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1、word1 绪论随着社会经济的快速开展，技术更新越来越快，人们对生活速度和对生活便捷程度的需求越来越高，特别是因为卫生知识的大力普与，人们对个人卫生十分注重，接触式设备往往会带来细菌的交叉感染，因此接触式设备将被逐渐替代，红外测控系统是一种典型的新产品，拥有非接触、可靠性高以与经济等优点。本文主要介绍基于单片机的一类红外测控系统。论文的主要内容是基于单片机的红外测控系统的设计与研究，主要利用红外线的优势与特点，将单片机与红外测控技术结合在一起，采用硬件软件相结合，设计出一个基于单片机的红外测控自动出水装置。1.1 课题研究的背景测控技术是研究信息的获取和处理，以与对相关要素进展控制的理论与技术
2、。是电子、光学、精细机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。 测控技术在军事技术、工业控制、安全保卫、家用电器以与人们的日常生活等诸多领域中都有着非常广泛的应用，而一些教学实验的测控系统也在教学中发挥了很大的作用。随着电子技术的开展，将组成CPU的部件集成在一块半导体芯片上，这个具有CPU功能的大规模集成电路芯片就称之为微处理器MPU。微处理器的出现，推动了微型计算机的开展，同时也引起了电子设计技术领域的探到变革电子技术专业人员，使之可以把微处理器部件像其他集成电路一样嵌入到电子系统中，使电子系统具有可编程序的智能化特点，单片机适用于测量和控制领域，它以芯
3、片形式嵌入到电子产品或系统中起到“电脑作用，受到电子专业技术人员的青睐。单片机以其体积小、可靠性高、功能的专门化为特点。沿着与适用微处理器不同的方向开展。它的出现和开展，标志着单片嵌入技术已经成为电子系统设计的一个重要开展方向1。 目前红外技术作为一种高新技术，在军事中占有举足轻重的位置。红外成像、红外侦查、红外跟踪、红外预警、红外探测等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段。现在红外技术也逐渐向民用转化，主要利用在医疗设施和生活用品上，为人们带来了很大的便利。1.2 课题国内外研究动态1.2.1 国内外红外测控技术开展与现状自从迅猛开展的计算机技术与微电子技术渗透到测控和仪器技术领域，
4、测控技术领域的面貌不断更新。相继出现的智能仪器、总线仪器和虚拟仪器等微机化仪器，都无一例外地利用计算机的软件和硬件优势，从而既增加了测量功能，又提高了技术性能。由于信号被采集变换成数字形式后，更多的分析和处理工作都由计算机来完成，故很自然使人们不再关注仪器与计算机之间的界限。近年来，微处理器的速度不断提高，采用流水线、RISC结构和CACHE等先进技术，又极大提高了计算机的数值处理能力和速度。计算机成为测控系统的中坚力量，网络技术也越来越成为测控技术满足实际需求的的关键支撑。 十九世纪：研究天文星体的红外辐射，应用红外光谱进展物质分析。二十世纪：红外技术首先受到军事部门的关注，因为它提供了黑暗
5、中观察、探测军事目标自身辐射与进展某某通讯的可能性。第一次世界大战期间研制了一些实验性红外装置，如信号闪烁器、搜索装置等，第二次世界大战期间，德国：红外显像管；德国、美国：红外辐射源、红外探测器、测辐射热计等。第二次世界大战后：响尾蛇导弹上的指导装置和u-2间谍飞机的红外照相代表着当时军用红外技术的水平，前视红外装置FLIR获得了军界的重视，并广泛使用；机载前视红外装置能在1500m上空探测到人、小型车辆和隐藏目标，在两千米高空能分辨汽车，特别是能探测到水下40m深处的潜艇。在海湾战争中，红外技术，特别是热成像技术在军事上的作用和威力得到充分显示。七十年代以后军事红外技术又逐步向民用部门转化。
