畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)紅外溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 jimei university畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于紅外的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘摘 要要】隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，用電負(fù)荷的急劇增加，電力系統(tǒng)中高壓開(kāi)關(guān)柜、刀閘等電力設(shè)備會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)局部溫度過(guò)高，從而引起相應(yīng)的電力事故。由于高壓電力設(shè)備局部溫度點(diǎn)的電位處于高電位，對(duì)其測(cè)量需要滿足非接觸測(cè)量的要求?；谏鲜鰷y(cè)量的背景及要求，對(duì)于高壓設(shè)備的局部溫度的測(cè)量采用紅外溫度傳感器進(jìn)行非接觸性測(cè)量。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由單片機(jī)p89v51rd、ad7706模數(shù)轉(zhuǎn)換器和紅外溫度傳感器三部分構(gòu)成。利用紅外溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并利用單片機(jī)和ad7706構(gòu)成的采集系統(tǒng)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，

2、從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)由于采用了單片機(jī)、高速ad轉(zhuǎn)換器和紅外溫度傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓設(shè)備的溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。此外，整個(gè)系統(tǒng)還具有測(cè)試精度高、智能化程度高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：ad7706 單片機(jī) 紅外溫度傳感器【abstract】 with the development of industry in our country, the load is improving rapidly, which results that the temperature at part of high voltage equipments become higher and higher, and bri

3、ng forth accident in electrical net. because the voltage near the high voltage equipment is very high, non-contract technology is need to measure the temperature of high voltage equipment. base on these reasons, the infrared-temperature sensor is used to measure temperature. the whole system include

4、s p89v51rd, ad7706 conversion and infrared-temperature sensor. at first, the temperature signal is transformed into electrical signal by infrared-temperature sensor, then the conversion circuit of p89v51rd and ad7706 transform is used to convert the analog signal to digital signal. at last, the temp

5、erature of part of high voltage equipment is measured. the p89v51rd and the high speed ad7706 transform is used in the whole system, the temperature can be measured in real time. besides these things, the system also has other characters, such as high measuring precision, high degree of intelligence

6、.key words: ad 7706 converter single chip microcomputer infrared temperature sensor目錄引言引言-1第一章第一章 溫度測(cè)量的概述溫度測(cè)量的概述 -21.11.1 溫度的概念與溫標(biāo)溫度的概念與溫標(biāo)-21.1.1 溫度 -21.1.2 溫標(biāo) -31.21.2 測(cè)溫方法測(cè)溫方法-81.2.1.接觸式測(cè)溫 -81.2.2.非接觸式測(cè)溫-10第二章第二章. .紅外溫度傳感器測(cè)量電路的設(shè)計(jì)紅外溫度傳感器測(cè)量電路的設(shè)計(jì) -142.12.1 單片機(jī)單片機(jī) p89v51p89v51 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介-142.1.1 概述-142.1.2

7、主要特性-142.1.3 管腳功能介紹-142.1.4 spi 接口概述-162.22.2 ad7706ad7706 模數(shù)轉(zhuǎn)換器介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換器介紹 -172.2.1 概述-172.2.2 主要特性-182.2.3 管腳功能介紹-182.2.4 電路說(shuō)明-192.2.5 注意事項(xiàng)-212.32.3 單片機(jī)與單片機(jī)與 adad 的接口電路設(shè)計(jì)的接口電路設(shè)計(jì)-222.42.4 輸入信號(hào)電路設(shè)計(jì)輸入信號(hào)電路設(shè)計(jì)-222.52.5 imp813imp813 看門狗電路設(shè)計(jì)看門狗電路設(shè)計(jì) -232.62.6 ad780ad780 基準(zhǔn)電源電路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)電源電路設(shè)計(jì)-252.72.7 整體電路設(shè)計(jì)整體電路設(shè)計(jì)

8、-25第三章第三章 采集程序編寫采集程序編寫 -273.13.1 寄存器介紹寄存器介紹-273.1.1 spcrspi 控制寄存器-273.1.2 通信寄存器(rs2、rs1、rs0=0、0、0) -283.1.3 設(shè)置寄存器(rs2、rs1、rs0=0、0、1),上電/復(fù)位狀態(tài)，01hex-303.1.4 時(shí)鐘寄存器(rs2、rs1、rs0=0、1、0);上電/復(fù)位狀態(tài)：05hex-313.1.5 數(shù)據(jù)寄存器(rs2、rs1、rs0=0、1、1) -323.1.6 測(cè)試寄存器(rs2、rs1、rs0=1、0、0)；上電/復(fù)位狀態(tài)：00hex -323.1.7 零標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器(rs2、rs1

9、、rs0=1、1、0)；上電/復(fù)位狀態(tài)：1f4000hex -323.1.8 滿標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器(rs2、rs1、rs0=1、1、1)；上電/復(fù)位狀態(tài)：5761abhex -323.23.2 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)-336 6 結(jié)論結(jié)論-39參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-40致謝致謝-41附錄附錄-42附錄附錄 1 1：整體電路：整體電路-42引言 隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，用電負(fù)荷的急劇增加，電力系統(tǒng)中高壓開(kāi)關(guān)柜、刀閘等高壓設(shè)備在載流過(guò)大時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)局部溫升過(guò)高，使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至擊穿而造成事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)發(fā)生事故原因中有相當(dāng)一部分與電力設(shè)備過(guò)熱問(wèn)題有關(guān)。因此，必須采取有效措施監(jiān)控

10、重要高壓設(shè)備局部的溫度點(diǎn)。在高壓輸電系統(tǒng)中，配電柜開(kāi)關(guān)接點(diǎn)的溫度的異常變化常預(yù)示著一次重大事故的發(fā)生， 因此， 對(duì)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)溫度的監(jiān)測(cè)就有很大的現(xiàn)實(shí)意義。在常把變色示標(biāo)貼片貼在重要的開(kāi)關(guān)接點(diǎn)上， 利用其顏色由深到淺的變化來(lái)判斷接點(diǎn)溫度的變化。這種方法簡(jiǎn)單價(jià)廉，但準(zhǔn)確度較差， 需要值班人員的定時(shí)巡檢，工作強(qiáng)度大。近年來(lái)出現(xiàn)了一種便攜式紅外線測(cè)溫儀，不接觸測(cè)量， 測(cè)量準(zhǔn)確， 價(jià)格較貴， 同樣需要值班人員的定時(shí)巡檢， 并作好記錄， 以便于分析各接點(diǎn)的溫度變化趨勢(shì)。以上2種方法， 都是利用人工方法進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)， 測(cè)量結(jié)果和記錄數(shù)據(jù)含有較多的人為因素， 并且不能連續(xù)監(jiān)測(cè)。因此連續(xù)溫度監(jiān)控和實(shí)時(shí)關(guān)鍵部件溫度

