智能儀器儀表論文正稿-文庫吧
2025-06-13 04:46 本頁面
【正文】 表面的任何波長的輻射能量，其表面吸引率為1。為了弄清和獲得紅外輻射分布的規(guī)律，普朗克提出了體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射定律，其表達(dá)式為： （式11）式中，c為真空中的光速。k為波爾茲曼常數(shù)，由上式可出在溫度T時(shí)黑體在全部波長范圍內(nèi)的輻射出度為： （式12）由式12可知：黑體總的輻射出度與黑體的絕對(duì)溫度T的四次方成正比。因此，可能通過對(duì)物體輻射的測量進(jìn)而求出物體的溫度。 智能紅外測溫的優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)的體溫計(jì)如水銀體溫計(jì)雖然價(jià)格便宜，但是有許多的弊端：水銀體溫計(jì)遇熱或安置不當(dāng)，容易破裂。人體若接觸水后會(huì)中毒，惡心、頭痛、腹瀉、脫發(fā)等隨之而來，嚴(yán)重者會(huì)造成血液凝固。測溫時(shí)間長等。智能紅外體溫計(jì)則避免了上述的缺點(diǎn)，它有著如下的優(yōu)點(diǎn)：1 測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測量準(zhǔn)確度。2 測溫范圍寬，在理論上無測量上限，可以測量相當(dāng)高的溫度。3 探測器的響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動(dòng)態(tài)測量。4 不必接觸被測物體，操作方便。5 可以測量微小目標(biāo)的溫度。 本文旨在利用紅外熱釋電溫度傳感器、MS51單片機(jī)以及其器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)非接觸式測溫，使之達(dá)到響應(yīng)時(shí)間最長不超過1s、溫度測量范圍 34—42攝氏度,，即可手動(dòng)測量，也可運(yùn)行在自動(dòng)模式下實(shí)時(shí)顯示體溫?cái)?shù)據(jù)，有溫度保持和清除功能，并能夠向終端(計(jì)算機(jī))發(fā)送測量到的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析的功能擴(kuò)展。系統(tǒng)所采用的是紅外熱釋電溫度傳感器TPS434，人體輻射出的能量由TPS434轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)(～)。該電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后(包括前置放大和后級(jí)放大兩個(gè)功能模塊)送入ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而可以由單片機(jī)識(shí)別來計(jì)算被測物體的表面溫度。在計(jì)算完被測物體表面的溫度后，有兩種方式向使用者提供溫度信息：第一種方式是顯示在圖形點(diǎn)陣式LCD上。第二種方式是以語音的形式播放以告知使用者溫度信息。整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：在搭建實(shí)驗(yàn)板做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，合理地選擇器件可以給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來方便。本小節(jié)就系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及關(guān)鍵模塊的器件作以簡要介紹，并在此基礎(chǔ)上描述了其優(yōu)點(diǎn)。1. 電源部分 如圖13所示, 本系統(tǒng)由220V交流電源供電，變壓器變壓后為6V交流電，經(jīng)硅橋BRIDGE2整流（硅橋的1,3引腳接變壓器的輸出端， 2,4引腳接78L05的輸入端）后交流變?yōu)橹绷?。因單片機(jī)需要5V供電電源，故用78L05穩(wěn)壓后再給單片機(jī)供電。對(duì)于語音芯片，接著用LM317進(jìn)行直流—直流轉(zhuǎn)換后，將輸出的3V電壓給4004供電。液晶顯示芯片也用5V電源直接供電。 對(duì)于穩(wěn)壓器件LM317, 由其應(yīng)用公式(13)：V0=（1+R2）， (13) 可知, 為了得到4004的3V供電電壓, 應(yīng)合理選取其外接電阻R1和R2的值. 這里取R2 為500歐，R1為240歐，可得從LM317的引腳2輸出電壓約為3V。易知，滑阻R2可用來調(diào)節(jié)引腳2輸出電壓大小。圖13 電源供電部分8051單片機(jī)MCS51是指由美國INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好多品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來的，人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)。INTEL公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，STC系列單片機(jī)就是其中的一種。它是由臺(tái)灣的宏晶科技有限公司開發(fā)和生產(chǎn)的，具有以下優(yōu)點(diǎn)：178。 超強(qiáng)抗干擾,輕松過 4KV 快速脈沖干擾(EFT) 178。 高抗靜電(ESD)，6KV靜電可直接打在芯片管腳上 178。 客戶的整機(jī)抗靜電測試，8KV / 15KV 就太輕松了 178。 超低功耗，Power Down , 可外部中斷喚醒 178。 中斷優(yōu)先級(jí)可設(shè)置成4級(jí)(IP,IPH) 178。 LQFP44,PLCC44封裝,有P4口(可以位尋址) 本系統(tǒng)中選用的單片機(jī)是STC89C51,它除了具有以上描述的優(yōu)點(diǎn)以外，還具有普通51系列單片機(jī)所不具有的ISP功能，即在線編程功能。用戶可以將代碼通過串口電路直接燒錄進(jìn)單片機(jī)內(nèi)，而不需要專門的燒錄工具。紅外溫度傳感器紅外溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)非接觸式紅外測溫的關(guān)鍵器件，本系統(tǒng)中選用的是PerkinElmer Optoelectronics的TPS434紅外熱釋電溫度傳感器。該傳感器具有很好的重復(fù)性和較高的靈敏度，它由溫差熱電堆和熱敏電阻丙部分構(gòu)成，： 熱電堆是半導(dǎo)體集成電路工藝和微機(jī)械電子工藝制造的，它由多個(gè)熱電偶串聯(lián)組成。熱電偶是由兩種電子密度不同的導(dǎo)體相連接組成的，它有冷熱兩個(gè)端點(diǎn)。在測量物體溫度時(shí)，熱端與被測物體接觸，冷端與測量儀表接觸。熱電偶的同種導(dǎo)體會(huì)因?yàn)榇嬖跍囟忍荻榷a(chǎn)生湯姆孫電動(dòng)熱，兩種金屬的連接處會(huì)因?yàn)殡娮用芏炔疃a(chǎn)生珀而粘電動(dòng)熱，會(huì)在熱電偶的兩個(gè)端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢。熱電堆輸出端的電壓信號(hào)是反映熱電偶冷熱兩端的溫度差，也就是被測物體與熱電堆冷端的溫度差，而不是反映被測物體的真實(shí)溫度。因此，還需要環(huán)境溫度補(bǔ)償，也就是要測出熱電堆冷端溫度。環(huán)境溫度補(bǔ)償是通過紅外傳感器中負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻完成的，它的阻值隨著溫度的升高中而降低，由此通過測量其阻值就可得知環(huán)境溫度。高精度運(yùn)放 本系統(tǒng)中所采用的前置
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