基于C8051F350和藍(lán)牙技術(shù)的紅外測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：介紹一種以低功耗C8051F350單片機(jī)為控制核心，并結(jié)合TS118-3紅外測(cè)溫傳感器及無(wú)線藍(lán)牙技術(shù)的紅外測(cè)溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了非接觸紅外溫度測(cè)量電路、LCD顯示電路和無(wú)線藍(lán)牙數(shù)據(jù)通訊接口等硬件電路與上位機(jī)信息管理程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)功能強(qiáng)大，測(cè)溫精度高，響應(yīng)速度快，運(yùn)行可靠。

　　引言

　　傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫儀表如水銀溫度計(jì)、熱電偶等，因要與被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換，需經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后才能達(dá)到熱平衡，存在著測(cè)溫的延遲現(xiàn)象，故在連續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)中存在一定的使用局限。非接觸式紅外測(cè)溫設(shè)備是根據(jù)黑體輻射原理^[1]，不需要與被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行接觸，而是通過(guò)測(cè)量物體輻射的紅外線來(lái)測(cè)量溫度的。紅外溫度測(cè)量設(shè)備因具有使用方便，反應(yīng)速度快，靈敏度高，測(cè)溫范圍廣，可實(shí)現(xiàn)在線非接觸連續(xù)測(cè)量等眾多優(yōu)點(diǎn)^[2]，在電子設(shè)備故障的檢測(cè)和診斷、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、安檢等諸多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　基于目前市場(chǎng)上一些紅外測(cè)溫設(shè)備功能不完善、價(jià)格高等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種測(cè)溫精度高、功耗低、功能完善的非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　1.1 整體框架設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)分為上、下位機(jī)兩部分，兩部分之間通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

　　下位機(jī)部分以低功耗C8051F350單片機(jī)為控制核心，該單片機(jī)集多功能于一身，設(shè)計(jì)中可進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路，從而減少?gòu)?fù)雜電路中各種元件之間的干擾。外圍電路包括紅外測(cè)溫電路、信號(hào)放大電路、濾波電路、LCD液晶顯示電路、藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)溫度的采集、處理和傳送功能;上位機(jī)部分通過(guò)藍(lán)牙模塊與串口通信傳輸將數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)的對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)接收、顯示、處理、存儲(chǔ)和查詢等功能。

　　1.2 紅外測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集處理電路

　　本電路采用TS118-3型非接觸式紅外溫度傳感器。TS118-3是一種熱電堆傳感器，它將物體紅外輻射量成比例地轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)^[3]。傳感器引腳1、3分別為被測(cè)物體測(cè)量信號(hào)的正負(fù)輸出端，被測(cè)物體輻射能量被熱電堆接收轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。2引腳為環(huán)境溫度信號(hào)輸出端，環(huán)境溫度的大小根據(jù)RTD 電阻溫度探測(cè)器的阻值確定。

　　由于傳感器輸出的測(cè)溫電壓信號(hào)為mV級(jí)，而單片機(jī)A/D模塊的信號(hào)輸入須為V級(jí)，電路中采用儀器放大器AD620對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大。其放大倍數(shù)由一個(gè)精密可調(diào)電阻(R2)進(jìn)行調(diào)節(jié)，本電路放大倍數(shù)設(shè)為600。

　　環(huán)境溫度信號(hào)處理電路主要是實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度檢測(cè)電阻RTD到輸出電壓V0的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換原理是由LM358運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器跟蹤RTD的分壓電壓值變化，RTD的分壓電壓值隨RTD阻值的變化而變化。信號(hào)采集電路的電路圖如圖2所示。

　　其中V1為放大后的熱電堆電壓信號(hào)，也就是將要處理的體溫信號(hào)，V0為環(huán)境溫度信號(hào)。其中，V0由單片機(jī)ADC0中的AIN0.2輸入通道進(jìn)行A/D處理;V1作為下級(jí)濾波器的輸入信號(hào)完成進(jìn)一步的濾波。