11、趨勢(shì)匯報(bào)已經(jīng)成為急需解決的問(wèn)題。而在線溫度連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)溫度，通過(guò)趨勢(shì)分析， 能超前發(fā)現(xiàn)隱情， 將電氣故障扼殺在萌芽狀態(tài)。介紹一種利用紅外溫度傳感器對(duì)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 并利用微機(jī)來(lái)對(duì)各接點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、存儲(chǔ)、分析， 以對(duì)溫度異常變化的接點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、維修，做到防患于未然。因此，研制一種非接觸式溫度測(cè)量裝置對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行是非常有必要的。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)與控制方面，紅外溫度傳感器以其優(yōu)異的性能，滿足了多方面的要求，特別是需要對(duì)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，一般都是溫度傳感器大顯身手的地方。其測(cè)試原理:任何物體都會(huì)發(fā)出電磁輻射，這種電磁輻射能被紅外溫度傳感器測(cè)

12、量。當(dāng)物體溫度變化時(shí)，其輻射出的電磁波的波長(zhǎng)也會(huì)隨之變化，紅外傳感器能將這種波長(zhǎng)的變化轉(zhuǎn)換成溫度的變化，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、測(cè)溫的目的。由此可見(jiàn)，可以利用紅外溫度傳感器對(duì)高壓電力設(shè)備的觸頭溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，紅外溫度傳感器在對(duì)食品、藥物等溫度檢測(cè)的領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用?；谏鲜龅姆治?，本文采用紅外溫度傳感器對(duì)電力設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由單片機(jī)p89v51rd、ad7706模數(shù)轉(zhuǎn)換器和紅外溫度傳感器三部分構(gòu)成。利用紅外溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并利用單片機(jī)和ad7706構(gòu)成的采集系統(tǒng)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。整個(gè)系統(tǒng)由于采用了單片機(jī)、高速ad轉(zhuǎn)換器和紅外溫度傳

13、感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓設(shè)備的溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。此外，整個(gè)系統(tǒng)還具有測(cè)試精度高、智能化程度高等特點(diǎn)第一章 溫度測(cè)量的概述1.1 溫度的概念與溫標(biāo)1.1.1 溫度溫度是一個(gè)基本物理量。溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說(shuō)，互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。溫度的微觀概念是大量分子運(yùn)動(dòng)平均強(qiáng)度的表示。分子運(yùn)動(dòng)愈激烈其溫度表現(xiàn)越高。自然界中幾乎所有的物理化學(xué)過(guò)程都與溫度緊密相關(guān)，因此溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)以及日常生活中需要普遍進(jìn)行測(cè)量和控制的一個(gè)重要物理量1。1.1.2 溫標(biāo)溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過(guò)物體隨溫度變化的某些特性來(lái)間接測(cè)量，而用來(lái)量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度

14、的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測(cè)量溫度的基本單位。目前國(guó)際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的基礎(chǔ)是利用物質(zhì)體膨脹與溫度的關(guān)系。認(rèn)為在兩個(gè)易于實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的溫度點(diǎn)之間所選定的測(cè)溫物質(zhì)體積的變化與溫度成線性關(guān)系。把在兩溫度之間體積的總變化分為若干等分，并把引起體積變化一份的溫度定義為 1 度。經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)與測(cè)溫介質(zhì)有關(guān)，有多少種測(cè)溫介質(zhì)就有多少個(gè)溫標(biāo)。按照這個(gè)原則建立的有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo) 。攝氏溫標(biāo)：所用標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀玻璃溫度計(jì)。分度方法是規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，水的冰點(diǎn)為零度，沸點(diǎn)為 100 度，水銀體積膨脹被分為 100 等份，對(duì)應(yīng)每份的溫度定義為 1 攝氏度，單位為“” 。華氏溫標(biāo)

15、：標(biāo)準(zhǔn)儀器是水銀溫度計(jì)，按照華氏溫標(biāo)，水的冰點(diǎn)為 32，沸點(diǎn)是 212。分成 180 份，對(duì)應(yīng)每份的溫度為 1 華氏度，單位為“” 。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系為 （1-1）9325oot ft c熱力學(xué)溫標(biāo): :又稱開(kāi)爾文溫標(biāo)，或稱絕對(duì)溫標(biāo)，它規(guī)定分子運(yùn)動(dòng)停止時(shí)的溫度為絕對(duì)零度，水的三相點(diǎn)，即液體、固體、氣體狀態(tài)的水同時(shí)存在的溫度，為 273.16k，水的凝固點(diǎn)，即相當(dāng)攝氏溫標(biāo) 0，相當(dāng)華氏溫標(biāo) 32的開(kāi)氏溫標(biāo)為273.15k。熱力學(xué)溫標(biāo)（符號(hào)為 t）它的單位為開(kāi)爾文（符號(hào)為 k） ，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的 1/273.16。1.2 測(cè)溫方法按照所用方法之不同，溫度測(cè)量分為接觸式和非接觸

16、式兩大類。1.2.1.接觸式測(cè)溫接觸式的特點(diǎn)是測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象相接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡，這時(shí)感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測(cè)對(duì)象的溫度值。優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠。缺點(diǎn)：是感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布，接觸不良等都會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。接觸式測(cè)溫儀器又可分為:a.膨脹式溫度計(jì)(包括液體和固體膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)) b.電阻式溫度計(jì)(包括金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)) 利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)稱為電阻溫度計(jì)。大多數(shù)金屬在溫度升高 1 c 時(shí)電阻將增加 0.40.6。但半

17、導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高 1 c ，電阻約減小26。目前由純金屬制造的熱電阻的主要材料是鉑、銅和鎳，它們已得到廣泛的應(yīng)用。1.鉑電阻溫度計(jì)鉑是一種貴金屬。它的特點(diǎn)是精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，尤其是耐氧化性能很強(qiáng)。鉑在很寬的溫度范圍內(nèi)約 1200c 以下都能保證上述特性。鉑很容易提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可制成很細(xì)的鉑絲(0.02mm 或更細(xì))或極薄的鉑箔。與其它材料相比，鉑有較高的電阻率，因此普遍認(rèn)為是一種較好的熱電阻材料。缺點(diǎn)：鉑電阻的電阻溫度系數(shù)比較小,價(jià)格貴.在 0c 以上，其電阻與溫度的關(guān)系接近于直線，其電阻溫度系數(shù) a 為 3.9103/c 。我

18、國(guó)已采用 iec 標(biāo)準(zhǔn)制作工業(yè)鉑電阻。按 iec 標(biāo)淮，使用溫度已擴(kuò)大到-200850 c ，初始電阻有 100 和 50 兩種。2.銅電阻溫度計(jì)在一般測(cè)量精度要求不高、溫度較低的場(chǎng)合，普遍地使用銅電阻。它可用來(lái)測(cè)量50150 c 的溫度，在這溫度范圍內(nèi)，銅電阻和溫度呈線性關(guān)系： （1-0(1)trrt2）34.26 10/oc銅電阻的缺點(diǎn)是電阻率小所以制成相同阻值的電阻時(shí)，銅電阻絲要細(xì)，這樣機(jī)械強(qiáng)度就不高，或者就要長(zhǎng)，使體積增大。此外銅很容易氧化，所以它的工作上限為 150 c 。但銅電阻價(jià)格便宜，因此仍被廣泛采用熱電阻把溫度量轉(zhuǎn)換成電阻置，這樣就可以通過(guò)測(cè)量電阻來(lái)測(cè)量溫度。測(cè)量電阻通常可利

