【正文】 i 非接觸式紅外測溫儀設(shè)計 摘 要 溫度測量技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，而且在現(xiàn)代設(shè)備故障檢測領(lǐng)域中也是一項非常重要的技術(shù)。但在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，要求測量溫度用的傳感器不能與被測物體相接觸，這就需要一種非接觸的測溫方式來滿足上述測溫需求。本論文正是應(yīng)上述實際需求而設(shè)計的紅外測溫儀。 紅外測溫儀是以黑體輻射定律作為理論基礎(chǔ)，是光學理論和微電子學綜合發(fā)展的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的測溫方式相比，具有響應(yīng)時間短、非接觸、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等一系列優(yōu)點。 本文介紹了紅外測溫儀測溫的基本原理和實現(xiàn)方法，提出了以 STC89C51單片機 為其核心控制部件的紅外測溫系統(tǒng)。詳細介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成和實現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設(shè)計流程圖。該系統(tǒng)主要由 光學系統(tǒng)、光電探測器、顯示輸出等部分組成。光學系統(tǒng)匯集其視場內(nèi)目標的紅外輻射能量，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。 STC89C51 單片機負責控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、 并 按照 單片機中的溫度值計算 算法計算出目標的溫度值 再通過 LED 把結(jié)果顯示出來 。 關(guān)鍵詞 : STC89C51 單片機，紅外測溫， LED 顯示 ii THE DESIGN OF NON－ CONTECT INFRARED THERMOMETER ABSTRACT The technology of temperature measurement is used widespread, and it also important in the modern equipment failure examination field. But in some application domains, we needn’t the sensor contact with the measured object which used in temperature measurement, this needs a kind of noncontact temperature measurement to satisfies the demand and the design of this infrared thermometer is also based on the demand. Infrared thermomter, it uses the blackbody radiation laws as the theories foundation, it is the oute that the optical theories and microelectronics learn a prehensive development. Compared to the way of traditional temperature measurement, it has a series of merits, such as short in response ti me, noncontact, noninterference to temperature field, long useful time and convenient operation, etc. The paper introduces the basic principle of infrared thermometer and the method of realization, puts forward infrared trermometer system with the STC89C51 MCU as the CPU. The paper introduces the posing and the method of that system in detail, and gives the hardware principle diagram and the design flow chart of the software. The system formed by the optical system, photoelectron detector,display and output partially. The optical system collects the infrared radiation energy of the object in its field of view, the infrared energy focusing on the instrument and transforms to the corresponding electrical signal. The STC89C51 MCU is used to start the temperature survey, data receive, count the value of the object temperature based on the arithmetic with in MC U and the result is displayed on LED. iii KEYWORDS: The STC89C51 MCU, infrared radiation thermometry, the LED display iv 目 錄 前 言 ............................................................... 1 第一章 紅外測溫系統(tǒng)的 設(shè)計 背景及方案介 紹 ..................... 2 167。 溫度測量技術(shù)的概述 .............................. 2 167。 紅外測溫原理及方法 .............................. 3 167。 紅外測溫系統(tǒng)的方案介紹 ......................... 5 第二章 紅外測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ................................. 7 167。 單片機處理模塊 ................................. 7 167。 紅外測溫模塊 ................................... 10 167。 RS232A 轉(zhuǎn)換電路模塊 ............................ 12 167。 電源 模塊 ...................................... 13 167。 鍵盤模塊 ...................................... 14 167。 LED 顯示模塊 ................................... 