1、附件3：畢業設計規范格式 學號 年級 遠程和繼續教育學院畢業設計基于單片機的非接觸式測溫系統專 業 姓 名 指導教師 評 閱 人 年月中國 蘇州學術聲明： 鄭 重 聲 明本人呈交的畢業設計，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數據、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本設計（論文）的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本設計（論文）所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本設計（論文）的知識產權歸屬于培養單位。本人簽名： 日期： 摘 要本設計根據設計任務和實際考察進行了方案設計和方案論證，并且設計了相應的硬件電路和軟件系統，研

2、制了非接觸式測溫系統。該系統采用MLX90614紅外溫度傳感器和80C51單片機為核心技術設計的非接觸式測溫系統，利用傳感器自帶的低噪放大器、A/D轉換將傳感器采集的溫度電壓信號經過處理輸出給單片機，從而單片機控制顯示溫度和高溫聲音報警。對非接觸式測溫的實現技術進行了有意義的探索與研究，在快速、安全測溫方面有一定參考價值。關鍵詞：80C51；MLX90614；非接觸式測溫；ABSTRACTAccording to the design task and the actual investigation, the design and the scheme demonstration are c

3、arried out, and the corresponding hardware and software systems are designed, and the non-contact temperature measurement system is developed.The system uses the MLX90614 infrared temperature sensor and the 80C51 MCU as the non contact temperature measuring system. Using the low noise amplifier with

4、 the sensor and the A/D conversion, the temperature and voltage signals collected by the sensor are processed and output to the single chip microcomputer, and the microcontroller is controlled to display the temperature and the high temperature sound alarm. It has made a meaningful exploration and R

5、esearch on the realization technology of non-contact temperature measurement, and has a certain reference value in fast and safe temperature measurement. Key words: 80C51; MLX90614; Non-contact temperature measurement；目錄摘要IABSTRACTII目 錄III引言1第一章1緒論11.1 課題背景11.2 非接觸測溫系統概述11.3 課題研究的目的及意義2第2章系統總體概述與構架2

6、2.1 系統總功能概述22.2 系統硬件總體構架32.3 系統軟件總體構架3第3章 系統硬件選擇與電路設計43.1 芯片介紹及相關模塊及相關電路模塊設計43.1.1 80C51系列單片機簡介43.1.2 MLX90614紅外溫度傳感器測溫模塊介紹53.1.3 LCD1602液晶模塊介紹73.1.4蜂鳴器概述73.2 單片機系統及外圍電路的設計83.1.1 單片機最小系統原理圖83.2.1 傳感器電路93.2.3 溫度顯示電路9第4章 軟件部分104.1 系統程序流程圖114.2 溫度顯示與報警程序11附錄12引言一般來說，測溫方式可以分為接觸式和非接觸式，接觸式測溫只能測量被測物體與測溫傳感器

7、達到熱平衡后的溫度，所以響應時間長，且極易受環境溫度的影響；而紅外測溫是根據被測物體的紅外輻射能量來確定物體的溫度，具有影響動被測物體溫度分布場，溫度分辨率高、響應速度快、測溫范圍廣、不受溫度上限的限制、穩定性好等特點，近年來在家庭自動化、汽車電子、航空和軍事上得到越來越廣泛的應用。本文的非接觸式測溫系統是單片機系統的一種典型應用，要求在不接觸物體的情況下對物體的溫度進行直接的測量和報警，從而快速直觀的了解到物體的溫度。本次設計采用80C51單片機為控制核心，并結合傳感器模塊、顯示模塊，最后單片機通過判斷數字化的傳感器溫度信號直接控制蜂鳴器聲音報警系統。整個系統結構緊密，傳輸性能高。第1章 緒

8、論1.1 課題背景隨著現代科學技術的發展，傳統的接觸式測溫方式以不能滿足現代一些領域的測溫需求，對非接觸、遠距離測溫技術的需求越來越大。本紅外測溫系統設計的出發點也正是基于此。1.2 非接觸式測溫系統概述非接觸式紅外測溫也叫輻射測溫，一般使用熱電型或光電型探測器作為檢測元件。此溫度測量系統比較簡單，可以實現大面積的測溫，也可以是被測物體上某一點的溫度測量；可以是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工藝簡單，成本較低，測溫是不接觸被測物體。具有響應時間短、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等一系列優點，但利用紅外輻射測量溫度，也必然受到物體發射率、測溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影

