该模刘宗佳 ： 应用电子技术教育 专业毕业设计 7 块的价格也略低于相同点阵的图形 液晶模块。 FYD129*64 的原理框图如图所示： 1.3.3 键盘控制部分 键盘具有设置温度的限度和修改当前时间的功能，为满足设计的要求，选用 矩阵 键盘，分别为进入设置键，设置温度上限、设置温度下限 、数字键 及 确认键。 按键功能图如图所示：