19、用歐姆表或電橋。平衡電橋法如圖 1-1 所示。如果電阻 r1=r2，當(dāng)熱電阻 rt 阻值隨溫度變化時(shí)，調(diào)節(jié)電位器 rw 的電刷位置 x，使電橋處于平衡狀態(tài)，則有rt=r0 x/l=nr0。圖 1-1 平衡電橋法熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的誤差由熱電阻的基本誤差、指示儀表的誤差、電阻體自熱誤差和引線電阻誤差組成。自熱誤差是由流過(guò)電阻體的電流引起，電流大可提高輸出信號(hào)，但帶來(lái)的自熱誤差也大。一般工業(yè)熱電阻工作電流被限制在6ma 以內(nèi)，這樣自熱溫差就不會(huì)超過(guò) 0.1 c。c.熱電式溫度計(jì)(包括熱電偶和 p-n 結(jié)溫度計(jì))以及其它原理的溫度計(jì)。熱電偶是當(dāng)前熱電測(cè)溫中普遍使用的一種感溫元件，它的工作原理是基于熱電效

20、應(yīng)其工作原理：兩種不同材料的金屬絲兩端牢靠地接觸在一起，當(dāng)兩個(gè)接觸點(diǎn)(稱為結(jié)點(diǎn))溫度 t 和 t0不相同時(shí)，回路中既產(chǎn)生電勢(shì)，并有電流流通，這種把熱能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶基本定律有以下幾種：1.均質(zhì)導(dǎo)體定律由均質(zhì)材料構(gòu)成的熱電偶、熱電動(dòng)勢(shì)的大小只與材料及結(jié)點(diǎn)溫度有關(guān)。與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極溫度分布無(wú)關(guān)。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會(huì)有附加電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。2.中間導(dǎo)體定律將 a、b 構(gòu)成的熱電偶的 t0 端斷開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體 c，只要保持第三導(dǎo)體兩端溫度相同，接入導(dǎo)體 c 后對(duì)回路總電動(dòng)勢(shì)無(wú)影響。3.中間溫度定律在熱電偶回路中，兩接點(diǎn)溫度為 t、t0時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)，

21、等于該熱電偶在接點(diǎn)溫度為 t、ta 和 ta、t0 時(shí)熱電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即： （1-00( ,)( ,)(,)ababaabaet tet tet t3）兩端點(diǎn)在任意溫度時(shí)的熱電勢(shì)為： （1-( ,)( ,0)( ,0)abaababaet tetet4）4.標(biāo)準(zhǔn)電極定律兩種導(dǎo)體 a、b 分別與第三種導(dǎo)體 c 組成熱電偶如果 a、c 和 b、c 熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)已知、那么這兩種導(dǎo)體 a、b 組成的熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)可由下式求得： （1-000( ,)( ,)( ,)abacbcet tet tet t5）熱電偶的參比端處理如前所述，為使熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)量間呈單值函數(shù)關(guān)系，熱電偶的參比端可

22、采用以下方法處理。1.0c 恒溫法這種方法是將熱電偶的參比端保持在穩(wěn)定的 0c 環(huán)境中。2.參比端溫度修正法當(dāng)熱電偶參比端為不等于 0 c 時(shí)，需對(duì)儀表的示值加以修正，因?yàn)闊犭娕嫉臏囟葻犭妱?dòng)勢(shì)關(guān)系以及分度表是在參比端為 0 c 得到的。修正公式： （1-00( ,0)( , )( ,0)ooe tce t te tc6）補(bǔ)償導(dǎo)線的應(yīng)用所謂補(bǔ)償導(dǎo)線就是用熱電性質(zhì)與熱電偶相近的材料制成導(dǎo)線用它將熱電偶的參比端延長(zhǎng)到需要的地方，而且不會(huì)對(duì)熱電偶回路引入超出允許的附加測(cè)溫誤差。隨著熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)化，補(bǔ)償導(dǎo)線也形成了標(biāo)準(zhǔn)系列。國(guó)際電工委員會(huì)也制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，適合于標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶使用。1.2.2.非接觸式測(cè)溫

23、 非接觸測(cè)溫的特點(diǎn)是感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，故可避免接觸測(cè)溫法的缺點(diǎn)，具有較高的測(cè)溫上限。此外，非接觸測(cè)溫法熱慣性小，可達(dá)千分之一秒，故便于測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。非接觸測(cè)溫主要是利用光輻射來(lái)測(cè)量物體溫度。任何物體受熱后都特有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠埽瑴囟仍礁?，則發(fā)射到周圍空間的能量就越多。輻射能以波動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)，其波長(zhǎng)的范圍極廣，從短波、x 光、紫外光、可見(jiàn)光、紅外光一直到電磁波。而在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)光和紅外光，因?yàn)榇祟惸芰勘唤邮找院螅噢D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。熱輻射基本定律有以下幾種：1.基爾霍夫定律光譜吸收比： （

24、1-7）( , )( )( )dttd 式中，為照射到物體單位面積上的輻通量(包括有不同波長(zhǎng) 的輻射)；( , )dt 為被物體吸收的輻通量。( )d 在熱平衡時(shí)被分析物體向四周的輻射功率等于它吸收的功率，就是溫度 t時(shí)絕對(duì)黑體的光譜輻射出射度。 （1-( )( )( )mtftt8）為物體的光譜輻射出射度( )mt2.斯忒潘玻耳茲曼定律斯式潘根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比。3.普朗克定律： （1-2()0152( )1hcktc hmte9） （1-2()0115( )1ctcmte10）也可用亮度表示： （1-2()0115( )1ctcl te11）式中，為波

25、長(zhǎng)；c1為普朗克第一輻射常數(shù), c2為普朗克第二輻射常數(shù)，h 為普朗克常數(shù)；c 為光速；k 為玻耳茲曼常數(shù)。26123.7408 10chcw m221.4388 10hcck mk4.維恩位移定律熱輻射電磁波中包含著各種波長(zhǎng)，從實(shí)驗(yàn)可知，物體峰值輻射波長(zhǎng)與物體自身的絕對(duì)溫度 t 成以下關(guān)系： （1-2897()mtmk12）非接觸式溫度計(jì)又可分為輻射溫度計(jì)、亮度溫度計(jì)和比色溫度計(jì)，由于它們都是以光輻射為基礎(chǔ)，故也統(tǒng)稱為輻射溫度計(jì)。1.全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)是利用物體的溫度與總輻射出射度全光譜范圍的積分輻射能量的關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的。根據(jù)斯忒潘一玻耳茲曼定律總輻射出射度為： （1-04( )mt