6、红外测温、红外测湿、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用的先进技术。红外测控技术已经步入人们的生活。1.2.2 国内外红外测控技术的开展动向随着人们对生活便捷程度的要求，红外线测控技术将有以下几个开展方向：测控应用X围更广。目前日趋成熟的的红外测控技术，能提高一局部生活的便捷度。如：自动出水装置、红外感应烘干机、红外感应自动门、红外感应电梯等。但是此技术应用X围仍然有限，随着工业生产效率的不断提高，民用红外测控技术会形成产业化，并且在其他领域得到开拓。开展新产品，利用旧的红外测控技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足于用户需要。同时利用新的测试技
7、术制造出新的产品。适应特殊环境的测控。在许多场合中对红外测控技术有特殊要求，例如对于重油隧道窑红外温控、导弹再入段红外测试系统等。向智能化、集成化、适用化方向开展。采用微机向智能化方向开展，让一种产品多用，集成开发提高利用率。 实现尖端科技的开发利用。随着测控技术的不断进步和红外线技术的不断进步，红外测试技术会实现更深层次领域的开发与应用23。1.3 课题研究的意义和目的本自动出水装置系统是以出水龙头为载体，以AT89C51单片机为控制中心，以与发光二极管、红外发射、红外接收、电源电路以与其他电路组成。本课题研究的是基于单片机的红外测控系统，其中主要采用了单片机控制技术和红外感应技术，该系统集
8、成了光学、电学、单片机等技术于一体。除了系统硬件，该系统还进展了灵活的软件技术。系统程序主要包涵初始化、功能处理、定时中断等功能。该系统应用在各个人流量大的洗手、冲水装置中，用单片机做其核心，结合不同的测控方法，配合不同的执行电路，可以完成不同的测控功能，比如自动门、自动报警器、红外避障以与工业生产检测等方面。本装置的完成可以防止洗手、冲水装置人群混杂细菌交叉感染，同时在单片机的控制下可以达到有效的节水功能，保障了人们的卫生和便利，对生活质量的提高有着重要的意义。1.4 课题研究的方案所设计红外测控系统主要包括红外发射、红外接收、单片机处理、控制信号放大与驱动、执行系统等几个局部。该系统采用了
9、红外感应技术和单片机控制技术，集光、机、电技术于一体。系统的原理如下：红外发射局部经过调制之后载有红外光波，当人或者人手靠近时，红外光波被人手反射，反射回来的光波被红外接收装置接收，再由单片机进展处理做出相应的控制决策，输出相应的动作指令，该控制信号经过控制信号经过放大和驱动执行执行系统，如电磁阀，从而达到自动出水的功能。1.5 主要研究内容本设计主要阐述了基于单片机的红外测控系统。第一章 主要设计了红外测控技术的开展现状、意义以与前景。第二章 主要设计了单片机、红外技术以与测控技术的相关根本理论。第三章 主要设计了系统的功能要求和组成原理。第四章 主要设计了芯片的选型与相关功能的介绍。第五章
10、 主要设计了系统硬件的电路图与工作原理。第六章 主要设计了系统软件开发环境和软件程序流程。1.6 本章小结本章主要介绍了课题研究的背景与意义，该课题的国内外动态、研究的意义，并且对课题研究的主体方案进展了阐述。2 红外技术和测控技术知识简介2.1 红外技术的根本理论2.1.1 红外技术的概述红外技术作为一种高新技术，与激光技术并驾齐驱，在军事上占有着举足轻重的地位，红外侦查、红外制导、红外跟踪、红外成像、红外对抗以与红外预警等在现代和未来战争中都是相当重要的战略战术手段。70年代后，红外技术由军事应用逐步向民用部门转化。红外加热、红外枯燥技术广泛应用于工业、医学、农业等行业和部门。红外测湿、红
