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1、1摘要为了克服传统温度计测量温度的主要缺点需要测量者与被测目标近距离接触和测量不方便，在顾及仪器测量高精度前提下，以追求最低成本为原则，研制了非接触式热释电红外测温仪，实现了对物体表面温度快速准确的测量。本文主要设计了红外测温仪的整体系统构架，根据热释电原理，主要针对人体体温测量进行了具体的设计开发，包括整体方案，总体电路及各单元电路的设计，软件设计，硬件焊接及系统调试，并利用设计出来的红外测温仪在环境温度30下对人体温度进行了测量，对人体的温度测量的误差低于0.1，提高了测量精度。红外测温仪的设计主要为适应人体体温快速无接触测量的需要。此外还介绍了热释电红外传感器的工作原理以及比较适合人体红
2、外检测的热释电传感器PM611的优点和等效电路，阐述了基于热释电传感器的红外测温仪的工作原理，讨论了该系统的设计与实现方法，简单介绍了测温系统的适用条件。关键词：温度测量 热释电 PM611AbstractTo decrease the limitation of traditional method of temperature measuring such as close contact between measurer and the target and inconvenience when measuring, we developed a non-contact type pie
3、zoelectric infrared thermometer, realizes fast and accurate surface temperature measurements. This article also designed the overall system architecture infrared thermometer. Then under the piezoelectric principle, aimed at human body temperature measurement for a specific design, development includ
4、ing hardware, peripherals technology, SCM, and the host program . Designed by using the infrared thermometer at ambient temperature 30on the human body were measured on the human body temperature measurement error is less a 0.1 improve the measurement accuracy. This thermometer mainly applies to no-
5、contact, speedy body-heat measurement. This article mainly introduces operational principles of piezoelectric infrared sensor and the structure of hydroelectrically sensor PM611.It formulates the theory of the thermometer based on hydroelectrically sensor and studies how to design and implement of t
6、he systemFinally，it indicates the conditional demand of the system. Keywords: Temperature Measurement Piezoelectrically PM611目录1 绪论11.1 选题意义11.2 红外测温技术的发展历程21.3 国内外研究现状31.4 设计的目的与意义42 红外测温仪的原理和性能分析62.1 红外基础理论62.2 红外线测温仪的理论依据72.3 红外线测温仪的性能指标82.4 影响温度测量的主要因素及修正方法92.5 红外线测温仪的特点123 红外测温仪的硬件设计133.1 总体设计1
7、33.2 单片机最小系统的设计143.2.1 单片机的选型153.2.2 复位电路173.2.3 时钟电路193.3 温度检测系统设计193.3.1 热释电温度传感器的选型203.3.2 放大电路的设计223.3.3 模数转换电路的设计243.4 整体电路设计264 红外测温仪的软件设计274.1 主程序设计274.2 子程序设计285 系统调试305.1 系统硬件调试305.2 系统软件调试305.3 调试中出现的问题315.4 调试结果分析315.5 改进方案及推广应用32结束语34致谢35参考文献36附录1 硬件连接图37附录2 源程序381 绪论由于医学发展的需要，在很多情况下，一般的
8、温度计己经满足不了快速而又准确的测温要求，例如车站和机场等人口密度较大的地方进行人体温度测量。虽然现在国外这种测温的技术都比较成熟，但是国内这方面的技术还处于发展阶段。因此，为了适应医学发展的需要，有效地进行特殊环境下的温度测量，从而有力地控制和预防诸如甲流、非典之类型的特殊疾病的传播，急需设计一种测温速度快，准确率高的测温仪。针对一般的工业用的红外测温仪的精确度不够高，我们根据这种红外线测温的原理，通过关键器件的选择、瞄准系统的设计以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种用红外线测温电路，用于人员密集且流量大的场合进行快速的人体温度测量。 1.1 选题意义伴随着人们生活水
9、平的不断提高以及对生活质量要求的提高，人们对自身的健康状况越来越关注，而人体的体温、血压、脉搏和呼吸是鉴别人体健康状况的重要参数，对这些生理指标的监控与测量则可以更好的体现人体自身的健康状况，所以他们在医疗领域中占有十分重要的地位，也为人民的生活带来极大的方便。本次设计主要围绕体温这一生理指标展开，以AT89S52单片机为控制核心对温度进行实时采集，开发设计红外测温仪的全过程，根据红外线测温仪的原理，通过关键器件的选择以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种非接触式人体体温测试仪，用于人体体温的快速测量。全文主要阐述了非接触式人体体温测试仪的硬件设计和软件设计。硬件方面首先
