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第一章 緒 論
1.1課題研究的背景
隨著人類知識的積累和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，人類對自然的控制與加工能力越來越強(qiáng)。在人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，從工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、國防、通信、交通運(yùn)輸、科學(xué)技術(shù)直到文化娛樂、教育、醫(yī)療乃至家庭生活的每一個(gè)角落，自動(dòng)化設(shè)備、智能儀器儀表正延展著人們的感官，精確地執(zhí)行人的命令，實(shí)現(xiàn)著人們過去可望而不可及的愿望。
由于微處理器生產(chǎn)成本的下降，目前各種自動(dòng)化設(shè)備和智能儀器儀表的核心部件通常是由專用的微處理器構(gòu)成。這些專用的微處理器在我國一般稱為單片機(jī)，國外稱為微控制器。單片機(jī)廣泛用于自動(dòng)化控制設(shè)備、消費(fèi)電子產(chǎn)品、智能儀器儀表等領(lǐng)域，尤其是在新型智能化小產(chǎn)品開發(fā)方面，幾乎是單片機(jī)一統(tǒng)天下。
單片機(jī)是一類特殊的微處理器，它內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)與一般為微處理器相同的是都有控制器、運(yùn)算器和各種專用寄存器。控制器將時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的方波脈沖按固定的時(shí)間順序分配給芯片內(nèi)的各個(gè)部件，即產(chǎn)生節(jié)拍。在節(jié)拍的作用下控制器按程序計(jì)數(shù)器中的地址從程序存儲器中取回指令進(jìn)行譯碼，運(yùn)算器和各種專用寄存器則根據(jù)譯碼在控制器的控制下有條不紊地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞和運(yùn)算處理。
單片機(jī)的應(yīng)用，打破了人們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。原來需要使用模擬電路、脈沖數(shù)字電路等部件來實(shí)現(xiàn)的功能，在應(yīng)用了單片機(jī)以后，無需使用諸多的硬件，可以通過軟件來解決問題。目前單片機(jī)已經(jīng)成為科技、自控等領(lǐng)域的先進(jìn)控制手段，在人類日常生活中的應(yīng)用也非常廣泛。
(1)工業(yè)過程控制中的應(yīng)用。
單片機(jī)的I/O口線多，操作指令豐富，邏輯操作功能強(qiáng)大，特別適用于工業(yè)過程控制。單片機(jī)可作主機(jī)控制，也可作分布或控制系統(tǒng)的前端機(jī)。單片機(jī)具有豐富的邏輯判斷和位操作指令，因此廣泛應(yīng)用于開關(guān)量控制、順序控制以及邏輯控制。
(2)家用、民用電器中的應(yīng)用
單片機(jī)價(jià)格低廉、體積小巧、使用方便，廣泛應(yīng)用在人類生活中的諸多場合，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器等。
(3)智能化儀器、儀表中的應(yīng)用
單片機(jī)可應(yīng)用于各類儀器、儀表和設(shè)備中，大大地提高了測試的自動(dòng)化程度與精度，如智能化的示波器、計(jì)價(jià)器、電表、水表等。
(4)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及通信技術(shù)中的應(yīng)用
單片機(jī)中集成了通信接口，因而能在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用。如Intel公司的8044，它由8051單片機(jī)與SDLC通信接口組合而成，用高性能的串行接口單元SIU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的UART,其傳送距離可達(dá)1200米，傳送速率為2.4Mbit/s。此外，單片機(jī)還在小型背負(fù)式通信機(jī)、自動(dòng)撥號無線電話網(wǎng)、串行自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、程控電話、無線遙控等方面均有廣泛的應(yīng)用。

紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：
一. 輻射計(jì)，用于輻射和光譜測量；
二．搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；
三．熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；
四．紅外測距和通信系統(tǒng)；
五．混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。
紅外傳感器工作原理：
（1）待測目標(biāo)。根據(jù)待測目標(biāo)的紅外輻射特性可進(jìn)行紅外系統(tǒng)的設(shè)定。
　 （2）大氣衰減。待測目標(biāo)的紅外輻射通過地球大氣層時(shí)，由于氣體分子和 各種氣體以及各種溶膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰 減。
（3）光學(xué)接收器。它接收目標(biāo)的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當(dāng)于雷達(dá)天線，常用是物鏡。
　 （4）輻射調(diào)制器。對來自待測目標(biāo)的輻射調(diào)制成交變的輻射光，提供目標(biāo)方位信息，并可濾除大面積的干擾信號。又稱調(diào)制盤和斬波器，它具有多種結(jié)構(gòu)。
　?。?）紅外探測器。這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學(xué)效應(yīng)。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。
　?。?）探測器制冷器。由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應(yīng)的系統(tǒng)必須有制冷設(shè)備。經(jīng)過制冷，設(shè)備可以縮短響應(yīng)時(shí)間，提高探測靈敏度。
　　（7）信號處理系統(tǒng)。將探測的信號進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉(zhuǎn)化成為所需要的格式，最后輸送到控制設(shè)備或者顯示器中。
　?。?）顯示設(shè)備。這是紅外設(shè)備的終端設(shè)備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。
依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機(jī)理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。
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