9、響，其測量誤差較大。在這種溫度測量技術中紅外傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點溫度測量中要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測量也可以使用紅外溫度傳感器。本設計正是采用紅外溫度傳感器這種溫度測量技術，它具有溫度分別率高、響應速度快、不擾動被測目標溫度分布場、測量精度高和穩定性好等優點；另外紅外溫度傳感器的種類比較多。發展非常快，技術比較成熟，這也是本設計采用紅外溫度傳感器設計非接觸溫度測量系統的主要原因之一。1.3 課題研究的目的及意義設計出更加快速、安全且成本低的非接觸式測溫系統。第2章系統總體概述與構架2.1系統總功能概述非接觸式測溫系統大體上是由溫度傳感器、液晶顯示和報警器組成，溫度傳感

10、器的工作原理是傳感器輸出的電壓模擬信號隨著被測物體溫度與傳感器自身溫度變化而變化，再傳輸到單片機顯示溫度并判斷是否報警，后傳輸到報警器做出響應。系統整體功能如圖 2-1所示：圖3-2 測溫系統功能2.2 系統硬件總體構架測溫系統的主要模塊：傳感器測溫模塊、單片機控制模塊、聲音報警模塊、溫度顯示模塊、電源模塊（圖中未顯示），如圖2-2圖2-2 硬件構架圖2.3 系統軟件總體構架程序初始化結束后，整個非接觸式測溫系統進入監控狀態，溫度傳感器檢測溫度并輸出電壓信號，80C51單片機將經過傳感器放大和A/D轉換的溫度信號成的十進度氣體溫度與限定值相比較，顯示并判斷是否報警。如有異常報警則需要手動復位初

11、始化整個系統。系統程序流程圖如圖2-3圖2-3 軟件構架圖第3章 系統硬件選擇與電路設計硬件電路是電路系統的重要組成部分，硬件電路設計是否合理直接影響電路系統的性能。3.1 芯片介紹及相關模塊及相關電路模塊設計3.1.1 80C51系列單片機簡介雖然目前單片機的品種很多，但其中最具代表性的當屬Intel公司的MCS-51單片機系列。MCS-51以其典型的結構、完善的總線、SFR的集中管理模式、位操作系統和面向控制功能的豐富的指令系統，為單片機的發展奠定了良好的基礎。MCS-51系列的典型芯片是80C51（CHMOS型的8051）。1) 80C51單片機特點：a) 體積小、重量輕、價格低、耗電少

12、、電源單一。b) 抗干擾能力強，可靠性高。c) 面向控制，控制功能強，運行速度快。2) 80C51單片機引腳及其功能介紹：單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。a) 電源：VCC - 芯片電源，接+5V；VSS - 接地端；b) 時鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。c) 控制線:控制線共有4根： d) ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖 e) ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址 f) PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。g) PSEN:外ROM讀選通信號。 h) RS

13、T/VPD:復位/備用電源。 i) RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 j) VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。 k) EA/Vpp:內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。l) EA功能：內外ROM選擇端。 m) Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。n) I/O線：80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。 P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。3) 8051引腳圖圖3-1 80C51單片機引腳圖3.1.2 MLX90614測溫傳感器介紹MLX90614系列測溫芯片通

14、過通遠程物體的紅外線放射加熱，熱量由芯片熱電偶測得。由紅外溫度傳感器、低噪放大器、A/D轉換器、DSP單元、脈沖調制電路及邏輯控制電路構成，熱電堆輸出的溫度信號經過內部高性能、低噪聲的運算放大器放大后，送給模數轉換器(ADC)，ADC輸出的17位數字經過可編程FIR和IIR低通濾波器（即圖中的DSP）處理后輸出，該輸出作為測量結果保存在MXL90614內部RAM存儲單元中，可以通過SMBus讀取；同時測量結果送到后級數子式脈沖寬度調制電路，將測量結果以PWM的方式輸出。內部結構圖如下。圖3-1.1 MLX90614D傳感器內部結構MXL90614采用4腳罐形封裝(TO239)，頂端引腳分布視圖

15、如圖所示，具體引腳功能如下：圖3-1.2 MLX90614傳感器引腳圖VDD:外部電源輸入；VSS:地，和外殼相戀；SCL/Vz：當MXL90614為SMBUS模式時SCL為串行輸入，為PWM模式時Vz為由外部電路置高電平；SDA/PWM:當MXL90614為SMBUS模式時串行數據輸出接口，為PWM模式時做為PWM波輸出接口。測溫原理：輸出時被測物體溫度（TO）與傳感器自身溫度（Ta）共同作用的結果，理想情況下熱電元件的輸出電壓為：其中溫度單位均為Kelvin,A為元件的靈敏度常數。3.1.3 LCD1602液晶模塊介紹LCD1602是一種工業字符型液晶，能夠同時顯示16X02即32個字符。