10、谈到了系统的总体设计，然后分别从红外线传感器，运算放大器，A/D转换，数据处理，显示部分等功能模块进行了论述并详细介绍了各个芯片的结构和功能，使系统具有稳定性好，精度高，测量安全，使用方便等特点。在软件方面，此设计使用C语言来编写程序代码，具有编译速度快，运行效率高等特点。 设计的软件部分采用模块化结构，每个模块作为一个子程序，根据系统功能划分，程序由模块组成，所以整个程序的编制、调试和维护都比较方便，结构清晰，提高了可靠性和修改性，并给出了针对各个应用模块的设计思路和设计框架，对各部分程序进行解释说明，从而实现非接触式人体体温的数字显示。对非接触式测温仪的设计是以功能性为基础，以创新性为指导
11、，以实践性为依托，具有大好的发展前景和广泛的应用场合。通过本次设计，希望可以为今后拓展体温监测应用领域提供新的思路和方法，在医学、体育、消防、军事训练、等领域得到更广泛的应用。 最后，文章对本次设计做出了详细的总结。1.2 红外测温技术的发展历程 红外测温技术在生产过程中，在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。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在
12、线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中，正确选择红外测温仪型号对用户来说是十分重要的。红外检测是一种在线监测(不停电)式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射)，将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断设备发热情况。目前应用红外诊技术的
13、测试设备比较多，如红外测温仪、红外热电视、红外热像仪等等。像红外热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像，使测试效果直观，灵敏度高，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效。红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能做出可靠的预测，使传统电气设备的预防性试验维修(预防试验是50年代引进前苏联的标准)提高到预知状态检修，这也是现代电力企业发展的方向。特别是现在大机组、超高电压的发展，对电力系统的可靠运行，关系到电网的稳定，提出了越来越高的要求。随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善，利用红外状态监测和
14、诊断技术具有远距离、不接触、不取样、不解体，又具有准确、快速、直观等特点，实时地在线监测和诊断电气设备大多数故障(几乎可以覆盖所有电气设备各种故障的检测)。它备受国内外电力行业的重视(国外70年代后期普遍应用的一种先进状态检修体制)，并得到快速发展。红外检测技术的应用，对提高电气设备的可靠性与有效性，提高运行经济效益，降低维修成本都有很重要的意义。是目前在预知检修领域中普遍推广的一种很好手段，又能使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。目前应用红外诊断技术的测试设备比较多，如红外测温仪、红外热电视、红外热像仪等等。像红外热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像
15、，使测试效果直观，灵敏度高，能检测出设备细微的热状态变化，准确反映设备内部、外部的发热情况，可靠性高，对发现设备隐患非常有效。目前，我国也在研发一种体积小，成本较低，又不受外界环境温度干扰的人体红外测温仪，对医学的发展有很重大的意义。1.3 国内外研究现状自从1800年英国天文学家FW赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始，红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统，机载
16、轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段，有些已小批量生产，但都未来得及实际使用。此后，美国、英国、前苏联等国竞相发展。特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。虽然欧美很多工业国家加工业广泛，但其市场以趋向饱和；而在中国以及拉美一些新兴国家和地区，随着其经济的复苏与发展，各国各地区纷纷加强工业化建设，加工厂不断增多，红外传感器在该区域的销量每年以25的速度增长，并且其市场销量还处于增长趋势。我国的红外检测技术的发展起步
17、比较晚，直到2003年非典的袭击，我国才迅速诞生了一支专门抗击非典的医疗仪器队伍，特别是在红外体温检测仪的研发方面取得了突出的成就。国家相关部门也在重点强调非接触式体温计的研发。1.4 设计的目的与意义生理参数是人体最重要、最基本的生命指标，对危重病人进行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一，它有利于对有生命危险的伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理，完善病人的医疗护理以及研究人体对环境变化的反应都有着重要的意义。其中体温是人体最基本的生理参数，对于日常护理和病情检测都是非常重要的。有许多疾病都能通过体温的变化来预测，所以体温计在医疗领域中占有十分重要的地位。人体体温测试