26、t13）或 （1-04( )mtt14）只要采用敏感元件測(cè)量出這輻射功率的大小，就可以測(cè)量出被測(cè)對(duì)象的溫度。應(yīng)該注意的是儀表是以絕對(duì)黑體輻射功率與溫度的關(guān)系分度的，而實(shí)際使用時(shí)，被測(cè)物體并不是黑體，這樣測(cè)出的溫度自然要低于被測(cè)物體的實(shí)際溫度。我們一般把這個(gè)溫度稱為“輻射溫度”： （1-44tftt 15）或 （1-41fttt16）式中，t 和 tf分別為物體的真實(shí)溫度和輻射溫度，t為溫度 t 時(shí)物體全輻射的黑度系數(shù)。2.部分輻射溫度計(jì)為了提高儀表的靈敏度，有時(shí)熱敏元件不是采用熱電堆，而是采用光電池、光敏電阻以及其它的一些紅外探測(cè)元件，這些元件和熱電堆相比具有光譜選擇性，它們僅能對(duì)某一波長(zhǎng)范圍

27、的光譜產(chǎn)生效應(yīng)。因此它們對(duì)測(cè)量的要求是，只能使工作光譜僅限于一定的光譜范圍內(nèi)。我們稱此類輻射溫度計(jì)為部分輻射溫度計(jì)。部分輻射溫度計(jì)的光路系統(tǒng)所示，一般由主鏡和次鏡一組發(fā)射系統(tǒng)來(lái)完成焦距的調(diào)整，使成像集中在熱敏元件表面，而目鏡系統(tǒng)主要用于對(duì)目標(biāo)的瞄準(zhǔn)、熱敏元，件的輸出信號(hào)通過(guò)測(cè)量電路來(lái)完成信號(hào)的放大和整流。測(cè)量電路包括測(cè)量橋路、前置放大、選頻、移相放大以及相敏整流等部分。按照溫度測(cè)量范圍，可分為超低溫、低溫、中高溫和超高溫溫度測(cè)量。超低溫一般是指 010k，低溫指 10800k，中溫指 8001900k，高溫指19002800k 的溫度，2800k 以上被認(rèn)為是超高溫。第二章.紅外溫度傳感器測(cè)量

28、電路的設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)單片機(jī) p89v51p89v51 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2.1.1 概述p89v51rd2 是一款 80c51 微控制器，包含 64kb flash 和 1024 字節(jié)的數(shù)據(jù)ram。p89v51rd2 的典型特性是它的 x2 方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)者可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的 80c51 時(shí)鐘頻率（每個(gè)機(jī)器周期包含 12 個(gè)時(shí)鐘）或 x2 方式（每個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)時(shí)鐘）的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇 x2 方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得 2 倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時(shí)鐘頻率減半來(lái)保持特性不變，這樣可以極大地降低 emi3。flash 程序存儲(chǔ)器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（isp）

29、 。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁(yè)編程）方式，可節(jié)省編程花費(fèi)和推向市場(chǎng)的時(shí)間。isp允許在軟件控制下對(duì)成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生/更新能力實(shí)現(xiàn)了 isp 的大范圍應(yīng)用。p89v51rd2 也可采用在應(yīng)用中編程（iap） ，允許隨時(shí)對(duì) flash 程序存儲(chǔ)器重新配置，即使應(yīng)用程序正在運(yùn)行時(shí)也不例外。2.1.2 主要特性80c51 核心處理單元；5v 的工作電壓，操作頻率為 040mhz；64kb 的片內(nèi) flash 程序存儲(chǔ)器，具有 isp（在系統(tǒng)編程）和 iap（在應(yīng)用中編程）功能；通過(guò)軟件或 isp 選擇支持 12 時(shí)鐘（默認(rèn)）或 6 時(shí)鐘模式；spi（串行外圍接口）和增

30、強(qiáng)型 uart；pca（可編程計(jì)數(shù)器陣列） ，具有 pwm 和捕獲/比較功能；4 個(gè) 8 位 i/o 口，含有 3 個(gè)高電流 p1 口（每個(gè) i/o 口的電流為 16ma） ；3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；可編程看門狗定時(shí)器（wdt） ；8 個(gè)中斷源，4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；2 個(gè) dptr 寄存器。2.1.3 管腳功能介紹p89v51rd2 的管腳圖如 2-1 所示：圖 2-1 p89v51 管腳分布p0.0-p0.7 p0 口：p0 口是一個(gè)開(kāi)漏雙向 i/o 口。寫入1時(shí) p0 口懸浮，可用作高阻態(tài)輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0 口復(fù)用為低位地址和數(shù)據(jù)總線。應(yīng)用中 p0 口利用強(qiáng)內(nèi)部

31、上拉來(lái)發(fā)送1電平。p0 口可在外部主機(jī)模式編程過(guò)程中接收代碼字節(jié)和在外部主機(jī)模式校驗(yàn)過(guò)程中發(fā)送代碼字節(jié)。p0口用作程序校驗(yàn)或通用 i/o 口時(shí)均需連接一個(gè)外部上拉電阻。p1.0-p1.7 p1 口：p1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉的 8 位雙向口。寫入1時(shí)p1 口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。用作輸入時(shí)，由于內(nèi)部上拉的存在，p1 口被外部器件拉低時(shí)將吸收電流（iil） 。此外，p1.5,p1.6,p1.7 還有 16ma 的高電流驅(qū)動(dòng)能力。在外部主機(jī)模式編程和校驗(yàn)中，p1 口也可接收低位地址字節(jié)。p2.0-p2.7 p2 口：p2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉的 8 位雙向口。寫入1時(shí) p2 口被內(nèi)部上拉拉高，可

32、用作輸入。用作輸入時(shí)，由于內(nèi)部上拉的存在，p2 口被外部器件拉低時(shí)將吸收電流（iil） 。在取指外部程序存儲(chǔ)器或訪問(wèn) 16 位地址（movx dptr）的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2 口發(fā)送高位地址。應(yīng)用中 p2 口利用強(qiáng)內(nèi)部上拉來(lái)發(fā)送1 。在外部主機(jī)模式編程和校驗(yàn)中，p2 口可接收一些控制信號(hào)和部分高地址位。p3.0-p3.7 p3 口：p3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉的 8 位雙向口。寫入1時(shí)p3 口被內(nèi)部上拉拉高，可用作輸入。用作輸入時(shí)，由于內(nèi)部上拉的存在，p3 口被外部器件拉低時(shí)將吸收電流（iil） 。在外部主機(jī)模式編程和校驗(yàn)中，p3 口可接收一些控制信號(hào)和部分高地址位。psen 程序選通使能：ps

