摘 要
红外物质水分探测仪是一种集光、机、电为一体的高科技产品，在工业的水分测量上有很广泛的应用。它具有操作应用简单、反应速度快、精度高、非接触、测量范围大、应用范围广和受环境因素影响小，并可在线连续测量等优点而倍受青睐。本文主要是从红外传感器的探测原理和以AT89c51单片机系统及其软件设计三部分来论述红外物质水分探测仪的结构、原理和实现。
本设计依据红外测湿原理，借鉴国内外同类产品进行了红外传感器电路设计。为保证红外传感器的测试精度，进行了光源的恒定自动控制、恒温制冷自动控制、前置放大电路等模拟电路的设计。同时，在以AT89c51为核心的单片机系统中充分考虑了器件的通用性、性价比和精度要求，在保证测量精度的前提下尽量的降低了成本。大部分器件采用串行接法，从而简化了硬件电路。在系统软件设计时，为提高精度，采用累加平均等处理方法。
本设计分为八章，分别对设计的各部分进行了论证。此次设计主要设计了红外传感器的模拟电路、AT89c51单片机的硬件接口电路和系统软件。在第二章中主要是对红外测量方法优点的论证及与其他测量法的比较；第三章中对红外测量原理及其光路系统做了介绍；第四章和第五章对各部分具体电路加以详尽的分析介绍；第六章进行了软件分析设计；在第七章中绘制了系统流程框图；并在最后附有相关文献及硬件图纸和软件程序清单并对在设计中给我极大帮助和指导的老师表示了感谢。
ABSTRACT
Infrared material-moisture measuring instrument is a high science and technology product with light, machine and electricity. It is widely used in industry.It has a series of advantage such as high-precision, fast-measuring, non-contact, wide-measuring range,rich-measuring kind, little influence of environment, on-line measuring and so on. And now, more and more people welcome it. This article focuses on discussing its structure, principle and design of infrared measuring instrument and the system of AT89c51 monolithic processor.
Using the experience of the other countries as reference, we also design analog control circuit such as the light source automatically control, refrigeration control and the preposition amplifier and so on. At the same time when we design the system of AT89c51 monolithic processor, we widely consider its versatility, cost performance and measuring precision. Much hardware is connected synchronously, so that simplified hardware circuit. When we design the system software, to improve measuring precision, we used accumulation and average principle.
This text is divided into eight chapters; distinguish the right each part designing to proceeds the argument. In this designing, it mainly include outside right red measured analog control circuit and interface circuit and system software of AT89c51 monolithic processor. Measure the argument of the method advantage outside chapter 2 inside is primarily is right red and with the comparison of the other diagraph method; Chapter 3 inside is outside right red measured the principle and its light road the system to do the introduction; Chapter 4 analysis each and part of and concrete electric circuit take into detailed with chapter 5 introduction; 6 proceeding the software analyze the design; Drew the system process the diagram in chapter7; Combined at the teacher that finally fish-eye and related cultural heritage and hardware diagram paper with the software procedure the detailed list combine to me to biggest help in the design with directive to mean the with gratitude.
目 录
第一章 绪论………………………………………………………… 1
第二章 方案论证…………………………………………………… 2
2．1 设计要求及任务…………………………………… 2
2．2 测量方法——探测器的选择……………………… 2
2．3 分析处理部分——单片机系统的选择…………… 4
第三章 红外探测技术……………………………………………… 7
3．1 红外测湿原理……………………………………… 7
3．2 红外传感器的光路系统…………………………… 7
3．3 湿度测量中的湿度表示方法……………………… 8
第四章 红外探测器模拟电路设计 ……………………………… 10
4．1 自动控制光源电路 …………………………………10
4．2 恒温制冷电路……………………………………… 11
4．3 前置放大电路……………………………………… 11
4．4 光路检测器………………………………………… 13
4．5 硫化铅探测器的工作原理………………………… 14
第五章 微机处理系统硬件设计 ……………………………………15
5．1 A/D转换电路设计 ……………………………………15
5．2 看门狗电路与复位电路设计……………………… 16
5．3 显示电路与键盘电路设计………………………… 17
5．4 串行通信电路设计………………………………… 18
第六章 系统软件设计 ………………………………………………20
6．1 主程序设计………………………………………… 20
6．2 系统子程序设计…………………………………… 20
第七章 程序框图 ……………………………………………………25
第八章 总结………………………………………………………… 40
附录A: 元件明细表………………………………………………… 41
数字电路元件明细表……………………………………… 41
模拟电路元件明细表……………………………………… 42
附录B: 系统硬件电路图…………………………………………… 44
附录C: 主要参考文献……………………………………………… 46
附录D: 系统软件程序清单（见另一册软件设计）
第一章 绪 论
许多工业中（如造纸、钢铁工业、食品工业、烟草生产等等），在生产环节上都需要严格的控制产品或半成品的水分含量。随着生产自动化程度的不断提高，人们对产品的质量要求不断提高，所以对物质水分的测量精度及快速反应提出了更高的要求。因而高精度、快速度的测量水含量的仪器在生产过程中已是必需的。
在已研制的众多水分测量仪中（简单的如毛发湿度计、高分子湿度传感器、干湿球湿度计等，还有用电阻或电容的湿度特性研制的高精度测湿仪器），红外物质水分测试仪以其测量精度高、速度快、非接触、测量范围宽、测量品种多、可在线连续测量、受环境影响小等诸多特点而倍受人们的欢迎，迅速发展为目前物质水分在线测量的主要方法，因而具有极大的发展前途和市场潜力。
红外物质水分测量仪可用于生产线上，对被加工物料的水分含量进行监测、采样。也可以独立地用来测量物质的水分含量，用于开环控制。也适用于当前集散控制系统的需要，进行现场检测闭环控制，同时进行串行通讯，实现分散控制，集中管理。
目前，一些发达国家已经研制出一系列高性能的红外物质水分测量仪，其每台的进口价格在十八万人民币左右。在国内对红外物质水分测量仪的研制较少，有许多问题急待我们解决，发展这项技术具有很大的经济和技术意义。为了国有企业生产自动化水平的提高，产品质量的上升都具有重大意义。
我们所设计的红外物质水分测量仪，是在对已掌握的美国两光束101型红外温度传感器的分析、研究基础上，采用现代数字信号处理技术，在保证原有的可靠性和精度的前提下，大胆的进行改造、创新。同时大幅度的降低成本，以适应我国的国情。
此次设计主要设计了红外传感的模拟电路、AT89c51单片机的硬件接口电路和系统软件。在最后附有电路图纸及软件清单、相关文献等。