18、仪应用范围不仅仅局限于医学，在消防上消防员在扑火的同时也要对自己的体温做到了解，如果体温过高或者心率过快就要及时撤离，以免发生危险；军事上用于部队训练，必须实施随时监测，体温使训练能够在良好的体征下进行，提高效果。因此，在许多领域都需要这种测试仪对人体体温进行精确测试。此设计的目的是在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机多种资源应用，并具有综合功能的小目标板的设计与编程应用，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合设计。通过查阅资料，接口设计，程序设计，安装调试，整理资料等环节，从而掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，熟悉开展科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必
19、要的基础，学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。因此研制一套可应用于个人家庭、方便携带、结构简单、测量速度快、实时性好的人体体温测试仪尤为重要。人们可以足不出户，在家中可随时对自己生理指标进行测试，监测自己的身体状况，做到提前预防，提高生命质量。2 红外测温仪的原理和性能分析 本章节首先介绍红外测温的基础理论，然后针对其理论依据进行原理剖析，还简单介绍了红外测温仪的性能指标及影响测温的主要因素，最后给出了误差的具体修正方法。2.1 红外基础理论 1672年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，同时，牛顿做出了单色光在性质上比白色光更简单的著名结论
20、。使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室的唯一的窗户用暗板堵住，并在板上开了一个矩形孔，孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带，并用温度计去测量光带中不同颜色所含的热量。为了与环境温度进行比较，赫胥尔用在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计来测定周围环境温度。试验中，他偶然发现一个奇怪的现象：放在光带红光外的一支温度计，比室内其他温度的批示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于
21、是他宣布太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。 红外线的波长在0.76100m之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大
22、，反之，辐射的能量愈小。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后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温并进行分析判断。2.2 红外线测温仪的理论依据 一切温度高于绝对零度(-273.15)的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有这十分密切的关系，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符
23、合辐射定律。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。红外辐射原理辐射定律： （3-1）式中：为辐射出射度数，；为斯蒂芬波尔兹曼常数，；为物体的辐射率；为物体的温度，单位；为物体周围的环境温度，单位。测量出所发射的，就可得出温度。 利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温（0100）范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表，其具体的设计也不同。根据式（2.1）的原理，仪表所测
24、得的红外辐射为： （3-2）式中：为光学常数，与仪表的具体设计结构有关；为被测对象的辐射率；为红外温度计的辐射率；为被测对象的温度（K）；为红外温度计的温度（K）；它由一个内置的温度检测元件测出。辐射率是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数，数值由0至1.0。自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之
25、间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因纱在：材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。所有真实的物体，包括人体各部位的表面，其值都是某个低于1.0的数值。 人体主要辐射波长在910的红外线，通过对人体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，因而可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。红外温度测量技术的最大优点是测试速度快，几秒以内可测试完毕。2.3 红外线测温仪的性能指标总的来说，测温范围、显示分辨率、精度、工作环境温度范围、重复性、相对湿度、响应时间、电源、响应光谱、尺寸、最大
26、值显示、重量、发射率等都是红外线测温仪的性能指标。1）确定测温范围：测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。 2）确定目标尺寸：红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪（辐射比色测温仪）。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场。否则背景会干扰测温读数，造成误差。对于双色测温仪，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。 3）确定距离系数（光学分辨率）：距离系数由D：S之比确定，即测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标直径之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温
