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非接触式温度计I摘要红外测温技术在生产过程，产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。它打破了传统的测温模式，并且具备不影响被测物体温度场、温度分辨率高、回应速度快、测量精度高、测量范围广、不受测温上限的限制、稳定性好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。红外测温近年来在医疗、家庭自动化、汽车电子、航空和军事上得到广泛的应用。本设计的红外测温仪系统是一种方便用户使用的温度测量工具，功能稳定，运行速度快，可以作为一个简易的非接触式体温测量计使用。系统能够实时检测、显示当前环境的温度信息并具备声光报警等功能。本系统主要是采用MLX90614红外测温传感器和AT89C51单片机来实现的，单片机通过SMbus方式与MLX90614进行通信，将读出的温度数据进行处理，之后驱动LCD模块显示测量温度关键词：红外线温度测量，MLX90614传感器，LCD12864液晶显示，AT89C51单片机II目录摘要...........................................................................................................................................I目录..........................................................................................................................................II一、系统方案设计...........................................................................................................................1二、硬件电路设计...........................................................................................................................22.1单片机最小系统电路设计............................................................................................22.1.1最小系统电路..........................................................................................................22.1.2晶振和复位电路...................................................................................................22.2传感器电路设计.............................................................................................................42.2.1MLX90614红外测温传感器介绍.......................................................................42.2.2MLX90614传感器电路.....................................................................................52.3液晶显示电路设计.........................................................................................................52.3.1LCD液晶显示介绍............................................................................................5三、系统软件设计.........................................................................................................................73.1红外测温模块设计.........................................................................................................7四、整体电路原理图.......................................................................................................................9五、程序设计...................................................................................................................................91一、系统方案设计本系统采用51单片机为核心，用红外温度传感器MLX90614数据采集，数据经单片机处理后送LCD显示。该设计主要有三大模块组成、红外温度采集模块、单片机最小系统模块、LCD显示模块。系统整体框图如1.1：MLX90614红外温度采集51最小系统LCD温度显示图1.1系统整体框图2二、硬件电路设计2.1单片机最小系统电路设计2.1.1最小系统电路该系统是以AT89C51单片机为核心器件，其模块的工作原理是：加载相应程序的AT89C51单片机把红外测温模块传来的数据LCD液晶显示。单片机需要一定的外接电路才能正常工作即单片机最小系统，电路如图2.1所示，其主要包括AT89C51单片机、复位电路和时钟电路。图2.1单片机最小系统2.1.2晶振和复位电路晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机的工作速度。晶振电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格3地工作。通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，如图3.3中Y2、C11、C12。可以根据情况选择6MHz、12MHz或24MHz等频率的石英晶体。而单片机工作速度是每秒11.0592M，即此次晶振选择12M，补偿电容通常选择30pF左右的瓷片电容。晶振电路如图2.2所示。图2.2晶振电路复位的条件：RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容的充电电流的减小，RST引脚的电位逐渐下降。当需要复位是，按下按键，利用电容放电使RST引脚为高电平，单片机复位。上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位，而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作。复位电路如图2.3所示。图2.3复位电路42.2传感器电路设计2.2.1MLX90614红外测温传感器介绍由红外温度传感器、低噪声放大器、A／D转换器、DSP单元、脉宽调制电路及逻辑控制电路构成，热电堆输出的温度信号经过内部高性能、低噪声的运算放大器放大后，送给模数转换器（ADC），ADC输出的17位数字经过可编程FIR和IIR低通滤波器（即框图2.4中的DSP）处理后输出，该输出作为测量结果保存在MLX90614内部RAM存储单元中，可以通过SMBus读取；同时测量结果送到后级数子式脉冲宽度调制电路，将测量结果以PWM的方式输出。图2.4MLX90614内部的结构框图MLX90614采用4脚罐形封装（TO239），顶端引脚分布视图如图2.5所示，具体的引脚功能如下：图2.5MLX90614的顶端引脚分布视图VDD：外部电源输入；VSS：地，和外壳相连；SCL/Vz：当MLX90614为SMBUS模式时SCL为串行输入，为PWM模式时Vz为由5外部电路置高电平；SDA/PWM：当MLX90614为SMBUS模式时串行数据输入输出接口，为PWM模式时做为PWM波输出接口。2.2.2MLX90614传感器电路MLX90614硬件电路连接如图2.6所示，传感器的SCL/VZ、PWM/SDA管脚直接连接单片机的普通I/O口，即单片机上的P1.0和P1.1并通过这两个I/O口实现单片机与传感器相互之间的数据的传输。VDD为电源引脚接+5V，VSS为地端。由于MLX90614的输入输出接口是漏级开路（OD）结构，需要加上拉电阻即图3.6中的R4和R5（10K）。图2.6MLX90914红外传感器电路设计2.3液晶显示电路设计2.3.1LCD液晶显示介绍在显示电路单元的模块中，带中文字库的LCD12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、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128×64，内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII码字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字并完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形6点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。图2.7为LCD12864芯片引脚图，其具体引脚功能如下：图2.7LCD12864芯片引脚Vss：电源地（GND）；Vdd：电源电压（+5V）；VO：LCD驱动电压（可调对比度），VCC和VOUT接可调电阻，中间抽头接至VO；RS：并行模式：RS=0，指令寄存器；RS=1，数据寄存器。串行模式：片选；R/W：并行模式：R/W=0为写。R/W=1为读。串行模式：数据；E：并行模式：允许信号。串行模式：脉冲；DB0-DB7：并行模式：数据0。串行模式：不连接；PSB：并行模式：PSB=1。串行模式：PSB=0；NC：不需要连接；RESET：复位端，低电平有效；BLA、BLK：背光的正极、负极，接+5V、0V。7三、系统软件设计3.1红外测温模块设计MLX90614与单片机之间的数据传输通过SMBus协议进行传输，单片机作为主设备与作为从设备的MLX90614进行通信。读、写数据的格式分别见图3.1、图3.2。其中，S为起始位，SlaveAddress为从器件地址，Wr为写标志，Command为命令字节，Rd为读标志，PEC为出错数据包，P为停止位。图3.1读数据格式图3.2写数据格式数据传输时序如图3.3所示，在SCL变为低电平300ns后，将16位数据分2次传输，每次传送一个字节。每个字节都是按照高位(MSB)在前，低位(LSB)在后的格式传输，2个字节中间的第9个时钟为应答时钟。图3.3SMBus数据传输时序图多个MLX90614可以用于一个系统中，通过地址不同区分器件，器件默认的地址为5AH，因此在多MLX90614系统中，需要给每个MLX90614分配一个不同的地址。在只有一个MLX90614的系统中，MLX90614识别地址00h，即在单个MLX90614系统中，可以使用该地址访问它。系统数据操作程序流程如图3.48所示。每次发送完一个字节，就判断对方是否有应答，如果有应答就接着发送下一