33、en 是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。psen 在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的程序時(shí)無(wú)效（高電平） ，執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器時(shí)每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效，但當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)兩個(gè)有效 psen 脈沖將被跳過(guò)。當(dāng) rst輸入引腳的高電平時(shí)間大于 10 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，向 psen 腳強(qiáng)制輸入一個(gè)高電平到低電平的跳變將使器件進(jìn)入外部主機(jī)模式編程。rst 復(fù)位：振蕩器工作時(shí)，該引腳上 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平邏輯狀態(tài)將使器件復(fù)位。當(dāng) rst 輸入引腳為高電平時(shí)，如果 psen 腳輸入一個(gè)高電平到低電平的跳變，器件將進(jìn)入外部主機(jī)模式。否則進(jìn)入正常工作模式。ea 外部訪問(wèn)使能：若器件要對(duì)外部程序存儲(chǔ)器取指，ea 就必須與

34、 vss 相連。器件執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的程序時(shí) ea 必須與 vdd 相連。然而，4 個(gè)安全鎖定電平可將 ea 禁能，使器件只能執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的程序。ea 腳可承受 12v的高壓。ale/prog 地址鎖存使能：ale 是一個(gè)輸出信號(hào)，在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)將地址低字節(jié)鎖存。該引腳也用作 flash 的編程脈沖輸入（prog） 。通常，ale1在 1/6 的振蕩頻率2時(shí)輸出，可用作外部定時(shí)或外部時(shí)鐘。每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)都有一個(gè) ale 脈沖被跳過(guò)。但是，只要 ao 被置 1，ale 就被禁能。 2.1.4 spi 接口概述spi 描述：串行外圍接口（spi）實(shí)現(xiàn)了 p89v51rd2 和

35、外圍器件之間以及多個(gè) p89v51rd2 器件之間數(shù)據(jù)的高速同步傳輸。圖 2-2 所示為主機(jī)和從機(jī) spi 器件之間的連接。sck 是主機(jī)和從機(jī)模式的時(shí)鐘輸入、輸出腳。主器件 spi 數(shù)據(jù)寄存器的寫操作完成后，起動(dòng) spi 時(shí)鐘發(fā)生器。寫入的數(shù)據(jù)便從主器件的 mosi 腳移出，移入到從器件的 mosi 腳。一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，spi 時(shí)鐘發(fā)生器關(guān)閉，spif 標(biāo)志置位。如果 spi 中斷使能位（spie）和串口中斷使能位（es）置位，產(chǎn)生 spi 中斷請(qǐng)求。圖 2-2 spi 主機(jī)從機(jī)之間的連接當(dāng)外部主機(jī)驅(qū)動(dòng)從機(jī)選擇輸入腳，ss/p14，為低電平時(shí)，spi 模塊用作從機(jī)。如果 ss/p1

36、4腳不為低電平，則 spi 單元不被激活，mosi/p15只能用作輸入口。 2.2 ad7706 模數(shù)轉(zhuǎn)換器介紹ad7706 具有與 p80v51 相匹配的 spi 接口，并且是 16 位的，可以提供高精度的數(shù)據(jù)采集，滿足精度要求，所以選擇 ad7706 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2.2.1 概述ad7706 是應(yīng)用于低頻測(cè)量的 3 通道的模擬前端。該器件可以接受直接來(lái)自傳感器的低電平的輸入信號(hào)，然后產(chǎn)生串行 的數(shù)字輸出。利用-轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 16 位無(wú)丟失代碼性能。選定的輸入信號(hào)被送到一個(gè)基于模擬調(diào)制器的增益可編程專用前端。片內(nèi)數(shù)字濾波器處理調(diào)制器的輸出信號(hào)。通過(guò)片內(nèi)控制寄存器可調(diào)節(jié)濾波器的截止點(diǎn)和輸出更

37、新速率，從而對(duì)數(shù)字濾波器的第一個(gè)陷波進(jìn)行編程4。ad7706 只需 2.7-3.3v 或 4.75-5.25v 單電源。ad7706 是 3 通道偽差分模擬輸入，有一個(gè)差分基準(zhǔn)輸入。當(dāng)電源電壓為 5v，基準(zhǔn)電壓為 2.5v 時(shí)，可將輸入信號(hào)范圍從 020mv 到 02.5v 的信號(hào)進(jìn)行處理。還可處理20mv2.5v 的雙極性輸入信號(hào)，ad7706 是 common 輸入端。當(dāng)電源電壓為 3v，基準(zhǔn)電壓為 1.225v 時(shí)，可處理 010mv 到 01.225v 的單極性輸入信號(hào)，它的雙極性輸入信號(hào)范圍是10mv 到1.225v。因此，ad7706 可以實(shí)現(xiàn) 3 通道系統(tǒng)所有信號(hào)的調(diào)理和轉(zhuǎn)換。a

38、d7706 是用于智能系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)和基于 dsp 系統(tǒng)的理想產(chǎn)品。其串行接口可配置為三線接口。增益值、信號(hào)極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來(lái)配置。該器件還包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項(xiàng)，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。2.2.2 主要特性3 個(gè)全差分輸入通道的 adc16 位無(wú)丟失代碼0.003%非線性；可編程增益前端增益:1128 ；三線串行接口spitm,qspitm,microwiretm和 dsp 兼容；有對(duì)模擬輸入緩沖的能力；2.7-3.3v 或 4.75-5.25v 工作電壓。2.2.3 管腳功能介紹ad7706 的管腳圖如圖 2-3 所示：圖 2-3 ad7706

39、 管腳分布sclk 串行時(shí)鐘，施密特邏輯輸入。將一個(gè)外部的串行時(shí)鐘加于這一輸入端口，以訪問(wèn) ad7706 的串行數(shù)據(jù)。該串行時(shí)鐘可以是連續(xù)時(shí)鐘以連續(xù)的脈沖串傳送所有數(shù)據(jù)。反之，它也可以是非連續(xù)時(shí)鐘，將信息以小型數(shù)據(jù)發(fā)送給 ad7706。mclk in 為轉(zhuǎn)換器提供主時(shí)鐘信號(hào)。能以晶體/諧振器或外部時(shí)鐘形式提供。晶體/諧振器可以接在 mclk in 和 mclk out 二引腳之間。此外，mclk in 也可用 cmos 兼容的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，而 mlck out 不連接。時(shí)鐘頻率范圍為500khz5mhz。mclk out 當(dāng)主時(shí)鐘為晶體/諧振器，晶體/諧振器被接在 mclk in 和 mclk o

