【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。確定目標(biāo)尺寸：紅外測(cè)溫儀根據(jù)原理可分為單色測(cè)溫儀和雙色測(cè)溫儀（輻射比色測(cè)溫儀）。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。否則背景會(huì)干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。對(duì)于雙色測(cè)溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。 確定距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：距離系數(shù)由D：S之比確定，即測(cè)溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測(cè)目標(biāo)直徑之比。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。光學(xué)分辨率越高，測(cè)溫儀的成本也越高。確定波長范圍 ：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長對(duì)于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。確定響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間，它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有 關(guān)。信號(hào)處理功能：鑒于離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測(cè)溫儀具有多信號(hào)處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。環(huán)境條件考慮：測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起損壞。紅外輻射測(cè)溫儀的標(biāo)定：紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。 影響溫度測(cè)量的主要因素及修正方法影響紅外人體測(cè)溫儀的因素有：測(cè)溫目標(biāo)大小與測(cè)溫距離的關(guān)系、測(cè)量溫度時(shí)的環(huán)境因素、強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測(cè)量和溫度輸出功能。測(cè)溫目標(biāo)大小與測(cè)溫距離的關(guān)系：在不同距離處，可測(cè)的目標(biāo)的有效直徑D是不同的，因而在測(cè)量小目標(biāo)時(shí)要注意目標(biāo)距離。人體紅外測(cè)溫儀距離系數(shù)K的定義為：被測(cè)目標(biāo)的距離L與被測(cè)目標(biāo)的直徑D之比，即K=L/D。 選擇被測(cè)物質(zhì)發(fā)射率：人體紅外測(cè)溫儀一般都是按黑體（發(fā)射率=）分度的，而實(shí)際上。因此，在需要測(cè)量目標(biāo)的真實(shí)溫度時(shí)，必須設(shè)置發(fā)射率值。物質(zhì)發(fā)射率可從《輻射測(cè)溫中有關(guān)物體發(fā)射率的數(shù)據(jù)》中查得。測(cè)量溫度時(shí)的環(huán)境因素：測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會(huì)影響測(cè)溫精度。本設(shè)計(jì)中正是利用了PM611熱釋電紅外線傳感器可以補(bǔ)償溫度起伏的作用，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫。 強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測(cè)量：若被測(cè)目標(biāo)有較亮背景光（特別是受太陽光或強(qiáng)燈直射），則測(cè)量的準(zhǔn)確性將受到影響，因此可用物體遮擋直射目標(biāo)的強(qiáng)光以消除背景光干擾。 溫度輸出功能：首先模擬信號(hào)輸出：0～5V，1～5V，0～10V，0/4～20毫安，可以加入閉環(huán)控制中。其次高報(bào)警、低報(bào)警:在生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個(gè)范圍里，可設(shè)置高，低報(bào)警值。高報(bào)警：在高報(bào)警設(shè)置打開的情況下，當(dāng)溫度高于高報(bào)警值，相應(yīng)的LED燈閃爍，蜂鳴器響，并有AH常開繼電器接通。由于在溫度測(cè)量時(shí)是在不確定的環(huán)境中進(jìn)行的，所以外界環(huán)境會(huì)對(duì)測(cè)溫造成一定的影響，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，所以要對(duì)環(huán)境溫度有一個(gè)修正。 ： ()式中：為與熱釋電響應(yīng)特性及物體表面發(fā)射率有關(guān)的常數(shù)，為物體表面溫度，為環(huán)境溫度。根據(jù)表達(dá)式（）可以得到不同的標(biāo)定公式： （1）簡(jiǎn)單關(guān)系式，即 （）式中：，應(yīng)用此公式所作的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，表中數(shù)據(jù)表明， 不僅與 有關(guān)，還與 有關(guān)。 （2）多項(xiàng)式，即 （）令 （）取三項(xiàng)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，要使測(cè)溫儀滿足一定的精度，測(cè)溫時(shí)的環(huán)境溫度和物體表面溫度要在一定的范圍內(nèi)，如環(huán)境溫度=30℃，物體表面溫度在180℃以上時(shí)，讀數(shù)誤差較大。由下表21可知：首先應(yīng)該對(duì)物體表面溫度分段定標(biāo)，因?yàn)闇y(cè)量范圍較大，所以不同段的標(biāo)定系數(shù)相差很大。實(shí)際應(yīng)用中每隔5~10℃就必須標(biāo)定一個(gè)系數(shù)，當(dāng)采樣電壓峰值落在此區(qū)間時(shí)就選擇該系數(shù)。