【正文】 射信號(hào)的影響，輻射率修正后的真實(shí)溫度為高于環(huán)境的溫度，還必須作環(huán)溫補(bǔ)償，即真實(shí)溫度加上環(huán)溫才能最終得到被測(cè)物體的實(shí)際溫度。比色測(cè)溫法的光學(xué)系統(tǒng)可局部遮擋，受煙霧灰塵影響小，測(cè)溫誤差小，但必須選擇適當(dāng)波段，使波段的發(fā)射率相差不大。黑體的光譜輻射出射度由普朗克公式確定，即： 5 11/51 2 ??? ?? ? CeCM （ 1） 從上述公式中可以看出黑體輻射具有幾個(gè)特征： (1)在任何溫度下，黑體 的光譜輻射度都隨著波長(zhǎng)連續(xù)變化，每條曲線只有一 個(gè)極大值； (2)隨著溫度的升高，與光譜輻射度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)減小。 紅外溫度傳感器 紅外溫度傳感器按照測(cè)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。 3 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)溫原理及方案 溫度測(cè)量技術(shù)的概述 紅外溫度測(cè)量技術(shù) 非接觸式紅外測(cè)溫也叫輻射測(cè)溫，一般使用熱電型或光電探測(cè)器作為檢測(cè)元件。 4 本課題主要研究工作：一、在測(cè)溫系統(tǒng)原理和測(cè)溫方案分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行總體方案框圖的設(shè)計(jì)。 目前，世界上最大的紅外測(cè)溫儀生產(chǎn)商是美國(guó)的 FLUKE 公司，其產(chǎn)品包括便攜式、在線式和掃描式三大類數(shù)百多個(gè)品種，測(cè)溫范圍從 50℃ 6000℃不等，占有了世界上 30％以上的銷售份額 ，我國(guó)紅外測(cè)溫儀的生產(chǎn)單位有西安北方光電有限公司、中科院自動(dòng)化所、西安沃爾儀器公司等，但不僅產(chǎn)品的種類較少，而且從精度或讀數(shù)的重復(fù)一致性方面均與國(guó)外有不小的差距。但受到物體的發(fā)射率、測(cè)溫距離、煙塵和水蒸氣等外界因素的影響，其測(cè)量誤差較大?，F(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流以及其它危險(xiǎn)情況下運(yùn)行的，傳統(tǒng)依靠人工接觸式檢測(cè)的方法既浪費(fèi)時(shí)間、物力、人力，又帶有一定的危險(xiǎn)性，同時(shí)對(duì)測(cè)溫儀所采用的材質(zhì)也有嚴(yán)格的限制，在這樣的場(chǎng)合下，儀器的使用壽命也成為設(shè)計(jì)接觸式測(cè)溫儀時(shí)的一個(gè)重點(diǎn)考慮問(wèn)題 [2]。這其中的不足之處，請(qǐng)各位老師加以批評(píng)指正。 針對(duì)現(xiàn)代故障檢測(cè)非接觸技術(shù)指標(biāo)的要求，本文討論了這種非接觸紅外輻射溫度測(cè)量技術(shù) ，這種技術(shù)通過(guò)測(cè)量物體的紅外輻射而達(dá)到測(cè)量物體溫度的目的。 infrared temperature measurement。該系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、顯示輸出等部分組成。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設(shè)計(jì)流程圖。 關(guān)鍵詞 ： STC89C51單片機(jī)；紅外測(cè)溫； LED顯示； MicrocontrollerBased NonContact Infrared Thermometer Designed Abstract:This article describes the basic principles and methods of the infrared thermometer temperature, infrared thermometry system to SCM STC89C51 its core control ponents. Described in detail the position and implementation of the system, hardware schematics and software design flow. The system consists of the optical system, photoelectric detectors, display output ponents. The optical system brings together the goals of its field of view infrared radiation energy, infrared energy is focused on a photoelectric detector and into a corresponding electrical signal. The SCM STC89C51 is responsible for controlling the startup temperature measurements, and receive measurement data and in accordance with the temperature values in the SCM algorithm to calculate the target temperature again results displayed through the LED. Key Words: STC89C51 microcontroller。