基于單片機(jī)的紅外測溫裝置設(shè)計

楊志巍　張朝龍　刁書成　江善和　李彥梅

摘要：溫度控制如今已成為當(dāng)代社會研究的熱點(diǎn)之一，而溫度檢測在現(xiàn)代設(shè)備參數(shù)檢測中也是一項極其重要的技術(shù)，應(yīng)用十分廣泛。與傳統(tǒng)的測溫方法相比，紅外測溫方法具有時間短、精度高、使用簡單方便等優(yōu)點(diǎn)。本文以環(huán)境溫度為被測對象，設(shè)計了以STC89C52單片機(jī)為控制中心的紅外測溫裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)溫度的實(shí)時采集、處理、顯示和報警等功能。本設(shè)計主要是由STC89C52單片機(jī)、紅外測溫傳感器、LCD1602液晶顯示器、按鍵和蜂鳴器等部分組成，采用非接觸的方式對目標(biāo)溫度進(jìn)行實(shí)時檢測。

關(guān)鍵詞：STC89C52;紅外測溫;目標(biāo)溫度;非接觸方式

中圖分類號：TP23 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）13-0278-03

Abstract： Temperature control has become one of the hotspots in contemporary social research， and temperature detection is an extremely important technology in modern equipment parameter detection. Compared with traditional method， the infrared temperature measuring method has advantages of short time， high precision and convenient operation， etc. This paper consider environment temperature as research objects and designs an infrared temperature measuring device which employs the STC89C52singlechipascontrol center， and it can realize timely collection， processing， display and alarm function of the target temperature. The design is mainly composed of STC89C52 singlechip， infrared temperature sensor， LCD1602monitor， keys and buzzer，etc. This design detects the target temperature by non-contact method.

Key words： STC89C52 ; infrared temperature; target temperature; non-contact method

1 引言

隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展越來越貼近日常生產(chǎn)與工作，而測溫裝置對于某些農(nóng)業(yè)與工業(yè)是十分重要的，猶如大腦對于人。而傳統(tǒng)的方式是人工測量，這種方式不僅費(fèi)時而且誤差較大，因此需要找到一種新的測溫方法來解決這種問題。紅外測溫為測量目標(biāo)溫度提供了快速而且安全的方法[1， 2]，它采用非接觸式的測量方法，可廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)設(shè)備的測溫。在此，本文設(shè)計了一種紅外測溫裝置，它基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計[3 ，4]，將測溫結(jié)果以數(shù)字的形式在LCD1602液晶顯示器上面顯示出來，具有簡單明了、耗時短、節(jié)能減排等特點(diǎn)，是一項很實(shí)用和有前景的設(shè)計。

2 紅外測溫的基礎(chǔ)理論

自然界的一切物體，當(dāng)其溫度高于絕對零度（即-273.15℃）時，都會發(fā)出紅外線。物體輻射能量最大的波長區(qū)間（稱為峰值波長）會隨著溫度的升高向波長短的方向移動，溫度較低時的峰值波長比溫度較高時長[5]。這正是紅外測溫的基礎(chǔ)理論。

3 系統(tǒng)的基本組成

該系統(tǒng)主要由六個部分組成，分別為單片機(jī)、按鍵模塊、顯示模塊、報警模塊、紅外測溫傳感器模塊和電源模塊，整體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計分為6個部分，分別為STC89C52最小系統(tǒng)，LCD1602液晶顯示電路，紅外溫度檢測電路，按鍵電路，報警電路，電源電路。

4.1 STC89C52最小系統(tǒng)

STC89C52是整個系統(tǒng)運(yùn)行的控制核心，主要負(fù)責(zé)處理外界發(fā)出的指令，以及與其他模塊的信息交流。晶振電路的連接方式為：電容C1的一端與地相連，另外一端與晶振相連，與晶振相連的一端同時又與單片機(jī)的XTAL2端相連;電容C2的一端與地相連，另外一端與晶振相連，與晶振相連的一端同時又與單片機(jī)的XTAL1端相連。復(fù)位電路的連接方式為：電阻R1的一端與地連接，另外一端與單片機(jī)的RST/VPD端連接;按鍵K0的一端與電容C3的一端連接，然后共接電源，另外一端分別與電阻R1接單片機(jī)的一端連接。