40、ut 之間。如果在 mclk in 引腳處接上一個(gè)外部時(shí)鐘，mclk out 將提供一個(gè)反相時(shí)鐘信號(hào)。這個(gè)時(shí)鐘可以用來(lái)為外部電路提供時(shí)鐘源，且可以驅(qū)動(dòng)一個(gè) cmos負(fù)載。如果用戶不需要，mclk out 可以通過(guò)時(shí)鐘寄存器中的 clk dis 位關(guān)掉。這樣，器件不會(huì)在 mclk out 腳上驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載而消耗不必要的功率。cs 片選，低電平有效的邏輯輸入，選擇 ad7706/7706。將該引腳接為低電平，ad7706 能以三線接口模式進(jìn)行。在串行總線上帶有多個(gè)器件的系統(tǒng)中，可由該端口對(duì)這些器件做出選擇，或在與 ad7706/7706 通信時(shí)，可用作幀同步信號(hào)。reset 復(fù)位輸入。低電平有效的

41、輸入，將器件的控制邏輯、接口邏輯、校準(zhǔn)系數(shù)、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器復(fù)位至上電狀態(tài)。ain1 對(duì)于 ad7706，模擬輸入通道 1 的輸入端。ain2 對(duì)于 ad7706，模擬輸入通道 2 的輸入端。common 對(duì)于 ad7706，common 輸入端，模擬通道 1、2、3 的輸入以此輸入端為基準(zhǔn)。ref in(+) 基準(zhǔn)輸入端。ad7706/7706 差分基準(zhǔn)輸入的正輸入端。基準(zhǔn)輸入是差分的，并規(guī)定 ref in(+)必須大于 ref in(-)。ref in(+)可以取 vdd和 gnd之間的任何值。ain3 對(duì)于 ad7706，模擬輸入通道 3 的輸入端。drdy 邏輯輸出。該輸出端上的

42、邏輯低電平表示可以從 ad7706/7706 的數(shù)據(jù)寄存器獲取新的輸出值。dout 串行數(shù)據(jù)輸出端。從片內(nèi)的輸出移位寄存器讀出的串行數(shù)據(jù)由此端輸出。根據(jù)通訊寄存器中寄存器選擇位，移位寄存器可容納來(lái)自通訊寄存器、時(shí)鐘寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的信息。din 串行數(shù)據(jù)輸入端。從片內(nèi)的輸入移位寄存器寫入的串行數(shù)據(jù)由此端輸入。根據(jù)通訊寄存器中寄存器選擇位，輸入移位寄存器中的數(shù)據(jù)被傳送到設(shè)置寄存器、時(shí)鐘寄存器或通訊寄存器。vdd 電源電壓，2.7v5.25v。gnd 內(nèi)部電路的地電位基準(zhǔn)點(diǎn)。2.2.4 電路說(shuō)明ad7706 是一種片內(nèi)帶數(shù)字濾波的a/d 轉(zhuǎn)換器，旨在為寬動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量、工業(yè)控制或工藝控制中的低頻信

43、號(hào)的轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)的。它包括一個(gè)（或電荷平衡）adc、片內(nèi)帶靜態(tài) ram 的校準(zhǔn)微控制器、時(shí)鐘振蕩器、數(shù)字濾波器和一個(gè)雙向串行通信端口。該器件的電源電流僅為 320ua，使得它理想的用于電池供電的儀器中。器件具有兩種可選電源電壓范圍分別是 2.73.3v或 4.755.25v。ad7706 包括 3 個(gè)可編程增益全差分模擬輸入通道，輸入通道的可選增益為 1、2、4、8、16、32、64、和 128，當(dāng)基準(zhǔn)輸入電壓為 2.5v 時(shí)允許器件接收0mv+20mv 和 0v+2.5v 之間的單極性信號(hào)或20mv 至2.5v 范圍內(nèi)的雙極性信號(hào)。基準(zhǔn)電壓為 1.225v 時(shí)，在單極性模式下，輸入范圍是0mv

44、+10mv 至 0v+1.225v,雙極性模式下，輸入范圍是10mv1.225v。ad7706 片內(nèi)包括 8 個(gè)寄存器，這些寄存器通過(guò)器件的串行口訪問(wèn)。第一個(gè)是通信寄存器，它管理通道選擇，決定下一個(gè)操作是讀操作還是寫操作，以及下一次讀或?qū)懩囊粋€(gè)寄存器，所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開(kāi)始。上電或復(fù)位后，器件等待在通信寄存器上進(jìn)行一次寫操作。這以寫到通信寄存器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫，同時(shí)決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀囊粋€(gè)寄存器發(fā)生。所以，寫任何其他寄存器首先要寫通信寄存器，然后才能寫選定的寄存器。所有的寄存器進(jìn)行讀操作之前，必須先寫通信寄存器，然后才能讀選定的寄存器。此外，通信寄存器還控

45、制等待模式和通道選擇，此外 drdy 狀態(tài)也可以從通信寄存器上讀出。第二個(gè)寄存器是設(shè)置寄存器，決定校準(zhǔn)模式、增益設(shè)置、單/雙極性輸入以及緩沖模式。第三個(gè)寄存器是時(shí)鐘寄存器，包括濾波器選擇位和時(shí)鐘控制位。第四個(gè)寄存器是數(shù)據(jù)寄存器，器件輸出的數(shù)據(jù)從這個(gè)寄存器讀出。最后一個(gè)寄存器是校準(zhǔn)寄存器，它存儲(chǔ)通道校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。輸入到模擬輸入端的信號(hào)被持續(xù)采樣，采樣頻率由主時(shí)鐘 mclk in 的頻率和選定的增益決定。電荷平衡 a/d 轉(zhuǎn)換將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)化為占空比包含數(shù)字信息的數(shù)字脈沖鏈。模擬輸入端的可編程增益功能配合-調(diào)制器，修正輸入的采樣頻率，以獲得更高的增益，sinc3低通數(shù)字濾波器處理-調(diào)制器的輸出并以一定的

46、速率更新輸出寄存器，這速率由濾波器第一個(gè)陷波的頻率決定。輸出數(shù)據(jù)可以從串行端口上隨機(jī)地或周期性地讀出，讀出速率可為不超過(guò)輸出寄存器更新速率的任意值。數(shù)字濾波器的第一個(gè)陷波頻率（以及-3db 頻率）可以通過(guò)設(shè)置寄存器的 fso 和 fsi 編程。當(dāng)主時(shí)鐘的頻率為 2.4576mhz 時(shí)，第一陷波頻率的可編程范圍為 50hz500hz。當(dāng)時(shí)鐘頻率為 1mhz 時(shí)，第一陷波的可編程范圍為 20hz200hz，-3db 頻率的范圍為 5.24hz52.4hz。圖 2-4 是 ad7706 的基本連接電路圖，如圖所示，整個(gè)芯片的工作電壓為5v。其信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程為：首先利用模擬信號(hào)的輸入口，將被測(cè)模擬信號(hào)

