基于C8051F350和藍(lán)牙技術(shù)的紅外測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.3 噪聲濾波電路

　　整個(gè)放大電路的噪聲來源主要是共模輸入信號(hào)，盡管前端的AD620儀器放大器能夠抑制一部分噪聲信號(hào)，為得到穩(wěn)定、高精度的數(shù)據(jù)，以及考慮到各電路部分相互干擾和實(shí)際環(huán)境，并針對(duì)溫度信號(hào)為一直流電壓小信號(hào)這一特點(diǎn)，在紅外測(cè)溫信號(hào)放大之后再加一巴特沃茲低通濾波器，濾除其他噪聲。然后由單片機(jī)ADC0中的AIN0.0輸入通道進(jìn)行A/D處理。低通濾波電路如圖3所示。

　　1.4 LCD液晶顯示電路

　　該電路采用一塊LCD12864中文漢顯液晶作為顯示部分，當(dāng)前測(cè)量目標(biāo)溫度和周圍環(huán)境溫度在屏幕上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。該液晶模塊與單片機(jī)采用8位并行傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具體連接為P1.0～P1.7連接LCD12864的DB0～DB7，P2.0～P2.2分別接RS、RPW和E。

　　1.5 功能按鍵電路

　　下位機(jī)電路中，單片機(jī)P2.4口和P2.5口在I/O初始化中配置為上拉使能，與兩個(gè)按鍵S1和S2相連。有按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)I/O電平為低。按鍵S1的主要功能是測(cè)溫，當(dāng)按下此鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入開始測(cè)溫模式;按鍵S2的主要功能是關(guān)閉報(bào)警器，當(dāng)溫度超過設(shè)定上限值時(shí)，報(bào)警器鳴叫時(shí)，按下此鍵，則報(bào)警器停止鳴叫。

　　1.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的報(bào)警功能由一個(gè)蜂鳴器和一個(gè)三極管來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)測(cè)得的溫度值超過設(shè)定值(根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定)時(shí)，單片機(jī)會(huì)給P2.7口一個(gè)低電平，使三極管導(dǎo)通，從而引起蜂鳴器的鳴叫。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到S2鍵按下后，則將P2.7口置高電位，此時(shí)蜂鳴器因三極管的截止而停止報(bào)警。

　　1.7 主從一體藍(lán)牙模塊串口通信設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信采用自帶電壓轉(zhuǎn)接板的HC-05主從一體藍(lán)牙模塊。連接前，對(duì)兩個(gè)藍(lán)牙模塊通過AT指令分別進(jìn)行主機(jī)和從機(jī)配置，并通過輸入配對(duì)密碼進(jìn)行配對(duì)，通信波特率配置為9600bps。下位機(jī)中單片機(jī)UART0中的P0.4、P0.5引腳分別與從機(jī)藍(lán)牙模塊的通信線RXD、TXD連接。上位機(jī)中PC機(jī)通過MAX232電平轉(zhuǎn)換模塊與主機(jī)藍(lán)牙模塊相連。測(cè)試證明，該藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)可靠傳輸范圍在10米以內(nèi)。

　　2 下位機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)

　　2.1 主程序流程圖

　　紅外測(cè)溫系統(tǒng)程序軟件包含A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、LCD顯示、上位機(jī)和下位機(jī)藍(lán)牙數(shù)據(jù)通信等幾部分。為提高測(cè)溫速度和精度，C8051F350單片機(jī)時(shí)鐘乘法器用 CLKMUL寄存器進(jìn)行配置，系統(tǒng)時(shí)鐘為49MHz，ACD0配置為使用外部基準(zhǔn)源，24位模數(shù)連續(xù)轉(zhuǎn)換工作方式。A/D轉(zhuǎn)換部分包含兩路AD轉(zhuǎn)換(環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度)，工作過程中對(duì)AIN0.0和AIN0.2每個(gè)通道中的轉(zhuǎn)換值分別取值11次，把第一次值(此值不可靠)扔掉，剩下的10個(gè)值再求平均，采用這種軟件濾波算法減小因數(shù)據(jù)擾動(dòng)和A/D轉(zhuǎn)換的隨機(jī)性誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果造成的影響，從而進(jìn)一步提高測(cè)量溫度的精度;LCD顯示部分負(fù)責(zé)將被測(cè)溫度和環(huán)境溫度在LCD對(duì)應(yīng)位置顯示出來。

　　在測(cè)溫程序處理中還要考慮熱電堆輸出端的電信號(hào)是反映熱電偶冷熱兩端的溫度差，也就是被測(cè)物體與熱點(diǎn)對(duì)冷熱端的溫度差，而不是反映被測(cè)物體的真實(shí)溫度。由于被測(cè)物體溫度受環(huán)境溫度影響，因此需要對(duì)紅外溫度傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行一定補(bǔ)償^[3]，補(bǔ)償算法如下：

　　U_O= ε×ρ×(T₀³-T³)

　　其中U_O表示被測(cè)物體輻射能量轉(zhuǎn)換輸出的電壓信號(hào);T為當(dāng)前環(huán)境溫度值，T₀為被測(cè)物體溫度;ρ為一常數(shù)，其值為1.0514×10^-5;ε為被測(cè)物體發(fā)射率。測(cè)溫程序流程圖如圖4所示。