27、仪。光学分辨率越高，测温仪的成本也越高。 4）确定波长范围：目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱相应波长对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。 5）确定响应时间：响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。 6）信号处理功能：鉴于离散过程（如零件生产）和连续过程不同，所以要求红外测温仪具有多信号处理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。 7）环境条件考虑：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。 8）红外辐射测温仪的标定：红外测温
28、仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。2.4 影响温度测量的主要因素及修正方法 影响红外人体测温仪的因素有： 1）测温目标大小与测温距离的关系：在不同距离处，可测的目标的有效直径D是不同的，因而在测量小目标时要注意目标距离。人体红外测温仪距离系数K的定义为：被测目标的距离L与被测目标的直径D之比，即K=L/D。 2）选择被测物质发射率：人体红外测温仪一般都是按黑体（发射率?=1.00）分度的，而实际上，物质的发射率都小于1.00。因此，在需要测量目标的真实温度时，必须设置发射率值。物质发射率可从辐射测温中有关物体发射率的数据中查得。 3）测量温度时的环境因素：测温仪所处的环境条件对
29、测量结果有很大的影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度。本设计中正是利用了PM611热释电红外线传感器可以补偿温度起伏的作用，实现准确测温。 4）强光背景里目标的测量：若被测目标有较亮背景光（特别是受太阳光或强灯直射），则测量的准确性将受到影响，因此可用物体遮挡直射目标的强光以消除背景光干扰。 5）温度输出功能：首先模拟信号输出05V，15V，010V，0/420毫安，可以加入闭环控制中。其次高报警、低报警生产过程中要求控制温度在某个范围里，可设置高，低报警值。高报警：在高报警设置打开的情况下，当温度高于高报警值，相应的LED灯闪烁，蜂鸣器响，并有相应继电器接通或断开。 由于在温度测量时
30、是在不确定的环境中进行的，所以外界环境会对测温造成一定的影响，对测量结果产生误差，所以要对环境温度有一个修正。 由2.1节辐射公式可得出热释电传感器的响应公式为： （3-3）式中：为与热释电响应特性及物体表面发射率有关的常数，为物体表面温度，为环境温度。根据表达式（2.3）可以得到不同的标定公式： （1）简单关系式，即 （3-4） 式中：，应用此公式所作的标定实验结果见表1，表中数据表明， 不仅与有关，还与有关。 （2）多项式，即 （3-5）令 （3-6） 在参考文献7中，取三项，其实验结果表明，要使测温仪满足一定的精度，测温时的环境温度和物体表面温度要在一定的范围内，如环境温度=30，物体表
31、面温度在180以上时，读数误差较大。 由表2-1可知：首先应该对物体表面温度分段定标，因为测量范围较大，所以不同段的标定系数相差很大。实际应用中每隔510就必须标定一个系数，当采样电压峰值落在此区间时就选择该系数。然后再根据环境温度的不同对已选出的标定系数进行修正，达到在不同环境温度下仍然能够准确测温的目的。分析表1可知，当物体表面温度较低时（78以下），环境温度对修正系数的影响较大。所以对此温度范围的物体必须进行环境温度对标定系数的修正。而当物体表面温度较高时，则修正系数基本由物体表面温度决定，这样系数就不必再依环境温度进行校正，这就减少了标定系数的复杂性。下图为表1：表2-1 不同环境温度
32、下的标定系数标准温度 （）环境温度（）测量值（V）系 数 Ka（V/） 34.00 26.0 2.613 3.061 26.5 2.605 2.879 27.0 2.588 2.704 78.00 26.0 2.960 17.57 26.5 2.948 17.47 27.0 2.925 17.44 120.00 26.0 3.392 27.71 26.5 3.388 27.59 27.0 3.384 27.482.5 红外线测温仪的特点 人体红外测温仪是通过接收人体发射的红外线的能量的大小来测量其体温的仪器。测温仪内部的灵敏探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显
33、示。所以人体红外测温仪具有以下优点： 1）非接触测量：它不需要接触到人体，只需在额头前方5厘米左右测温即可，而且红外探测器只需感应人体辐射的红外线。因此，不会干扰人体，也不会为人体带来损伤。 2）测量范围广：因为人体红外测温仪是非接触式测温，所以测温仪并不处在较高或较低的温度场中，而是工作在正常的温度或测温仪允许的条件下进行测量的，所以测量范围比较广。 3）测温速度快：即响应时间快。红外探测器中灵敏元非常灵敏，只要接收到目标红外辐射即可在短时间内测温。 4）准确度高：人体红外测温不会与普通测温一样破坏物体本身温度分布，因此测量精度高。 5）灵敏度高：只要人体温度有微小变化，辐射能量就有较大改变
34、，易于测出，而且使用安全及使用寿命长。 6）体积小，方便携带。 7）受外界环境温度干扰较小：由于本设计中所使用的红外探测器是带补偿电路的，所以它可以补偿外界环境温度的高低起伏。 3 红外测温仪的硬件设计 红外测温仪是利用红外传感器对被测目标时的热辐射进行采集，通过转换电路将红外传感器采集到的光信号转换成电信号，再将电信号通过放大电路，A/D转换等单元电路处理后送到单片机中，最后单片机将带有数据信息的电信号进行分析处理，将电信号转变成与之相对应大小的温度值显示输出。其中要解决的问题有：体温信号的非接触测量、微弱电压信号的放大、传感器的环境温度补偿等。其中体温测量选用红外热释传感器PM611、LM
