srp基于单片机的红外测温仪毕业设计(编辑修改稿)

srp基于单片机的红外测温仪毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

外测温传感器 的 视场 D ： S = 1:1 距离 ：目标直径 = 1:1 Field of View TN901 视场 9 第四章 系统主要设计 及思路 分析 红外传感器与 单片机 通信 TN901 与单片机的 硬件 连接图 虽然 TN901 与单片机引脚连接简单，但 TN9 如何 把数据传输刚给单片机 ，单片机怎么接受到数据并 计算 是本设计的关键，也是难点。 经过查阅大量书籍，分析 SPI 接口的传输方式，以及 多次试验和 总结 ， 得出程序设计的关键在于 CLOCK 信号的下降沿检测，单片机读取 TN9 传感器送入的每一帧数据位。 单片机一次读 5 个 BYTE。 只有当第一个 BYTE 和最后一个 BYTE 分别为 4CH （或 66H） 和 0DH 时，才可以认为这是一个有效的数据，否则单片机不停的进行读取。 单片机一直在做一个 While 循环，当有按键 K1 或 K2触发时，单片机通过给 引脚一个低电平来启动红外传感器 TN901。 只要启动 红外传感器 TN901，它会测量环境温度和目标温度，但我们采用的是最简单的 4 位一体的数码管，不能同时显示两个数值。 所以我们分 K1 和 K2来区分要测量的是环境温度还是目标温度。 具体程序见附录 B。 10 单片机 送数据到 数码管 显示： 选择一： LED 数码管 （ 4 位一体数码管 ） 是一种半导体发光器材，其基本单元是发光二极管。 选择 二 ： LCD 液晶显示屏， LCD 的构造是两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电 线，透过通电与否来控制杠状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 虽然显示效果颇佳，但价格较昂贵。 由于设计显示少，故不选用 LCD 显示屏。 4 位一体数码管，其内部段已连接好， 外部 引脚 下图 所示（正面朝自己，小数点在下方）。 但外部引脚并不是按段选和位选整齐排列的，所以焊接复杂。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dP为段引脚， 4分别表示四个数码管的位。 1 a f 2 3 b。 e d dp c g 4 数码管 引脚焊接 图 把数码管的 12 个引脚按顺序（ a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dP ， 4）连接到小万用板的排针上，分别为位选 8个引脚 和 段选 4个引脚 ，整齐的 顺序 方便与万用板连接。 11 数码管与单片机连接原理图 数码管显示 方式 共 阴 LED 数码管字形 (段码 )表 显示数字 dp g f e d c b a 二进制代码 十六进制代码 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0011 1111 3f 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0000 0110 06 2 0 1 0 1 1 0 1 1 0101 1011 5b 3 0 1 0 0 1 1 1 1 0100 1111 4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0 0110 0110 66 5 0 1 1 0 1 1 0 1 0110 1101 6d 6 0 1 1 1 1 1 0 1 0111 1101 7d 7 0 0 0 0 0 1 1 1 0000 0111 07 8 0 1 1 1 1 1 1 1 0111 1111 7f 9 0 1 1 0 1 1 1 1 0110 1111 6f 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 12 数码管动态显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。 从 本设计的 原理图中我们 可以看到 数码管的段码 a,b,c,d,e,f,g,dp 分别与单片机的 ～ 相连， P0口 接了上拉 电阻，因为它是漏极开路的 ， 控制数码管中显示的字形。 位选 与 单片机的 ～ 相连，同上表，得 到 4 位 共阴 LED 数码管 字形 位选代码0xef,0xdf,0xbf,0x7f，控制数码管不同的位数显示不同的字形。 当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管 的位选 ，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 复位电路 按键后：电容器被短路放电、 RST 直接和 VCC 相连，就是高电平，此时进入“复位状态”。 松手后：电源开始对电容器充电，此时，充电电流在电阻上，形成高电平送到 RST，仍然是“复位状态”； 稍后，充电结束，电流降为 0，电阻上的电压也将为 0， RST 降为低电平，单片机进入工作状态。 13 晶振电路 单片机片内有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。 把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器和陶瓷电容连接，就构成了自激振荡器，其输出就是时钟脉冲。 蜂鸣器电路 通过控制引脚 来达到蜂鸣器报警。 程序预置 beep 高电平，当测量得到的温度数值 超过 38℃时， beep 变成低电平，产生回路，有电流经过蜂鸣器，达到报警的目的。 14 电源设计 电源硬件实物图 供电方式 1：采用最常用的 USB 供电。 供电方式 2：用 10V 的干电池，经 7805 降压芯片 后 ，输出 5V稳定的直流电。 第五章 系统 测 试 及 误差 分析 系统 测试 下表是采用本设计得到的温度实测值与标准水银温度计的测量温度值、误差以及误差率。 测量次数 真实值 (176。 C ) 实测值 (176。 C ) 误差 (176。 C ) 误差率 (%) 1 2 3 4 不同温度下实际测量温度数据及误差 注 ：水银温度计的测量范围 从 35℃ 到 42℃ ， 测量范围 有限， 测量时间长 ， 所以本测试有一定的局限性。 真实值：由市场上购买的测量体温用的水银温度计测量得到； 实测值：由本设计的红外测温仪得到； 误差 =|真实值 — 实测值 |； 误差率 =（误差 /真实值） x 100%。 15 误差分析 环境因素 被测物体所处的环境条件对测量的结果有很大的影响，它主要体现在两个方面，即环境的温度和 清 晰 度。 1. 环境温度的影响 设被测目标的温度为 T1，环境温度为 T2 时，该目标单位面积表面发射的辐射能为 41TA ，而相应地被它所吸收辐射能为 42TA ，则该物体发出的净辐射能 Q 为 : Q= 41TA 42TA （ 5） 式中， A— 单位面积； ε — 物体的辐射率； α — 吸收率。 设被测物体的 ε 和 α 两者相等，由式 (5)可得：  4241 TTAQ   2. 大气吸收的影响 红外线在辐射的传输过程中，由于大气的吸收作用，能量总要受到一定的衰减。 大气吸收是指在传输过程中使一部分红外线辐射能量变成其它形式的能量，或以另一种光谱分布。 大气吸收程度随空气温温变化而变化，被测物体距离越远，大气透射对温度测量的影响就越大。 所以，在室外进行红外测温时，应尽量在无雨、无雾、空气比较清晰的环境下进行。 在室内进行红外测温时，应在没有水蒸气的环境下进行，这样就可以在误差最小的情况下测得较准确的数值。 目标尺寸 测量距离与目标直径 S:D=1:1 的测温仪，测量 距离应满足下表的要求。 目标大小 D(mm) 400 800 1600 测量距离 S(mm) 400 800 1600 被测物体和测温仪视场决定了仪器测量的精度。 使用红外测温仪测温时，一般只能测定被测目标表面上确定面积的平均值。 一般测试时有以下三种情况： 1. 当被测目标大于测试视场时，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影 16 响，就能显示被测物体位于光学目标内确定面积的真实温度，这时的测试效果最好。 2. 当被测目标等于测试视场时，背景温度已受到影响，但还比较小，测试效果一般。 3. 当被测目标小于测试视场时，背景辐射 能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。 仪器仅显示被测物体和背景温度的加权平均值。 因此在实际测温时，被测目标尺寸超过视场大小的 50%为好，具体情况如图所示。 目标与视场示意图 17 第六章 总结 经过将近一年学习和实践，我们设计的 基于单片机的 红外测温仪 达到了立项时的预期目标。 它体积小巧，能够很方便地测量近距离物体的表面温度以及所处环境的温度 ， 完全可以满足常温领。