47、輸入到 ad7706 模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，根據(jù)通過(guò) din 口的輸入指令，并利用 ad780 芯片所提供的+2.5v 基準(zhǔn)電壓將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，當(dāng) drdy 管腳的信號(hào)為低電平時(shí)，通過(guò) dout 口將數(shù)據(jù)傳送到后面的單片機(jī)中。在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，其轉(zhuǎn)換速度由 mclk in和 mclk out 之間的晶振頻率所決定，頻率越高，其轉(zhuǎn)換速度越快，反之，轉(zhuǎn)換速度越慢。圖 2-4 ad7706 的基本連接電路圖 2.2.5 注意事項(xiàng)ad7706功能獨(dú)特，具有分辨率高、接口簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用有時(shí)會(huì)遇到一些問(wèn)題，只要注意是完全可以避免的。1.在實(shí)際應(yīng)用中，由于強(qiáng)電磁場(chǎng)、系統(tǒng)中的閃爍信號(hào)干擾或者軟件錯(cuò)誤，不

48、可避免會(huì)造成接口迷失，一旦接口迷失，就無(wú)法對(duì)ad7706進(jìn)行正常操作，數(shù)據(jù)也無(wú)法從中正常讀出。因此，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)定時(shí)復(fù)位系統(tǒng)接口，使通信寄存器回到等待寫狀態(tài)，這一過(guò)程可以通過(guò)向din輸入端寫入至少32個(gè)串行時(shí)鐘周期的邏輯“1”以復(fù)位串行接口。同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意，由于接口出現(xiàn)迷失，寫入任何寄存器的信息都是不可預(yù)料的，所以接口復(fù)位后建議將所有的寄存器重新設(shè)置一次。2.輸出數(shù)據(jù)可以從串行口上隨機(jī)地或周期性地讀出，讀出速率應(yīng)不超過(guò)預(yù)設(shè)的輸出寄存器更新速率。讀數(shù)據(jù)的例程里面不應(yīng)該加入太多的其它操作，確保在下一次輸出數(shù)據(jù)更新之前讀操作已經(jīng)完成，這樣才能避免連續(xù)兩次從數(shù)據(jù)寄存器讀到同樣的數(shù)據(jù)(沒(méi)有被更新

49、數(shù)據(jù))。3.在設(shè)計(jì) ad7706 印刷板電路必須講究布線技巧，布線的好壞直接影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度，甚至?xí)鹦酒ぷ魇С?。?jīng)驗(yàn)表明，ad7706 應(yīng)該布設(shè)在一個(gè)相對(duì)獨(dú)立和集中的區(qū)域，器件面用覆銅作接地平面，起到屏蔽作用。數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)盡可能在底面分開(kāi)布線，模擬接地與數(shù)字接地應(yīng)只在一個(gè)點(diǎn)連接在一起，以避免出現(xiàn)接地環(huán)路，并用屏蔽網(wǎng)格技術(shù)加以屏蔽，最后要以星型結(jié)構(gòu)接入系統(tǒng)公共接地點(diǎn)。所有電源都要加電容去耦電路，電容器盡可能靠近芯片的電源輸入端。2.3 單片機(jī)與 ad 的接口電路設(shè)計(jì)為了使單片機(jī)能夠控制 ad7706，并對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，對(duì)單片機(jī)和ad7706 模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的接口電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由于

50、兩者有 spi 總線，因此其連線為：slck 與 sck 相連，din 與 miso 相連，dout 與 mosi 相連。對(duì)于 ad7706芯片的片選信號(hào) cs，將其接地。對(duì)于 drdy 口，由于在設(shè)計(jì)中采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此將該接口和單片機(jī)的 int0 進(jìn)行相連，其接口電路如圖 2-5 所示。整個(gè)電路的工作過(guò)程為：首先利用單片機(jī)的 spi 總線向 ad7706 輸入控制信號(hào)，啟動(dòng)其模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，然后等待中斷。當(dāng) drdy 為低電平時(shí)，啟動(dòng)單片機(jī)的中斷，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì) ad7706 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取5。圖 4-5 單片機(jī)與 ad 的接口電路2.4 輸入信號(hào)電路設(shè)計(jì)為了防止外界噪聲和過(guò)電

51、壓對(duì)測(cè)量的影響，則需對(duì)信號(hào)的輸入電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本電路中采用 rc 濾波電路，tvs 保護(hù)電路以及利用 op-07 放大器構(gòu)成的反向電路作為信號(hào)的輸入電路，其設(shè)計(jì)電路如圖 2-6 所示。信號(hào)輸入電路的工作過(guò)程為：首先利用 tvs 瞬態(tài)抑制管的特性，將過(guò)電壓信號(hào)進(jìn)行濾除，防止過(guò)電壓信號(hào)對(duì)后續(xù)電路的損壞，接著利用 rc 電路，將信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行濾除，從而消除外界干擾對(duì)測(cè)量的影響。最后，利用 op-07 組成的反向器將模擬信號(hào)輸入到 ad7706 中。 圖 2-6 輸入信號(hào)電路2.5 imp813 看門狗電路設(shè)計(jì) 看門狗計(jì)時(shí)器電路英文名為 watch dog timer 簡(jiǎn)稱 wdt，其作用

52、是監(jiān)測(cè)單片機(jī)的運(yùn)行， 一旦發(fā)現(xiàn)“死機(jī)”就發(fā)出復(fù)位信號(hào)恢復(fù)程序的正常運(yùn)行。在本文所設(shè)計(jì)的看門狗電路中采用 imp813 看門狗專用芯片。如圖 2-7 所示。由于本電路只實(shí)現(xiàn)外部復(fù)位，因此，下面只對(duì)以下兩個(gè)管腳進(jìn)行介紹。手動(dòng)復(fù)位（mr）：低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入可被 250a 上拉電流拉至高電平，并可被cmos/ttl 邏輯或接地的機(jī)械開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)至低電平。不需要外部去抖動(dòng)電路，因?yàn)樽钚?140ms 的復(fù)位時(shí)間可以消除機(jī)械按鈕開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)。將 wdo 連至 mr 可使看門狗超時(shí)產(chǎn)生復(fù)位。reset：復(fù)位信號(hào)用來(lái)按已知狀態(tài)啟動(dòng) p/c，一旦 p/c 處于未知狀態(tài)，就將系統(tǒng)復(fù)位。imp813 有一個(gè)高電平

53、有效的復(fù)位輸出。當(dāng) vcc 大于 1.2v 時(shí)，reset 保證為低電平。在上電期間，reset 保持低電平直到電源電壓升至復(fù)位門限（4.65v 或 4.40v）以上。在超過(guò)此門限后，reset 為高電平大約 200ms。在掉電期間，當(dāng) vcc 降至復(fù)位門限以下時(shí)，reset 變?yōu)榈碗娖剑⒃?vcc 大于1.2v 時(shí)保證低于 0.4v。在 vcc 降至復(fù)位門限電壓以下時(shí)，即處于降壓的情況下，reset 變?yōu)榈碗娖?。如果在已開(kāi)始的復(fù)位脈沖期間電壓下降，則該脈沖至少再持續(xù) 140ms。圖 2-7 看門狗電路此外，在看門狗電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要注意以下幾點(diǎn)：1）看門狗的監(jiān)控周期丁的選擇最好是單片機(jī)程