4.2 紅外溫度檢測電路

mlx90614系列模塊是一組通用的紅外測溫模塊。它具有非接觸、體積小、精度高等優(yōu)點(diǎn)。被測目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度能通過單通道輸出，并有兩種輸出接口，適合于很多場合。

4.3 按鍵電路

按鍵電路的連接方式為：K1、K2、K3鍵的一端分別與單片機(jī)的P3.2、P3.3、P3.4口連接，另外一端公共接地。其中K1鍵的主要功能是紅外測溫上下限界面的設(shè)置，第一次按下進(jìn)入溫度上限設(shè)置的界面，第二次按下進(jìn)入溫度下限設(shè)置的界面，第三次按下則返回紅外測溫的界面，K2、K3鍵用于實(shí)現(xiàn)溫度上下限數(shù)值的加減，按住不放，還可以達(dá)到連加連減的目的。

4.4 報警電路

當(dāng)測量到的溫度值高于或者低于設(shè)定值時，單片機(jī)會給P1.7口輸入一個低電平，使三極管Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而引起蜂鳴器B1的鳴叫和發(fā)光二極管D2的閃爍。

4.5 電源電路

STC89C51的內(nèi)核供電為5V，而此紅外測溫裝置的紅外測溫模塊和LCD1602液晶顯示模塊及鍵盤輸入模塊的供電電壓都可為5V，所以電源電路接通之后，可以直接給單片機(jī)供5V的工作電壓，以保障整個紅外測溫裝置的正常運(yùn)行。

4.6 整體電路

紅外測溫裝置的整體電路如圖2所示，通過開關(guān)用手動來進(jìn)行復(fù)位的，其復(fù)位電路如圖2左邊中間部分所示。只要在RST/VPD引腳出現(xiàn)高于10ms的電平，單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，為的是便于根據(jù)實(shí)際情況而選擇是否復(fù)位溫度測量數(shù)據(jù)。該裝置的振蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖2左下腳部分所示。采用晶體震蕩電路的原因是它的頻率穩(wěn)定性好，而這恰恰又是紅外測溫裝置非常重要的技術(shù)要求。

5 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計就是編寫能使單片機(jī)運(yùn)行并控制外圍電路的程序，然后將程序燒入單片機(jī)，對單片機(jī)進(jìn)行控制，以完成硬件的功能，其中，編寫程序的語言主要有C語言和匯編語言兩種。本設(shè)計應(yīng)用C語言編寫的程序，主要包括主程序、按鍵掃描程序、紅外測溫程序、報警處理程序等。

6 測試

圖3為裝置檢測冷藏汽水的實(shí)驗圖，紅外測溫傳感器采集到的目標(biāo)溫度，數(shù)值為19.82℃，低于設(shè)定的溫度閾值，裝置產(chǎn)生報警，蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)光二極管閃爍。

圖4為裝置在正常室溫下檢測實(shí)驗圖，紅外測溫傳感器采集到的目標(biāo)溫度，數(shù)值為30.35℃，處于設(shè)定的溫度閾值范圍之內(nèi)。

圖5為裝置檢測點(diǎn)燃打火機(jī)的火焰實(shí)驗圖，紅外測溫傳感器采集到的目標(biāo)溫度，數(shù)值為54.75℃，高于設(shè)定的溫度閾值，裝置產(chǎn)生報警，蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)光二極管閃爍。

7 結(jié)論

本設(shè)計是以STC89C52單片機(jī)為核心控制元件，紅外測溫傳感器作為檢測模塊，通過單總線來實(shí)時檢測目標(biāo)溫度，同時將目標(biāo)溫度于LCD1602液晶顯示器上顯示。該系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛，相信在人們對生活與工作環(huán)境要求不斷提高的今天，必定會有更加廣闊的未來和更深層次的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊林.紅外探測技術(shù)的發(fā)展研究[J].工業(yè)設(shè)計，2016（5）：188-189.

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[3] 李夢紅， 李捍東. 基于STC89C52單片機(jī)的無線遙控小車設(shè)計[J]. 自動化與儀器儀表， 2015（6）：138-140.

[4] 王瑞琦， 劉向陽， 鄒星興， 等. 基于STC89C52RC單片機(jī)的電子稱設(shè)計[J]. 國外電子測量技術(shù)， 2017， 36（5）：94-97.

[5] 朱澤忠，沈華，王念.基于光譜發(fā)射率函數(shù)基形式不變的輻射測溫技術(shù)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2017，37（3）：685-691.

【通聯(lián)編輯：梁書】