14 第三章 紅外測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .......................... 17 167。 主程序模塊的設(shè)計 .............................. 17 167。 紅外測溫程序模塊 .............................. 18 167。 鍵盤掃描程序模塊 .............................. 20 167。 顯示程序模塊 .................................. 22 總結(jié) .................................................... 23 參考資料 ................................................ 24 致 謝 ................................................... 24 附 錄 ................................................... 24 英文翻譯 ................................................ 26 1 前 言 溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它的測量與控制在國防、軍事、科學研究以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們通常通過測量設(shè)備表面的溫度來監(jiān)測設(shè)備的運行狀 況，而現(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流等危險情況下運行的，傳統(tǒng)依靠人工接觸式檢測的方法既浪費時間、人力，又帶有一定的危險性，同時對測溫儀所采用的材質(zhì)也有嚴格的限制。因此有必要去應(yīng)用一種新的方式去檢測目標系統(tǒng)的溫度，確保設(shè)備的平穩(wěn)運行。 針對現(xiàn)代故障檢測非接觸技術(shù)指標的要求，本文討論了這種非接觸紅外輻射溫度測量技術(shù)，這種技術(shù)通過測量物體的紅外輻射而達到測量物體溫度的目的。本測溫儀是基于 STC89C51 單片機的紅外測溫儀，首先它是根據(jù)實際需要制定的紅外測溫的性能指標和功能要求，然后由此具體設(shè)計出了硬件電路原 理圖及其相關(guān)軟件。 本論文的第一章簡要地介紹了現(xiàn)代測溫技術(shù)的發(fā)展背景、紅外輻射測溫原理以及本測溫儀的總體設(shè)計方案；第二章系統(tǒng)地介紹了紅外測溫儀的硬件設(shè)計及其各硬件模塊的功能與原理圖；第三章則概述性的介紹了本紅外測溫儀的軟件設(shè)計，以流程圖的方式介紹了各個功能的具體實現(xiàn)。 由于時間緊迫，知識面窄等因素，該系統(tǒng)并非非常完善，還有一些方面需要進一步的修改與調(diào)試。這其中的不足之處，請各位老師加以批評指正。 2 第一章 紅外測溫系統(tǒng) 的 設(shè)計 背景及方案介 紹 隨著現(xiàn)代 科學技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸式測溫方式以不 能滿足現(xiàn)代一些領(lǐng)域的測溫需求，對非接觸、遠距離測溫技術(shù)的需求越來越大。本紅外測溫儀設(shè)計的出發(fā)點也正是基于此。在本章中簡要介紹了溫度測量技術(shù)的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上進一步概述了紅外測溫的原理與方法，并給出了本儀器的設(shè)計方案。 167。 溫度測量技術(shù)的概述 普通溫度測量技術(shù)經(jīng)過相當長時間的發(fā)展已近于成熟。目前，隨著經(jīng)濟的發(fā)展日益需要的是在特殊條件 (如高溫、強腐蝕、強電磁場條件下或較遠距離 )下的溫度測量技術(shù)。因此，當前研究的重點也在于此。 一、紅外溫度測量技術(shù) 非接觸式紅外測溫也叫輻射測溫，一般使用熱電型或光電探測 器作為檢測元件。此溫度測量系統(tǒng)比較簡單，可以實現(xiàn)大面積的測溫，也可以是被測物體上某一點的溫度測量；可以是便攜式，也可以是固定式，并且使用方便；它的制造工藝簡單，成木較低，測溫時不接觸被測物體，具有響應(yīng)時間短、不干擾被測溫場、使用壽命長、操作方便等一系列優(yōu)點，但利用紅外輻射測量溫度，也必然受到物體發(fā)射率、測溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測量誤差較大。 在這種溫度測量技術(shù)中紅外溫度傳感器的選擇是非常重要的，而且不僅在點溫度測量中要使用紅外溫度傳感器，大面積溫度測量也可使用紅外溫度傳感器。本設(shè)計正是采用 紅外溫度傳感器這種溫度測量技術(shù)， 它 具有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動被測目標溫度分布場、測量精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點 ；另外紅外溫度傳感器的種類較多，發(fā)展非?？?，技術(shù)比較成熟，這也是本設(shè)計采用紅外溫度傳感器設(shè)計非接觸溫度測量儀的主要原因之一。 二、紅外溫度傳感器 紅外溫度傳感器按照測量原理可以分為兩類 :光電紅外溫度傳感器和熱電紅外溫度傳感器。本紅外測溫儀選用熱電紅外溫度傳感器。 3 熱電紅外溫度傳感器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，通過溫差電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)和熱敏電阻等來測量所吸收的紅外輻射，間接地測量輻射紅外光物體的 溫度。 本設(shè)計 根據(jù)現(xiàn)代非接觸故障檢測技術(shù)的需求 選用了型號為凌陽的 TN9溫度傳感器。它的測量距離大約為 30米，測量回應(yīng)時間大約為 。而且它具備 SPI接口，可以很方便地與單片機（ MCU）傳輸數(shù)據(jù)。 167。 紅外測溫原理及方法 一 、 紅外測溫原理 紅外測溫儀的測溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對零度的物體都在不停向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯(lián)系，物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強。黑體的光譜輻射出射度由普朗克公式確定， 即 ： 21 /51 1CCM e? ???? ? 下圖 11 是不同溫度下的黑體光譜輻射度圖： 圖 11 不同溫度下的黑體光譜輻射度 從 上 圖中曲線可以看出黑體輻射具有幾個特征 : ① 在任何溫度下，黑體的光譜輻射度都隨著波長連續(xù)變化，每條曲線只有一個極大值； ② 隨著溫度的升高，與光譜輻射度極大值對應(yīng)的波長減小。這表明隨著溫度的升高，黑體輻射中的短波長輻射所占比例增加； ③ 隨著溫度的升高，黑體輻射曲線全面提高，即在任一指定波長處，與較高溫度相應(yīng)的光譜輻射度也較大，反之亦然。 4 二 、 紅外測溫的方法 依據(jù)測溫原理的不同，紅外測溫儀的設(shè)計有三種方法，通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來