智能测温计设计.doc

引言 该智能测温计的特点是利用超声波检测被测体距离，当被测体达到设定距离，自动启动红外测温模块进行温度测量，同时在数码管显示距离、温度值并利用语音模块播报温度值并使用蜂鸣器报警，该智能测温设计操作简单，精度高，能在实际的生活中广泛有效地使用。 智能测温设计 2.1设计要求 利用单片机和相关传感器，设计智能测温计： 1．利用单片机作为主控板； 2．利用超声波检测被测体距离，当被测体达到设定距离，自动启动红外测温模块进行温度测量； 3．数码管显示测得温度值； 4．当被测温度超过设定值时，利用语音模块播报温度值并报警； 5．在使用时可以听到测量的温度值，也可以在数码管上看到温度值； 6．距离测量范围0.5m~5m，最小区分度为0.2m，温度测量范围30℃-45℃，最小区分度为1℃，标定温度≤2℃。? 2.2设计原理 智能测温设计的原理是基于红外传感器的黑体辐射定律从而得出温度与超声波传感器的接收到超声波的时间差从而测出距离，物体散发出的红外线经过红外传感器的感温头从而被检测到，并将其转换成一个电压信号输出，然后经过A/ D数转换器转换，A/ D转换器转换输出的数字信号不断被单片机进行采集，单片机将采集到的数字信号进行运算处理，最终转换成对应的温度值，同时利用超声波模块测量距离以控制何时启动并测量物体温度，再送语音模块播报语音和数码管显示屏显示数值。主流程图如图1所示。 图1 主程序流程图 按下开关按键即可启动超声波模块测距，当距离小于设定值时，则启动红外模块测量温度，当温度超过设定值时，则语音模块播报温度和蜂鸣器报警的同时数码管显示数值。 3.模块功能介绍 3.1 STC89C52单片机模块 图2 STC89C52 引脚图 图3 STC89C52单片机的最小系统 3.1.2 STC89C52特点 STC89C52RC单片机的特点： （1）工作频率范围：0-40MHz，工作频率实际可达48MHz，相当于普通8051单片机的0～80MHz； （2）带有4k的Flash程序存储器； （3）片上集成512字节RAM，通用I/O口：P1/P2/P3是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P0口为漏极开路的8位准双向口，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时需加上拉电阻，它为8位地址线和8位数据线的复用端口； （4）使用增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期的8051 CPU； （5）工作电压范围：3.8V-5.5V； （6）带有ISP/IAP，即系统可编程特性，无须专用编程器/仿真器； （7）EEPROM功能； （8）有看门狗功能； （9）正常工作模式下为超低功耗，典型功耗2mA；掉电模式工作下为典型功耗0.5uA，可以由外部中断唤醒，中断返回后即可继续执行原程序； （10）有2个数据指针； （11）内部集成MAX810专用复位电路，在外部晶体20M以下时，可以省复位电路； （12）带有通用异步串行口（UATR），利用定时器软件可实现多个UATR； （13）工作温度范围：0－75℃/－40～＋85℃； （14）封装形式：PDIP-40/PLCC-44/PQFP-44（11）共3个16位定时器/计数器，定时器0还可以当成2个8位定时器使用； （15）外部中断有两种触发方式，分别为下降沿中断或低电平触发中断，在Power Down模式下可由外部低电平触发中断方式唤醒； STC89C52各引脚的功能描述如下： （1）电源和晶振：VCC、VSS——运行和程序校验时加上的电压； XTAL1——振荡器的反向放大器的输入端； XTAL2——反向放大器输出端，用于输入到内部时钟发生器； （2）RST：单片机的上电复位或掉电保护端； （3）：片外程序存储器读选通信号输出端。 3.2 TN9红外测温模块 3.2.1红外测温原理及方法 红外测温模块的测温原理根据黑体辐射定律，所有物体在高于自然界中绝对零度的状态下都在不停向外辐射能量，物体表面温度决定其向外辐射能量的大小及其按波长的分布，所发出的红外辐射能量变大是因为物体的温度变高。 通过普朗克公式确定黑体的光谱辐射的出射度，即 在不同温度下的黑体光谱辐射度如图4。 图4 不同温度下的黑体光谱辐射度 从图可以看出黑体辐射具有几个特征: （1）在温度逐渐升高的状态下，光谱辐射度极大值对应的波长逐渐减小，这表明随着温度的升高，黑体辐射中的短波长辐射所占比例增大； （2）黑体的光谱辐射度在任何的温度情况下都随着波长连续变化，并且每条曲线只有一个极大值； （3）在温度逐渐升高的状态下，黑体辐射曲线都会全面提高，即在任一指定波长处，较高温度状态下对应的光谱辐射度也较大，反之较低温度状态下对应的光谱辐射度较小。 分别可利用全辐射测温法、亮度测温法和比色测温法对