54、序完成一次循環(huán)所需最長(zhǎng)時(shí)間的1.5-4 倍。如果 t 選擇太短 wdt 容易誤動(dòng)作，太長(zhǎng)則死機(jī)停留的時(shí)間太長(zhǎng)影響計(jì)量精度。應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的精度要求而定。2）系統(tǒng)軟件應(yīng)對(duì)死機(jī)恢復(fù)及上電初始化做不同的處理。因?yàn)樯想姵跏蓟绦蛞獙?duì) ram 進(jìn)行清零及賦值操作；而死機(jī)恢復(fù)程序不應(yīng)對(duì) ram 進(jìn)行清零及賦值操作，否則將造成運(yùn)行數(shù)據(jù)丟失。通常單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)特定的標(biāo)志位以區(qū)別是初上電還是 wdt 復(fù)位。3）如果使用外 wdt 電路，要根據(jù)單片機(jī)對(duì)復(fù)位信號(hào)的要求來(lái)決定復(fù)位信號(hào)是高電平輸出還是低電平輸出，以及復(fù)位信號(hào)的有效寬度。綜上所述，本文在利用 imp813 芯片進(jìn)行看門狗電路設(shè)計(jì)時(shí)，在 mr 管腳的地方采用

55、一個(gè)上拉電阻和一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)在按鈕按下時(shí)，在 mr 管腳上出現(xiàn)低電平。此外將 reset 管腳和單片機(jī)的 reset 管腳相連，整個(gè)電路如圖 4-7 所示。整個(gè)電路的工作過(guò)程為：在正常工作時(shí)，sw-pb 處于打開(kāi)狀態(tài)，mr 管腳信號(hào)為高電平，reset 管腳沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)；當(dāng)單片機(jī)處于死機(jī)情況時(shí)，sw-pb合上，mr 管腳信號(hào)為低電平，reset 管腳發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位，恢復(fù)正常運(yùn)行。2.6 ad780 基準(zhǔn)電源電路設(shè)計(jì)由于 ad7706 工作時(shí)需要一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)作為其轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電源，故該電壓信號(hào)應(yīng)具有低溫漂、穩(wěn)定的特點(diǎn)，本文采用 ad780 作為 ad7706 的基準(zhǔn)電壓信

56、號(hào)的輸入。根據(jù) ad780 對(duì)外圍電路設(shè)計(jì)的要求，以及 ad7706 對(duì)電壓信號(hào)的要求，對(duì) ad780 的電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，電路如圖 2-8 所示。由于 ad7706 的電壓基準(zhǔn)信號(hào)為 2.5v，由 ad780 管腳的特點(diǎn)，因此其不接地。其工作過(guò)程為：首先對(duì)ad780 提供一個(gè)電源信號(hào)，然后該芯片根據(jù)電源信號(hào)和外部電路的接線特點(diǎn)，在其的電壓輸出端口 vout 輸出+2.5v 的電壓信號(hào)7。圖 4-8 基準(zhǔn)電源電路2.7 整體電路設(shè)計(jì)整個(gè)紅外溫度測(cè)試系統(tǒng)如附錄 1 所示。由圖可知，整個(gè)測(cè)試電路包含了看門狗電路、基準(zhǔn)電壓電路、信號(hào)輸入電路、ad7706 模數(shù)轉(zhuǎn)換和紅外溫度傳感器六部分組成。其工作過(guò)程

57、為：首先利用利用紅外溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)，接著利用信號(hào)的輸入電路，將電信號(hào)輸入到 ad7706 和單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，確保信號(hào)的穩(wěn)定與可靠；然后利用 ad7706 和單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將模擬的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并利用單片機(jī)的微處理功能，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，還利用 ad780 基準(zhǔn)電壓芯片為 ad7706 提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，從而保證模數(shù)轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。第三章 采集程序編寫3.1 寄存器介紹3.1.1 spcrspi 控制寄存器串行外圍接口（spi）實(shí)現(xiàn)了p89v51rd2和外圍器件之間以及多個(gè)p89v51rd2

58、器件之間數(shù)據(jù)的高速同步傳輸。sck是主機(jī)和從機(jī)模式的時(shí)鐘輸入、輸出腳。主器件spi數(shù)據(jù)寄存器的寫操作完成后，起動(dòng)spi時(shí)鐘發(fā)生器。寫入的數(shù)據(jù)便從主器件的mosi腳移出，移入到從器件的mosi腳。一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，spi時(shí)鐘發(fā)生器關(guān)閉，spif標(biāo)志置位。如果spi中斷使能位（spie）和串口中斷使能位（es）置位，產(chǎn)生spi中斷請(qǐng)求。 表3-1 spcrspi控制寄存器的位分配（地址：d5h）可位尋址；復(fù)位源：任何復(fù)位；復(fù)位值：00000000b位位76543210符號(hào)符號(hào)spiespedordmstrcpolcphaspr1spr0表3-2 spcrspi控制寄存器的位描述（地址：d5

59、h）位位符號(hào)符號(hào)描述描述7spie如果spie和es都置1，spi中斷使能。6spespi使能位。該位置位時(shí)spi使能。5dord數(shù)據(jù)傳輸順序。0msb在前；1lsb在前。4mstr主機(jī)/從機(jī)選擇。1主機(jī)模式，0從機(jī)模式。3cpol時(shí)鐘極性。1空閑時(shí)sck為高（低有效）；0空閑時(shí)sck為低（高有效）。2cpha時(shí)鐘相位控制位。1移位在時(shí)鐘的后沿觸發(fā)；0移位在時(shí)鐘的前沿觸發(fā)。1spr1spi時(shí)鐘分頻率選擇位1。當(dāng)器件用作主機(jī)時(shí)，該位和spr0位一起控制器件sck的分頻率。spr1和spr0對(duì)從機(jī)無(wú)影響。見(jiàn)下面的表30。0spr0spi時(shí)鐘分頻率選擇位0。當(dāng)器件用作主機(jī)時(shí)，該位和spr1位一起控制

60、器件sck的分頻率。spr1和spr0對(duì)從機(jī)無(wú)影響。見(jiàn)下面的表5-3。表3-3 spcrspi控制寄存器時(shí)鐘的分頻率選擇（地址：d5h）spr1spr1spr0spr0sck=foscsck=fosc分頻分頻0040116106411128表3-4 spsrspi狀態(tài)寄存器的位分配（地址：aah）可位尋址；復(fù)位源：任何復(fù)位；復(fù)位值：00000000b位位76543210符號(hào)符號(hào)spifwcol-表3-5 spsrspi狀態(tài)寄存器的位描述（地址：aah）位位符號(hào)符號(hào)描述描述7spifspi中斷標(biāo)志。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，該位被置位。如果spie=1和es=1，產(chǎn)生中斷。該位由軟件清零。6wcol寫沖突