然后再根據(jù)環(huán)境溫度的不同對(duì)已選出的標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正，達(dá)到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準(zhǔn)確測(cè)溫的目的。 分析表21可知，當(dāng)物體表面溫度較低時(shí)（78℃以下），環(huán)境溫度對(duì)修正系數(shù)的影響較大。所以對(duì)此溫度范圍的物體必須進(jìn)行環(huán)境溫度對(duì)標(biāo)定系數(shù)的修正。而當(dāng)物體表面溫度較高時(shí)，則修正系數(shù)基本由物體表面溫度決定，這樣系數(shù)就不必再依環(huán)境溫度進(jìn)行校正。這就減少了標(biāo)定系數(shù)的復(fù)雜性。下表為表21：表21 不同環(huán)境溫度下的標(biāo)定系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溫度（℃）環(huán)境溫度（℃）測(cè)量值（V）系 數(shù) Ka（V/℃） 人體紅外線測(cè)溫儀的特點(diǎn)人體紅外測(cè)溫儀是通過接收人體發(fā)射的紅外線的能量的大小來測(cè)量其體溫的儀器。測(cè)溫儀內(nèi)部的靈敏探測(cè)元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)顯示。所以人體紅外測(cè)溫儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量：它不需要接觸到人體，只需在額頭前方5厘米左右測(cè)溫即可，而且紅外探測(cè)器只需感應(yīng)人體輻射的紅外線。因此，不會(huì)干擾人體，也不會(huì)為人體帶來損傷。測(cè)量范圍廣：因?yàn)槿梭w紅外測(cè)溫儀是非接觸式測(cè)溫，所以測(cè)溫儀并不處在較高或較低的溫度場(chǎng)中，而是工作在正常的溫度或測(cè)溫儀允許的條件下進(jìn)行測(cè)量的，所以測(cè)量范圍比較廣。測(cè)溫速度快：即響應(yīng)時(shí)間快。紅外探測(cè)器中靈敏元非常靈敏，只要接收到目標(biāo)紅外輻射即可在短時(shí)間內(nèi)定溫。準(zhǔn)確度高：人體紅外測(cè)溫不會(huì)與普通測(cè)溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測(cè)量精度高。靈敏度高：只要人體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測(cè)出。而且使用安全及使用壽命長。體積小，方便攜帶。受外界環(huán)境溫度干擾較小：由于本設(shè)計(jì)中所使用的紅外探測(cè)器是帶補(bǔ)償電路，所以它可以補(bǔ)償外界環(huán)境溫度的高低起伏。3. 總體設(shè)計(jì)： 傳感器的選擇測(cè)量人體溫度的紅外傳感器主要有熱釋電紅外傳感器、熱電偶構(gòu)成的紅外傳感器和集熱電偶、熱敏電阻于一體的紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器是通過吸收人體紅外輻射的紅外線能量，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)化成電壓值，以便能夠測(cè)量。一種是內(nèi)部只由熱電偶構(gòu)成的紅外傳感器，如LHI778傳感器，測(cè)量的是目標(biāo)物體與環(huán)境溫度的差值，真實(shí)的測(cè)量目標(biāo)溫度是要外加環(huán)境溫度補(bǔ)償電路，該方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器價(jià)格便宜，但是電路相對(duì)復(fù)雜，不易制作。另外一種是集熱電偶和熱敏電阻于一體的紅外傳感器，如TS1183，該傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是價(jià)格比較貴?？紤]到制作的可靠性和電路的可制作性，開始嘗試選擇紅外溫度傳感器TS1183作為方案一的紅外傳感器。 信號(hào)處理芯片的選擇TS1183傳感器輸出的電壓只有4mV左右，電壓輸出太小，而單片機(jī)所能采樣的電壓在V級(jí)以上，因此單片機(jī)不能直接進(jìn)行采樣，所以必須經(jīng)過放大后，單片機(jī)才能進(jìn)行采樣。放大器可以由單個(gè)的集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，從而達(dá)到放大的目的，缺點(diǎn)是這種方法產(chǎn)生的測(cè)量誤差較大，并且數(shù)據(jù)也不穩(wěn)定。經(jīng)過比較多款A(yù)/D轉(zhuǎn)換器的綜合性能，最終選擇了一款16位高精度的雙通道并且增益可調(diào)的A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片的好處是既能起到放大的作用，又能進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且?guī)в袃蓚€(gè)輸入通道，串行輸出。使得電路的設(shè)計(jì)變的非常簡(jiǎn)單。初步選擇高精度的AD7705作為方案一的AD轉(zhuǎn)換芯片。 控制部分的選擇 單片機(jī)主要我們學(xué)過的是AT和STC的，有51和52兩種居多，但51由于內(nèi)存較小等原因?qū)υO(shè)計(jì)要求較高，所以對(duì)于初學(xué)者我選擇52。而STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。 綜合以上功能我選擇STC89C52作為方案一的控制部分的單片機(jī)。 顯示部分的選擇我們多學(xué)過的顯示主要有兩種方法，一種是LED數(shù)碼管，另一種就是LCD液晶顯示屏。由于現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容較多，如果用數(shù)碼管顯示，不僅是電路結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，而且看起來很凌亂，功耗較大。液晶顯示屏正好可以克服這點(diǎn)，顯示部分看來來直觀簡(jiǎn)潔，耗電量較少。而本次主要顯示數(shù)字和一些字母符號(hào)，所以選擇字符型顯示屏。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。綜合電路的結(jié)構(gòu)、顯示效果和耗電量等多方面因素，最終選擇了LCD1602字符型液晶顯示屏。