11、外理疗、红外遥感、红外防伪、红外报警、红外检测等技术更是各个行业争相选用的先进技术。红外技术的最新成就红外热成像技术与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，使它将开展成可与眼睛相媲美的凝视系统4。2.1.2 红外传感系统的分类红外技术开展到今天，已经被大家所熟知，此技术在国防、现代科技和工农业中得到了广泛的应用。红外传感系统是基于红外线为介质的一种测量系统，分类有很多种，以下是按功能进展的分类：一、 热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；二、 搜索和跟踪系统，用于搜索、跟踪目标，确定该目标的空间位置，并且 对其运动轨迹进展跟踪；三、 辐射计，用于辐射和光谱的测
12、量；四、 红外测距，通信系统；五、 混合系统，即以上两个以上系统的结合。2.1.3 红外传感器的工作原理一个典型的传感器系统各局部的实体分别是：1. 待测目标。依据待测目标的红外辐射特性可以进展红外系统的设定。2. 大气衰减。待测目标的红外辐射在通过地球大气层时，大气中的气体分子与其他各种溶胶粒对该辐射进展散射和吸收，使得红外有发出的红外辐射发生衰减。3. 光学接收器。用于接收目标发出的局部红外辐射，并传输给红外传感器。4. 辐射调制器。用于将目标产生的辐射调制成交变的辐射光，以此提供目标的方位信息，并可滤除大面积的干扰信号，又称为斩波器和调制盘，它具有多种结构。5. 红外探测器。这是红外系统
13、的核心局部。该探测器是利用红外辐射与物质的相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射的传感器，其中多数情况下是利用这种相互作用所呈现出来的电学效应。主要分为热敏感探测器和光子探测器两大类型.。6. 探测器制冷器。由于特定的一些探测器需要工作在低温下，所以相应的系统必须含有制冷设备，经过制冷，设备可以缩短响应时间，从而提高探测的灵系数。7. 信号处理系统。将探测所得的信号进展发大、滤波，然后从这些信号中提取出有用信息，然后再将这些信息转化为所需要的格式，最后传输到控制设备或者显示设备中。8. 显示设备。这是红外设备的终端设备。常用的显示器有显像管、示波器、指示仪器、红外感光材料和记录仪等。依照上面
14、的流程，红外系统就能够完成所需要的物理量的测量56。2.2 测控技术的根本理论2.2.1 测控技术的概述现代测控技术是现代信息技术的一局部，它是以电子、测量与控制等涉与多种学科技术的一门高新技术，是21世纪重点开展的技术之一。随着现代科学技术的融入，不但使测控技术在各个领域得到广泛的应用，而且加快了现代测控技术的开展，形成了现代测控技术向微型化、集成化、远程化、网络化、虚拟化等方向开展。回顾测控技术的开展史，现代测控技术与传统的测控技术相比有着极强的新技术特性。众所周知，自20世纪70年代以来，测量、计量、测试技术与仪器制造不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器以与可互换
15、性虚拟仪器等微机化仪器与测控化系统。人类正在从工业化时代进入信息化时代。这个时代的特征是以计算机为核心，它与测量仪器的界限日益模糊，测量领域和X围不断拓宽。特别是近十年来，以Internet为代表的网络技术的出现与它与其他高新技术的相互结合，不仅已将智能互联网产品带入现代生活，而且也为测控技术带来了前所未有的开展方向和机遇。 测控技术的开展趋势1.测控技术的数字化、智能化水平将不断提高，继承多功能仪器的平台将取代传统意义上的单一功能。2.随着计算机技术的日新月异，计算机必将成为测控系统的中坚。“计算机就是仪器，即将成为人们的共识。3.测控技术与网络的结合，使得网络化是今后测控仪器开展的主导方向。可以预见，测试技术的变革，必将引起测量、测试方法的历史性革新。4.以LXI为代表的新一代自动测试平台将引领测控系统开展的新方向。2.3 单片机的理论简介2.3.1 单片机介绍单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器Microcontroller Unit，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中