16、LCD1602引腳說明：1)第1腳：VSS為地電源。2)第2腳：VDD接5V正電源。3)第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。4)第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。5)第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。6)第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命

17、令。7)第714腳：D0D7為8位雙向數據線。8)第15腳：背光源正極。9)第16腳：背光源負極.如圖 圖3-1.3 LCD1602引腳圖3.1.4蜂鳴器概述蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“ZZG”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鳴器原理圖如圖圖3-1.4 蜂鳴器原理圖蜂鳴器驅動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極管、一個蜂鳴器、一個續流二極管和一個電源濾波電容。

18、1)蜂鳴器發聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發聲，其主要參數是外形尺寸、發聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅動方式（直流/方波）等。這些都可以根據需要來選擇。2)續流二極管蜂鳴器本質上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續流二極管提供續流。否則，在蜂鳴器兩端會產生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅動三極管，并干擾整個電路系統的其它部分。3)濾波電容濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再并聯一個220uF的電解電容。4)三極管三極管Q1起開關作用，其基極的高電平使三極管飽和導通，使蜂鳴器

19、發聲；而基極低電平則使三極管關閉，蜂鳴器停止發聲。3.2 單片機系統及外圍電路的設計3.2.1 單片機最小系統原理圖本文所使用的80C51單片機最小系統由晶振電路、復位電路、電源以及串口通信組成。原理圖如圖圖3-2 51單片機最小系統原理圖3.2.2 數據采集與處理電路本電路包括紅外測溫傳感器MLX90614模塊可以將傳感器實時監測的溫度模擬信號經過放大以及模數轉換轉換成80C51單片機可識別的數字化的十六進制溫度信號。原理圖如圖。圖3-2.2 傳感器模塊原理圖3.2.3 聲音報警電路本電路采用蜂鳴器來報警，當溫度達到設定的警戒值或限定值蜂鳴器會發聲來報警，以期達到跟好的提示效果。圖3-2.3

20、 報警模塊原理圖3.2.4 溫度顯示電路本電路采用LCD1602液晶顯示被測物體的溫度。如圖為液晶顯示模塊原理圖。原理圖如圖。圖3-2.4 溫度顯示模塊原理圖第4章 軟件部分3.1 系統程序流程圖非接觸式測溫系統控制器采用主控芯片為80C51，是測溫系統智能化的統一體現。測溫系統的軟件采用了模塊化程序設計方法，系統通過子程序調用，實現各個模塊的具體功能。不僅使程序結構清晰，又易于以后進一步擴展它功能。本系統主要包括主程序、溫度采集子程序、溫度判斷、溫度顯示與報警子程序等。系統流程圖如圖。圖3-1 系統流程圖3.2 溫度顯示與報警程序見附錄二附錄一 電路原理圖附錄二 系統程序#include #

21、include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define Nack_number 10 /*端口定義* /uchar flag; /LCD 控制線接口 sbit RS=P01; /RS 端 sbit RW=P02; /讀寫端 sbit LCDE=P35; /使能端 /mlx90614 端口定義 sbit BUZZ=P00; /定義蜂鳴器端口 sbit RS=P01; /定義LCD控制端口 sbit RW=P02; sbit EN =P03; /*數據定義*/ void CALTEMP(uint TEMP); vo

22、id ReadKey(void); void initInt(); void delay1(uint z); void show(); uchar key_num; uchar mah5; /*全局變量定義*/bit b20ms,b100ms; /定時標志位 uchar c20ms,c100ms; /定時毫秒數 /* LCD1602 * /向LCD 寫入命令或數據* /#define LCD_COMMAND 0 /命令 #define LCD_DATA 1 / 數據 #define LCD_CLEAR_SCREEN 0x01 / 清屏 #define LCD_HOMING 0x02 / 光標返

23、回原點 #define LCD_SHOW 0x04 /顯示開 #define LCD_HIDE 0x00 /顯示關 #define LCD_CURSOR 0x02 /顯示光標 #define LCD_NO_CURSOR 0x00 /無光標 #define LCD_FLASH 0x01 /光標閃動 #define LCD_NO_FLASH 0x00 /光標不閃動 /*設置輸入模式* /#define LCD_AC_UP 0x02 /光標右移 AC+ #define LCD_AC_DOWN 0x00 /默認光標左移 AC- #define LCD_MOVE 0x01 /畫面可平移 #define

24、LCD_NO_MOVE 0x00 /默認 畫面不移動 /* mlx90614 */command mode 命令模式 #define RamAccess 0x00 /對RAM 操作 #define EepomAccess 0x20 /對EEPRAM 操作 #define Mode 0x60 /進入命令模式 #define ExitMode 0x61 /退出命令模式 #define ReadFlag 0xf0 /讀標志 #define EnterSleep 0xff /進入睡眠模式 /ram address read only RAM 地址（只讀） #define AbmientTempAddr