因此有必要去應(yīng)用一種新的方式去檢測(cè)目標(biāo)系統(tǒng)的溫度，確保設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行 [1]。 由于時(shí)間緊迫，知識(shí)面窄等因素，該系統(tǒng)并非非常完善，還有一些方面需要進(jìn)一步的修改與調(diào)試。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們需要經(jīng)常設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)確保設(shè)備的安全運(yùn)行，而對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)通常通過(guò)測(cè)量其表面的溫度來(lái)進(jìn)行。 前者的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)得的溫度是物體的真實(shí)溫度，測(cè)溫簡(jiǎn)單、可靠，其缺點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)性能差，需要接觸被測(cè)物體，測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)需要一定時(shí)間的熱交換才能達(dá)到熱平衡，同時(shí)對(duì)被測(cè)物體的溫度場(chǎng)分布有一定的影響，同時(shí)由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、高壓、腐蝕性等惡劣條件，影響了測(cè)溫儀的精度和使用壽命，大大限制了接觸式測(cè)溫儀的使用；非接觸式測(cè)溫也叫輻射測(cè)溫，一般使用熱 電型或光電探測(cè)器作為檢測(cè)元件，其與接觸式測(cè)溫相比，具有響應(yīng)時(shí)間短、非接觸、不干擾被測(cè)溫場(chǎng)、使用壽命長(zhǎng)、操作方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)雷泰公司生產(chǎn)的 ST 系列、MX 系列、 MX6 系列、 3i系列測(cè)溫儀，德國(guó) HEITRONICS 公司的 KT19 系列、 KTl5D、KTl2 系列等也有較廣泛的應(yīng)用。課題采用的是 STC89C51單片機(jī)作為主處理芯片，設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫儀具有配置簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便、可靠性高的特點(diǎn)。四、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真整機(jī)調(diào)試，然后進(jìn)行測(cè)試，誤差分析，抗干擾設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)正是采用紅外溫度傳感器這種溫度測(cè)量技 術(shù)，它具有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、不擾動(dòng)被測(cè)目標(biāo)溫度分布場(chǎng)、測(cè)量精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；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(jì)采用紅外溫度傳感器設(shè)計(jì)非接觸溫度測(cè)量?jī)x的主要原因之一 [4]。 紅外測(cè)溫原理及方法 紅外測(cè)溫原理 紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理是黑體輻射定律，眾所周知，自然界中一切高于絕對(duì)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(zhǎng)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(qiáng)。 亮度測(cè)溫法無(wú)需環(huán)境溫度補(bǔ)償，發(fā)射率誤差較小，測(cè)溫精度高，但工作于短波區(qū)，只適于高溫測(cè)量。下面是全輻射測(cè)溫法的相關(guān)方法介紹： 由普朗克公式可推導(dǎo)出輻射體溫度與檢測(cè)電壓之間的關(guān)系式： 44 KTTRaV ?? ?? （ 2） 式中 ??RaK? ,由實(shí)驗(yàn)確定，定標(biāo)時(shí) ? 取 1 T—— 被 測(cè)物體的絕對(duì)溫度 R —— 探測(cè)器的靈敏度 a —— 與大氣衰減距離有關(guān)的常數(shù) ? —— 輻射率 ? —— 波爾茲曼常數(shù) 因此，可以通過(guò)檢測(cè)電壓而確定被測(cè)物體的溫度，上式表明探測(cè)器輸出信號(hào)與目標(biāo)溫度呈非線性關(guān)系， V與 T 的四次方成正比，所以要進(jìn)行線性化處理。用紅外測(cè)溫儀，你可連續(xù)診斷電子連接問(wèn)題和查找連接處的熱點(diǎn)，以檢測(cè)設(shè)備的功能狀態(tài)，還可檢驗(yàn)電池組件和功率配電盤接線端子，開關(guān)齒輪或保險(xiǎn)絲連接，防止能源消耗。 