基于单片机的红外检测系统研究

【摘要】智能化技术是近年兴起的技术，智能化技术的应用无需人为对操作进行干涉，极大了节约了劳动成本，提高了经济效益。本文试图从红外检测的角度出发，通过物体通常都具备红外属性，以此为依托展开基于红外特性的检测，以单片机技术为支撑平台，对智能化技术展开研究。

【关键词】单片机;红外检测;智能化技术

1.引言

红外检测最早使用在电力行业，在建筑等其它领域的使用还是最近几年的事，所以到目前为止，建筑等领域装备大型红外检测设备的单位并不多，其中有两个原因，其一是大型红外检测设备价格不菲，不少单位无力购买该昂贵的仪器;其二是这种设备使用技术较复杂，目前在建筑行业使用面还不大。但随着全国建筑节能工作的深入和推广，它的应用前景将会日益凸现。

红外检测是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外检测就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。用亮表示温度高，暗表示温度低。或用暖色和冷色表示温度高低。

随着信息化时代智能化的来临，越来越多的工作由智能化来代替，红外检测无疑是在其中扮演着重要的角色，通过对红外能量进行检测，利用单片机来对检测到的红外能量进行处理，从而触发机器的自动化操作，无疑是智能化应用中极为重要的方向，本文正是基于此展开研究。

2.红外检测方法

自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对温度（-273℃）就存在分子和原子无规则的运动，其表面就不断地辐射红外线。红外线是一种电磁波，它的波长范围为0.78～1000um，不为人眼所见。红外检测就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线。它反映物体表面的红外辐射场，即温度场。

2.1 红外温度测量

一切高于绝对零度的物体都能辐射红外线，描述黑体辐射光谱分布的普朗克公式和黑体全辐出度与温度关系的斯蒂芬—玻耳兹曼定律是辐射测温法的基本理论依据。斯蒂芬-玻耳兹曼定律描述的是黑体单位表面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐射功率Mb（T）（简称为全辐射度）随其温度的变化规律。因此，该定律为普朗克辐射定律对波长积分得到：Mb（T）=∫0∞Mλb（T）dλ=σT4。式中σ=π4C1/（15C24）=5.6697×10-8w/（m2·k4），称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。

斯蒂芬-玻耳兹曼定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射，而且，黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比。而且，只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化。

2.2 单片机选择

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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。另外 STC89X52 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。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。正是基于以上这些优点，本文选此单片机作为红外检测设备。

2.3 时钟电路

STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。

在外部方式的时钟电路中，RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。

2.4 红外信号解码检测

STC89C52单片机通过对物体红外温度的检测，将捕获到的红外温度信息进行解码从而进行后续处理，解码的相关伪代码如下所示：

sbit IR = P3^3;         //红外接收器数据线

sbit Duan=P2^6;   //定义数码管的段选使能端

sbit Wei =P2^7;   //定义数码管的位选使能端

#define Digital_tube_Wei_Enable Wei=1;  //开启控制数码管的位选使能端

#define Digital_tube_Wei_Disable Wei=0;     //关闭控制数码管的位选使能端

#define Digital_tube_Duan_Enable Duan=1; //开启控制数码管的段选使能端

#define Digital_tube_Duan_Disable Duan=0; //关闭控制数码管的段选使能端

#define Digital_tube_Duan P0    //定义数码管数据端口

uchar cIRReceiveData[7];

uchar code Dis_table[]=      //将BCD码转换成数码管扫描码的数组

{0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f，0x40，0x00};

2.5 系统其它功能性设计

由基本测温原理可知，单片机系统主要数据处理内容有线性化处理、辐射率修正和环温补偿。这些通过列温度值表和ε修正值表，然后，由查表程序查得实际温度，送显示器显示。D/A转换器使用DACO832芯片，它与微处理器完全兼容，分辨率为8位。通过两级LM324运算放大器转换成0.8～4V电压，再经V-I变换电路得到4～20mA标准电流输出。接口电路包括LCD显示器、键盘、串行通讯、打印机。四位液晶显示器LCD（ED-S805型）用来显示0～500℃温度值，显示分辨率0.1℃。4个显示驱动器选择4544，具有自行消隐无效零的特殊功能。

3.总结

本文从时下流行的智能化技术出发，分析并阐述了当前基于红外检测的智能化发展方向，通过对物体的红外信号进行捕获从而自动触发一些操作，极大地节省了人力资源和时间消耗。如今基于红外检测的相关技术已经在众多领域取得了非常广泛的应用。

参考文献

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作者简介：张金美（1980—），女，江苏淮安人，硕士，讲师，主要研究方向：物联网，控制工程。

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