基于單片機的紅外測溫儀設(shè)計

摘要：設(shè)計以單片機作為整個測溫儀的核心，結(jié)合A／D轉(zhuǎn)換器、液晶顯示器等外部設(shè)備，在軟件設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種擁有漢字顯示邏輯判斷等智能型電子測溫計。它提供了一種新的溫度測量方案，采用紅外溫度傳感器來測量溫度信號，可同時測量目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度，并將測量的數(shù)據(jù)經(jīng)過放大器，轉(zhuǎn)換器送給單片機處理，之后送數(shù)碼管顯示。紅外測溫打破了傳統(tǒng)的測溫模式，它響應(yīng)快、測量精度高、可靠性高、范圍廣，為非接觸測量，因而不易損壞。該溫度計以準(zhǔn)確快捷的測量功能、清晰易懂的數(shù)字化顯示方便人們?nèi)粘Ｉ钍褂谩?br />關(guān)鍵詞：紅外測溫；單片機；ADC0804；80C51

0 引言
紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)備在線故障診斷和安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用。用紅外測溫儀進行非接觸溫度測量有許多的優(yōu)點，它的運用范圍從很小或難以接觸到的物體至腐蝕性的化學(xué)物和敏感的表面物。這樣那些難以接觸到或運動著的物體就可進行溫度測量，如傳熱性能差的或很小的熱容量材料。

1 紅外基本測溫原理
紅外測溫儀中的光學(xué)系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。
紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。
紅外測溫是利用測量物體所輻射出來的輻射能量來測量物體溫度，它的理論依據(jù)是斯蒂芬-玻爾茲曼定律，物體的溫度越高，它所輻射出來的能量越多。當(dāng)溫度為T時，物體在所有波長上(物體的輻射幾乎包括所有的波長)的總輻射強度W為：

式中：δ—斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；
T—物體的絕對溫度-單位K；
ε—物體表面的法向比輻射率。絕對黑體ε=1．0，非絕對0ε1．0。

2 結(jié)構(gòu)框圖及電路設(shè)計
2．1 整體電路設(shè)計
本文所涉及的紅外測溫儀是一種典型的智能化儀表，它以單片機作為核心，在軟件控制下，與其它硬件電路相結(jié)合，實現(xiàn)智能化的體溫測量。系統(tǒng)硬件組成環(huán)節(jié)主要有：溫度傳感器、放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、單片機系統(tǒng)、液晶顯示模塊、按鍵、PC機與單片機通信部分。其軟件部分包括：A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、智能功能以及顯示等程序。
2．2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖
本設(shè)計主要是通過紅外傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后再經(jīng)過放大電路把信號放大，傳給A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再傳給單片機，最后通過顯示器顯示出溫度值。同時還可以通過單片機與上位機進行連接，把溫度測量值傳給計算機保存。結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計
3．1 光學(xué)紅外傳感器
光學(xué)系統(tǒng)在紅外系統(tǒng)中的作用十分類似于用于接收目標(biāo)回波的雷達天線，就是接收輻射能量，并把它傳送給傳感器。光學(xué)系統(tǒng)起到收集紅外輻射并將其聚焦到紅外探頭上的作用，由于紅外信號相對來說比較微弱，因此要實現(xiàn)測溫儀精確測溫必須設(shè)計一個光路簡單、紅外輻射損失小的光學(xué)系統(tǒng)，本設(shè)計選用紅外探頭來實現(xiàn)這個功能。
3．1．1 紅外測溫電路的設(shè)計
本測溫裝置使用紅外線傳感器，它能接收物體發(fā)射出的紅外線并使之轉(zhuǎn)換成電壓信號。紅外熱輻射測溫儀由三個運算放大器組成的。這三個運算放大器分別作為同相放大器、低通濾波器和跟隨器來發(fā)揮其作用。圖2為本設(shè)計的測量電路圖，圖中A1為一同相放大器，輸入信號由47UF電容耦合而來，A1的閉環(huán)放大倍數(shù)AF為20左右；A2為一低通濾波器。A3的輸出與溫度基本成線性關(guān)系。A1輸出的電位器和變阻器用于調(diào)節(jié)A2輸入信號的大小，調(diào)節(jié)它們的阻值可以改變A3的輸出電壓。