【正文】 非接觸式紅外測溫儀設計摘 要 溫度測量技術應用十分廣泛，而且在現(xiàn)代設備故障檢測領域中也是一項非常重要的技術。但在某些應用領域中，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。本論文正是應上述實際需求而設計的紅外測溫儀。紅外測溫儀是以黑體輻射定律作為理論基礎，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)的構成和實現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設計流程圖。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)匯集其視場內目標的紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?。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把結果顯示出來。關鍵詞: STC89C51單片機，紅外測溫，LED顯示THE DESIGN OF NON－CONTECT INFRARED THERMOMETER ABSTRACTThe 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 time, 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 MCU and the result is displayed on LED.KEYWORDS: The STC89C51 MCU, infrared radiation thermometry, the LED display目 錄前 言 1第一章 紅外測溫系統(tǒng)的設計背景及方案介紹 2167。 2167。 3167。 紅外測溫系統(tǒng)的方案介紹 5第二章 紅外測溫系統(tǒng)的硬件設計 8167。 單片機處理模塊 8167。 10167。 RS232A轉換電路模塊 13167。 電源模塊 14167。 鍵盤模塊 14167。 LED顯示模塊 15第三章 紅外測溫系統(tǒng)的軟件設計 17167。 主程序模塊的設計 17167。 紅外測溫程序模塊 18167。 鍵盤掃描程序模塊 20167。 顯示程序模塊 22總結 23參考資料 24致 謝 25附 錄 26英文翻譯 27前 言 溫度是確定物質狀態(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備表面的溫度來監(jiān)測設備的運行狀況，而現(xiàn)代的工業(yè)設備往往是在高電壓、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也有嚴格的限制。因此有必要去應用一種新的方式去檢測目標系統(tǒng)的溫度，確保設備的平穩(wěn)運行。針對現(xiàn)代故障檢測非接觸技術指標的要求，本文討論了這種非接觸紅外輻射溫度測量技術，這種技術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，然后由此具體設計出了硬件電路原理圖及其相關軟件。本論文的第一章簡要地介紹了現(xiàn)代測溫技術的發(fā)展背景、紅外輻射測溫原理以及本測溫儀的總體設計方案；第二章系統(tǒng)地介紹了紅外測溫儀的硬件設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試。這其中的不足之處，請各位老師加以批評指正。第一章 紅外測溫系統(tǒng)的設計背景及方案介紹隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸式測溫方式以不能滿足現(xiàn)代一些領域的測溫需求，對非接觸、遠距離測溫技術的需求越來越大。本紅外測溫儀設計的出發(fā)點也正是基于此。在本章中簡要介紹了溫度測量技術的發(fā)展，在此基礎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計方案。167。普通溫度測量技術經(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。因此，當前研究的重點也在于此。一、紅外溫度測量技術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。本設計正是采用紅外溫度傳感器這種溫度測量技術，它具有溫度分辨率高、響應速度快、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?？?，技術比較成熟，這也是本設計采用紅外溫度傳感器設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。熱電紅外溫度傳感器是利用紅外輻射的熱效應，通過溫差電效應、熱釋電效應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。本設計根據(jù)現(xiàn)代非接觸故障檢測技術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。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。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：　 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，與較高溫度相應的光譜輻射度也較大，反之亦然。二、紅外測溫的方法依據(jù)測溫原理的不同，紅外測溫儀的設計有三種方法，通過測量輻射物體的全波長的熱輻射來確定物體的輻射溫度的稱為全輻射測溫法；通過測量物體在一定波長下的單色輻射亮度來確定它的亮度溫度的稱為亮度測溫法；如果是通過被測物體在兩個波長下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來定溫的稱為比色測溫法。亮度測溫法無需環(huán)境溫度補償，發(fā)射率誤差較小，測溫精度高，但工作于短波區(qū)，只適于高溫測量。比色測溫法的光學系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測溫誤差小，但必須選擇適當波段，使波段的發(fā)射率相差不大。本文選用全輻射測溫法來計算被測量物體的溫度，全輻射測溫法是根據(jù)所有波長范圍內的總輻射而定溫，得到的是物體的輻射溫度。選用這種方法是因為中低溫物體的波長較大，輻射信號很弱，而且結構簡單，成本較低，但它的測溫精度稍差，受物體輻射率影響大。下面是全輻射測溫法的相關方法介紹： 由普朗克公式可推導出輻射體溫度與檢測電壓之間的關系式： V=RaεσT4=KT4式中K=Raεσ，由實驗確定，定標時ε取1　　T—被測物體的絕對溫度　　R——探測器的靈敏度　　a——與大氣衰減距離有關的常數(shù)　　ε——輻射率　　σ——斯蒂芬—玻耳茲曼常數(shù)因此，可以通過檢測電壓而確定被測物體的溫度，上式表明探測器輸出信號與目標溫度呈非線性關系，V與T的四次方成正比，所以要進行線性化處理。線性化處理后得到物體的表觀溫度，需進行輻射率修正為真實溫度， 其校正式為：　 　式中Tr——輻射溫度(表觀溫度)　　ε(T)——輻射率，～由于調制片輻射信號的影響，輻射率修正后的真實溫度為高于環(huán)境的溫度，還必須作環(huán)溫補償，即真實溫度加上環(huán)溫才能最終得到被測物體的實際溫度。167。 紅外測溫系統(tǒng)的方案介紹紅外測溫技術在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質量控制和監(jiān)測，設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?？梢詫φ谶\行的設備進行非接觸檢測，拍攝其溫度場的分布、測量任何部位的溫度值，據(jù)此對各種外部及內部故障進行診斷，具有實時、遙測、直觀和定量測溫等優(yōu)點，用來檢測發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運轉設備和帶電設備非常方便、有效。用紅外測溫儀，你可連續(xù)診斷電子連接問題和查找連接處的熱點，以檢測設備的功能狀態(tài)，還可檢驗電池組件和功率配電盤接線端子，開關齒輪或保險絲連接，防止能源消耗。此紅外測溫儀的特點：有溫度分辨率高、響應速度快、不擾動被測目標溫度分布場、測量精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。該設計方案主要包括：軟件設計部分與軟件設計部分。一、紅外測溫儀系統(tǒng)的技術指標及主要功能1：溫度測量精度177。1℃ ；2：℃：2：LED顯示；3：電源：DC 5V177。10%；4：工作環(huán)境溫度≤60℃