基于单片机的红外温度测量系统

哈尔滨理工大学学士学位论文

基于单片机的红外温度测量系统

摘要

红外测温技术在生产过程中的产品质量控制和监测、设备在线故障的诊断、设备安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用。温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号。红外检测器将吸收的辐射转化为热能，因此提高检测器的温度，并把温度变化数据转化成电子信号，放大显示出来。红外测温打破了传统的测温模式，并且具备远距离非接触式测量、回应速度快、测量精度高、测量范围广和可同时测量环境温度和目标温度的特点，测量距离可达30米左右。

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机，单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用, 温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。

本文主要介绍了利用单片机实现温度控制系统的设计过程，并基于单片机控制技术实现红外温度的测量，系统采用具有SPI（串行外围接口）接口的TN系列红外温度传感器来测量温度信号，可同时测量目标温度和环境温度，并将测量的数据送给SPCE061A单片机处理，之后送数码管显示，同时利用SPCE061A单片机的语音功能播报温度值。该温度计以其准确快捷的测量功能、清晰易懂的数字化显示方便人们日常生活使用，语音播报功能使其更加智能化、人性化。

关键词 红外测温；TN9；单片机

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A System of Infrared Temperature Measurement

Based on Single-chip Microcontroller

Abstract

Infrared temperature-measuring in the process of product quality control and monitoring, equipment, equipment on-line fault diagnosis safety protection and energy saving etc plays a very important role. Temperature of objects above absolute zero, the molecules are due to their own movement, the infra-red radiation. Through the infrared detector we can change the power signals which objects radiate into electrical signals. Infrared detector will absorb the radiation into heat, thereby increasing the temperature detector, and temperature data into electronic signals, amplified displayed. Infrared temperature-measuring broke traditional temperature measurement model, and long-distance non-contact measurement, the response speed and high precision measurement, the measurement range and simultaneous measurement of environmental temperature and temperature characteristic, measurement target distance can reach 30 meters.

SCM has small, strong function, low cost, application, advantages and intelligent control and automatic control of single-chip microcomputer in the core is, inspection and control system has been widely used in the system, the temperature is often need to measure and control and maintain a quantity.

This paper introduced the use of single chip microcomputer temperature control system design process, and based on single-chip microcomputer control technology, the infrared temperature measurement system using a serial interface (SPI) interface of periphery of infrared temperature sensor TN series, signal measuring temperature measuring temperature and environmental temperature, the goal and the measurement data to SPCE061A processing, after that, at the same time sent by using the function of speech broadcast SPCE061A temperature. The thermometer to its accurate measurement of quick, transparent function of digital display convenient People's Daily life, speech function makes it more intelligent and user-friendly.

Keywords Infrared temperature-measuring;TN9; Single-chip Microcontroller

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目录

摘要…… ............................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................... II

第1章 绪论 ........................................................................................................ 1 1.1 课题背景 ................................................................................................... 1 1.2 红外测温技术国内发展状况介绍 ........................................................... 2 1.3 红外测温技术国外发展状况介绍 ........................................................... 2 1.4 国内外红外测温技术发展状况比较 ....................................................... 2 1.5 论文主要研究内容 ................................................................................... 3 第2章 红外测温原理及相关器件介绍 ............................................................ 4 2.1 红外测温原理 ........................................................................................... 4 2.1.1 红外辐射基础理论 ............................................................................ 4 2.1.2 非接触红外测温优点 ........................................................................ 7 2.2 基于单片机的智能仪器设计方法 ........................................................... 7 2.2.1 智能仪器的组成及特点 .................................................................... 8 2.2.2 智能仪器的设计方法 ........................................................................ 9 2.3 控制芯片模块介绍 ................................................................................. 10 2.3.1 SPCE061A 16位单片机介绍 ........................................................... 11 2.3.2 SPCE061A片内存储器结构 ........................................................... 11 2.4本章小结 .................................................................................................. 13 第3章 系统硬件设计 ...................................................................................... 14 3.1系统总体设计 .......................................................................................... 14 3.2 主控板设计 ............................................................................................. 14 3.2.1主控芯片的选择 ............................................................................... 14 3.2.2 主控板设计 ...................................................................................... 16 3.3 显示与键盘 ............................................................................................. 17 3.3.1键盘与显示控制电路设计 ............................................................... 17 3.3.2显示驱动电路设计 ........................................................................... 17 3.4 控制接口设计 ......................................................................................... 18 3.4.1红外测温模块接口设计 ................................................................... 18 3.4.2键盘及显示接口设计 ....................................................................... 21 3.4.3辅助部分接口设计 ........................................................................... 21 3.5电源模块 .................................................................................................. 21 3.6抗干扰设计 .............................................................................................. 22 3.7本章小结 .................................................................................................. 23 第4章 系统软件设计 ...................................................................................... 24