該顯示屏具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)豐富、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。： 傳感器的選擇 出于可能方案一TS1183雖然精度很高，但相對(duì)資料短缺，加之信號(hào)微弱不好處理等問題，我提出方案二，作為方案一的替代方案。故查閱資料后發(fā)現(xiàn)MLX90615數(shù)字式紅外測(cè)溫傳感器內(nèi)部集成了低噪聲放大器，16位ADC和強(qiáng)大的DSP的MLX90325單元。 186。C。此數(shù)值可以通過串行兩線SMBUS兼容協(xié)議獲得或是器件的10位PWM格式獲得。MLX90615出廠校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍為：環(huán)境溫度為40到85 186。C，物體溫度為40到115 186。C。MLX90615同樣是集熱電偶和熱敏電阻于一體的紅外傳感器。優(yōu)點(diǎn)，比TS1183更簡(jiǎn)單，可以簡(jiǎn)化程序，簡(jiǎn)化電路，使得設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單一步。缺點(diǎn)：精度比不上TS1183，且價(jià)格也不低。 信號(hào)處理芯片的選擇由于傳感器內(nèi)部含有ADC，故可以省去選擇AD芯片的步驟，使得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。但絲毫不影響功能的實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。 控制部分的選擇前面介紹過STC和AT是我們學(xué)過的較為常見的芯片，在方案二中由于傳感器和穩(wěn)壓管的選擇限制了電壓需要選擇同樣需要3V電壓的單片機(jī)，所以我想到了STC89LE52，它和STC89C52除了所需電壓不同外其他都是一樣的，所以絲毫不影響程序編制等后續(xù)工作的進(jìn)行。 顯示部分的選擇方案二中顯示與方案一中基本一致，無需變動(dòng)，依然選擇LCD1602。 測(cè)量原理在方案一和方案二中，都選擇了原理一樣的紅外測(cè)溫傳感器。測(cè)溫原理：自然界一切溫度都是高于絕對(duì)零度（℃）的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合普朗克（Plank）定律。人體主要輻射波長在9~10um的紅外線，通過對(duì)人體自身輻射紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量精確地測(cè)量人體表面溫度。人體的紅外輻射特性與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，通過對(duì)人體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確測(cè)量人體表面溫度。紅外溫度測(cè)量技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快，1秒鐘以內(nèi)可測(cè)試完畢。由于它只接收人體對(duì)外發(fā)射的紅外線，所以沒有任何其它物理和化學(xué)因素作用于人體，因此對(duì)人體無任何害處。4． 硬件電路的設(shè)計(jì) (方案一)設(shè)計(jì)思路所有的物體都會(huì)向外發(fā)射紅外線，發(fā)射功率正比于物體表面溫度，人體向外發(fā)射的紅外線的波長范圍在9~10um，為此我們選用了德國HLPlanartechnik公司生產(chǎn)的TS1183型無接觸式表面溫度測(cè)量傳感器，將吸收到的紅外線能量轉(zhuǎn)換成熱量，而內(nèi)部的熱電容把熱量成比例地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出的電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變成單片機(jī)能處理的數(shù)字量，然后通過一系列的算法運(yùn)算將其換算成相對(duì)應(yīng)的溫度值，再傳送給液晶顯示屏顯示。如果測(cè)量溫度超過了設(shè)定的人體正常體溫的上下限值，則電路自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，功能的多樣性，還配備了時(shí)鐘電路顯示當(dāng)前的測(cè)量時(shí)間，便于測(cè)量人員記錄測(cè)量的時(shí)間信息。該系統(tǒng)主要是由紅外溫度傳感器，放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)最小系統(tǒng)，液晶電路，外部存儲(chǔ)，鍵盤電路和報(bào)警電路等其它外圍電路部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖41所示。STC89C52單片機(jī)傳感器A/D7705LCD1602AT24C05蜂鳴器按鍵圖41 系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)的測(cè)量原理為：傳感器探測(cè)到人體輻射紅外線后，傳送到A/D 7705轉(zhuǎn)換器經(jīng)放大、然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，傳送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼最后輸送到LCD1602進(jìn)行顯示。DS1302給單片機(jī)提供外部時(shí)鐘，通過鍵盤電路可以調(diào)整LCD1602顯示的時(shí)間和設(shè)定人體溫度的范圍，當(dāng)測(cè)量的溫度超過所設(shè)定的溫度范圍，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警，提醒測(cè)量著注意。由于時(shí)鐘電路外帶電源，所以在單片機(jī)系統(tǒng)斷電的時(shí)候，時(shí)鐘電路仍能正常工作，滿足了許多需要RTC的場(chǎng)合。 （方案一）傳感器 紅外傳感器結(jié)構(gòu)紅外傳感器是紅外體溫計(jì)的關(guān)鍵部件，它是由溫差熱電堆和熱敏電阻兩部分構(gòu)成的。熱電堆是用半導(dǎo)體集成電路（IC）工藝和微機(jī)械電子（MEMS）工藝制造的，它可以等效為多個(gè)熱電偶串聯(lián)。而