STC89C51 單片機(jī)是本系統(tǒng)的控制中心，它負(fù)責(zé)控制啟動(dòng)溫度測(cè)量、接收測(cè)量數(shù)據(jù)、計(jì)算溫度值、并根據(jù)取得的鍵值控制顯示過(guò)程；紅外測(cè)溫模塊負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集、測(cè)量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)端口傳送給 STC89C51 單片機(jī)； RS232 轉(zhuǎn)換電路模塊可以使單片機(jī)方便地同 PC機(jī)進(jìn)行 串口通信，并可以同時(shí)接收或傳送外部送來(lái)的資料；通過(guò)鍵盤模塊可以方便地進(jìn)行測(cè)溫及各種操作； LED 顯示模塊把測(cè)量的溫度值直觀地顯示給觀測(cè)者；電源模塊負(fù)責(zé)本紅外測(cè)溫儀電源的供應(yīng) [7]。 紅外測(cè)溫模塊包括：獲取溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫度值。具體的軟件方案設(shè)計(jì)如下圖 圖 2 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)框圖 Fig2 Infrared thermometer system software design block diagram STC89C51 單片機(jī) 電源模塊 紅外測(cè)溫模塊 RS232 轉(zhuǎn)換模塊 鍵盤模塊 LED 顯示模塊 主程序模塊 紅外測(cè)溫 鍵盤掃描 顯示模塊 通信模塊 8 4 紅外測(cè)溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本章主要介紹了系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案，并針對(duì)硬件單元的設(shè)計(jì)要求，對(duì)所需元器件進(jìn)行了選擇。紅外光學(xué)系統(tǒng)的使用可大大提高靈 敏面上的照度，從而提高儀器的信噪比，增大系統(tǒng)的探測(cè)能力。 圖 4 鏡頭光路 Fig4 Lens light path diagram 鏡頭光路圖鏡頭 模擬望遠(yuǎn)鏡的原理可以作為將遠(yuǎn)處物點(diǎn)發(fā)出的球面波拉近放大并清晰成像的光學(xué)系統(tǒng)，它由兩個(gè)會(huì)聚透鏡組成，通過(guò)第 1 個(gè)凸透鏡（通常是消色差雙合透鏡）能夠形成一個(gè)倒立實(shí)像；第 2 個(gè)透鏡用來(lái)考察該實(shí)像。 光纖做為光信號(hào)傳輸通道，能 夠直接接收光波信號(hào)，不會(huì)形成不穩(wěn)定信號(hào)，光纖較強(qiáng)的抗干擾能力，以及濾波的特性能保證分辨率。高增益是用來(lái)把微弱信號(hào)放大到一定電平，以便進(jìn)一步再做處理；低噪聲是為了保持盡可能高的信噪比 [9]。但帶通濾波器的帶寬不能做得太窄，否則當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，信號(hào)的頻譜有可能偏離帶通濾波器的通頻帶而導(dǎo)致測(cè)量誤差。典型功耗為6mW 。這種 CS 控制作用允許在同時(shí)使用 TLC549 時(shí)，共用 I/O CLOCK，以減少 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的 I/O 控制端口 [11]。 REF+AINREFGNDDOCLKVCCCS87654321VCC主放大電路1KR→VCCUTLC549STC89C51 圖 8 TLC549與單片機(jī)的接口電路 Fig8 TLC549 and MCU interface circuit 環(huán)境溫度補(bǔ)償電路 由于熱釋電傳感器測(cè)量是全輻射測(cè)溫法，測(cè)得的是被測(cè)物體與環(huán)境的輻射能量差，因此需要在信號(hào)處理電路中增加環(huán)境溫度的檢測(cè)電路。采集信號(hào) DQ 由 口送入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)分析處理，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的溫度數(shù)值。 圖 10 紅外測(cè)溫時(shí)序圖 Fig10 Infrared temperature measurement timing diagram 14 紅外測(cè)溫模塊溫度值的計(jì)算 以上面的例子；無(wú)論測(cè)量環(huán)境溫度還是目標(biāo)溫度，只要檢測(cè)到 Item 為 0x4cH或者 0x66H 同時(shí)檢測(cè)到 CR 為 0x0dH，他們的溫度的計(jì)算方法都相同。 15 而此儀器的振蕩電路選用的是晶體振蕩電路，其具體電路如上圖左邊下部分。本測(cè)溫儀選擇的 STC89C51 單片機(jī)，下面是 STC89C51單片機(jī)相關(guān)資料信息： STC89C51 單片機(jī)是新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可任意選擇， D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 [12]。下圖是次單片機(jī)的引腳圖： RSTXTAL2XTAL1GND1234567810111213151617189142019STC89C51VccEA/VppALE/PROGPSEN4039383736353433323130292827262524232122 圖 12 STC89C51 單片機(jī)引腳圖 Fig12 STC89C51 Microcontroller pin diagram STC89C51 單片機(jī)的特點(diǎn) [13]： (1) 增強(qiáng) 型 6 時(shí)鐘 /機(jī)器