35、324进行电压放大、ADC0804进行模数转换，系统控制及数据处理等功能都用AT89S52单片机实现，通过驱动共阴极LED数码管进行显示。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出、报警电路等部分组成。3.1 总体设计在一个系统的硬件设计中应选择合适型号的单片机后，进行系统所需的扩展和配置。按照系统功能要求进行扩展和配置外围设备。要设计合适的接口电路，系统的扩展和配置应遵循以下原则：1） 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。本次设计选取的是AT89S52单片机。2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并
36、留有适当余地，以便二次开发。3）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。4）可靠性及干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。5）单片机外围电路较多时，应考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。6）工艺设计必须考虑安装、调试、维护的方便。由此可设计出人体红外测温仪系统的总体结构框图，如图3-1所示。由图中可以看出，红外探测仪接收到人体发出的红外线后，经过温度检测系统采样后，再在信号处理单元对所测得的信号进行放大、滤波、模数转换处理传送到单片机，经单片机运算后送给显示单元显示出温度读数。如果经过处理后的数据大于所设置的预警数据，则蜂鸣器
37、报警。 图3-1 系统总体结构框图3.2 单片机最小系统的设计 图3-2 单片机最小系统 单片机加上适当的外围器件和应用程序，构成的应用系统称为最小系统，最小应用系统的设计是单片机应用系统的设计基础。它包括单片机的选择、时钟系统设计、复位电路设计、简单I/O口扩展、掉电保护等，对于CHMOS单片机，还包括低功耗运行设计。AT89S52单片机的最小应用系统如图3-2所示。3.2.1 单片机的选型为了硬件系统的标准化、模块化、便于二次开发，本次设计选取的单片机型号是AT89S52。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8KB的系统可编程Flash存储器。使用Atmel 公司高
38、密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 1.AT89S52的主要特点是： 与MCS-51 单片机产品兼容；8k可反复擦写
39、(1000次)Flash ROM；全静态操作：0Hz33Hz；三级加密程序存储器；32 个可编程I/O 口线； 3个16 位定时器/计数器；8个中断源；全双工UART 串行通道；低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒；看门狗定时器及双数据指针；掉电标识和快速编程特性；2.引脚功能： AT89S52引脚图如图3-3所示：电源及时钟引脚：Vcc（40）：接+5V电源； Vss（20）：接地；XTAL1（19）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端；XTAL2（18）：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部接至内部反相放大器的输出端；控制引脚：RST/VPD（9）：当震荡器运行
40、时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部RAM的数据，当Vcc下掉到低于规定的值，而VPD在其规定的电压范围内（5+0.5v）时，VPD就向内部RAM提供备用电源；图3-3 AT89S52引脚图ALE/PROG（30）：当访问单片机外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的负跳沿用于16位地址的低8位的锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟震荡器频率的1/6。ALE端可以驱动8个TTL负载。对于单片机EPROM型（8751），在EPROM编程期间，此引脚用来输入编程脉（PROG）；PSEN（29）：此引脚
41、的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号，在由外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期PSEN两次有效。PSEN可以驱动8个LSTTL负载；EA/VPP（31）：当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在PC值超过0FFFFH，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA保持低电平时，只访问外部程序存储器。对于89C51，因其片内有4KBEEPROM，故该脚接高电平。在EEPROM编程期间，VPP编程电压为+12V或+5V。I/O口引脚： P0口（39-32）：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可带8个LSTTL负载；P1口（1-8）：8个
42、准双向I/O口，可带4个LSTTL负载；P2口（21-28）：8位准双向I/O口，与地址总线（高八位）复用，可带4个LSTTL负载；P3口（10-17）：8位准双向I/O口双功能复用。3.2.2 复位电路复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路，如图3-4所示。复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连的，斯密特触发器是用来抑制噪声的。单片机的RST引脚是复位信号的输入端，RST引脚上保持两个机器周期（24个时钟周期）以上的高电平时，单片机内部可以安全复位。图3-4 AT89S52的上电系统复位电路复位后，单片机内部各寄存器的内容将被初始化，复位不影响片内RAM和片外RAM