25、 0x03 /周圍溫度 #define IR1Addr 0x04 #define IR2Addr 0x05 #define LineAbmientTempAddr 0x06 /環境溫度 /*0x0000 0x4074 16500 0.01/單元 -40 125*/ #define LineObj1TempAddr 0x07 / 目標溫度,紅外溫度 /*0x27ad-0x7fff 0x3559 22610 0.02/單元 -70.01-382.19 0.01 452.2*/ #define LineObj2TempAddr 0x08 /eepom address EEPROM 地址 #defin

26、e TObjMaxAddr 0x00 /測量范圍上限設定 #define TObjMinAddr 0x01 /測量范圍下限設定 #define PWMCtrlAddr 0x02 /PWM 設定 #define TaRangeAddr 0x03 /環境溫度設定 #define KeAddr 0x04 /頻率修正系數 #define ConfigAddr 0x05 /配置寄存器 #define SMbusAddr 0x0e /器件地址設定 #define Reserverd1Addr 0x0f /保留 #define Reserverd2Addr 0x19 /保留 #define ID1Addr

27、0x1c /ID 地址1 #define ID2Addr 0x1d /ID 地址2 #define ID3Addr 0x1e /ID 地址3 #define ID4Addr 0x1f /ID 地址4 /*函數聲明* /void start(); /MLX90614 發起始位子程序 void stop(); /MLX90614 發結束位子程序 uchar ReadByte(void); /MLX90614 接收字節子程序 void send_bit(void); /MLX90614 發送位子程序 void SendByte(uchar number); /MLX90614 接收字節子程序 voi

28、d read_bit(void); /MLX90614 接收位子程序 void delay(uint N); /延時程序 uint readtemp(void); /讀溫度數據 void init1602(void); /LCD 初始化子程序 void busy(void); /LCD 判斷忙子程序 void cmd_wrt(uchar cmd); /LCD 寫命令子程序 void dat_wrt(uchar dat); /LCD 寫數據子程序 void display(uint Tem); /顯示子程序 void Print(uchar *str); /字符串顯示程序 /*主函數* /voi

29、d main() uint Tem; /溫度變量 initInt(); SCK=1; SDA=1; delay(4); SCK=0; delay(1000); SCK=1; init1602(); /初始化LCD while(1) while(b100ms) /每100ms 掃描一次鍵盤 b100ms=0; ReadKey(); if(key_num=1) /按下1 鍵時，進行數碼管顯示 Tem=readtemp(); CALTEMP(Tem); show(); if(key_num!=1) /液晶屏顯示 Tem=readtemp(); /讀取溫度 cmd_wrt(0x01); /清屏 Pri

30、nt( Temperature: ); /顯示字符串 Temperature: 且換行 display(Tem); /顯示溫度 Print( C); /顯示攝氏度 delay(100000); /延時再讀取溫度顯示 /-字符串顯示程序- /void Print(uchar *str) /字符串顯示程序 while(*str!=0) /直到字符串結束 dat_wrt(*str); /轉成ASCII 碼 str+; /指向下一個字符 /-輸入轉換并顯示(用于LCD1602)- /void display(uint Tem) uint T,a,b; T=Tem*2; if(T=27315) /溫度為

31、正 T=T-27315; / a=T/100; /溫度整數 b=T-a*100; /溫度小數 if(a=100) /溫度超過100 度 dat_wrt(0x30+a/100); /顯示溫度百位 dat_wrt(0x30+a%100/10); /顯示溫度十位 dat_wrt(0x30+a%10); /顯示溫度個位 else if(a=10) /溫度超過10 度 dat_wrt(0x30+a%100/10); /顯示溫度十位 dat_wrt(0x30+a%10); /顯示溫度個位 else /溫度不超過10 度 dat_wrt(0x30+a); /顯示溫度個位 dat_wrt(0x2e); /顯示

32、小數點 if(b=10) /溫度小數點后第1 位數不等于0 dat_wrt(0x30+b/10); /顯示溫度小數點后第1 位數 dat_wrt(0x30+b%10); /顯示溫度小數點后第2 位數 else /溫度小數點后第1 位數等于0 dat_wrt(0x30); /顯示溫度小數點后第1 位數0 dat_wrt(0x30+b); /顯示溫度小數點后第2 位數 else /溫度為負 T=27315-T; a=T/100; b=T-a*100; dat_wrt(0x2d); /顯示負號 if(a=10) /溫度低于負10 度 dat_wrt(0x30+a/10); /顯示溫度十位 dat_wrt(0x30+a%10