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4.1系统软件结构 .......................................................................................... 24 4.2系统主程序设计 ...................................................................................... 24 4.3键盘扫描子程序 ...................................................................................... 26 4.4测温子程序 .............................................................................................. 27 4.5播报显示子程序 ...................................................................................... 28 4.6中断服务程序 .......................................................................................... 30 4.7 本章小结 ................................................................................................. 30 结论 .................................................................................................................... 31 致谢 .................................................................................................................... 32 参考文献 ............................................................................................................ 33 附录A ................................................................................................................ 34 附录B ................................................................................................................ 39 附录C ................................................................................................................ 43 附录D ................................................................................................................ 44

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第1章 绪论

1.1 课题背景

随着人类社会的发展和科学技术的不断进步，科学技术正在改变着人类的生活习惯，在当今社会，生活的节奏在不断的加快，各种与生活相关的东西也在不断更新。譬如说体温计，温度是人体生命活动的基本特征，也是观察人体机能是否正常的一种生理信号。而传统的体温计多采用生物原理，根据水银随温度升降的热胀冷缩性质，通过读取刻度值来判断温度高低，有时由于光线较暗或其它因素的影响，使得观察者难以准确的判断。同时，这些温度计一般对单人单次测量在2-5分钟左右，其工作效率很低，也难以用于大量的人群排查。

今年我国局部地区人群感染甲型H1N1流感，它的前期症状表现为发热，一旦有患者通过机场或车站人群密集的地方，疫情扩散范围会更为加大，在这种情况下，使用传统的水银体温计来排查是否有疑似患者途经则颇显捉襟见肘。红外测温为测量人体温度提供了快速、非接触测量手段，可广泛、有效地用于密集人群的体温测量。非接触红外测温计针对特定人群，比如儿童或老人，极其方便。且利用单片机技术开发的语音功能便可克服传统体温计的许多缺陷。它不但可以以数字的方式显示出测量结果，使测量过程变得直观，而且可以根据需要以语音播报出当前的温度值，除此之外，语音体温计还具有较高的灵敏度，可以在几秒钟内测得结果，且寿命长，是较为理想的测温仪器。

红外辐射这一物理现象起源于1800年，赫胥尔首先发现了红外辐射，经过几代科学家100多年的探索、实验与研究，总结出了正确的辐射定律，为成功地研制红外测温仪奠定了理论机车。直到本世纪50年代，红外技术才开始进入广泛应用的阶段【1】。近代红外技术始于二战，推动技术发展的原因主要是由于军事上的迫切需要和航天工程的蓬勃开展。半个世纪以来随着光学技术、半导体技术、电子技术的发展，红外技术也日趋完善，其中红外测温技术也形成了完整的理论并成功的应用于医学、工农业、矿业等领域。

红外测温作为一门新技术和新方法 ,它的出现是红外技术的发展结果。红外技术是研究红外辐射的产生、传输、 转换、 探测并付诸应用的一门科学技术。近 20年来 ,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 ,逐渐被广泛应用于电力、 食品加工、 冶金、 石化、 医疗、 科研等多种行业中。

随着工农业、 国防事业、 医学的发展, 对温度测量越来越迫切。 在某些场合, 温度测量逐步上升为主要矛盾, 引起了各方面的普遍重视。例如在不停机的情况下对机械设备、 电力设备、 生产设备等进行温度测量; 在不能造成产品的污染或损坏的情况下对生产过程中或仓库里的产品温度进行测量; 在医学领域内, 为了了解病人的身体状况, 需对病人身体各个部分的温度进行安全的测

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