非接觸溫度計)

1、 成績評定： 傳感器技術(shù) 課程設(shè)計 題 目 非接觸溫度計 院 系 電子工程學(xué)院 摘要 人體溫度相對恒定是維持人體正常生命活動的重要條件之一，當體溫高于41度或低于35度時將嚴重影響人體各系統(tǒng)的機能活動，甚至危害生命。很多疾病都可使體溫正常調(diào)節(jié)機能發(fā)生障礙而使體溫發(fā)生變化，如非典型肺炎的首要癥狀就是發(fā)燒。臨床上對病人檢查體溫，觀察其變化對診斷疾病或判斷某些疾病的預(yù)防有重要意義。  在大型集會或各類活動中，由于參加人數(shù)眾多，如果再入場時能對體溫進行檢測，則能有效控制各類傳染病的交叉?zhèn)鞑?。非接觸式體溫計所需測溫時間短，不需要與體膚接觸，避免了病菌交叉感染，并且可以進行數(shù)據(jù)記錄與判斷，非常適

2、合這種情況下使用。  當今世界，隨著科學(xué)與技術(shù)的不斷提高，各個領(lǐng)域?qū)Ψ奖憧旖莸淖詣踊囊蟛粩嗵岣摺６疚乃芯康募t外測溫系統(tǒng)由于對被測物體的輻射進行的是非接觸無損測量，測量過程中不會擾亂被測部分的溫度場，響應(yīng)快、溫度分辨率高。溫度測量主要有兩種方法：一種是傳統(tǒng)的接觸式測量，另一種是以紅外測溫為代表的非接觸式測量。傳統(tǒng)的溫度測量不僅反應(yīng)速度慢，而且必須與被測物體接觸。在人們的日常生活中，測量溫度普遍使用水銀溫度計，反應(yīng)比較慢，而且水銀一旦泄露會產(chǎn)生污染并且有毒。紅外測溫以紅外傳感器為核心進行非接觸式測量，克服了傳統(tǒng)測溫的不足，得到了廣泛的應(yīng)用。  自然界一切溫度高于絕對零度

3、的物體，都在不停地向外發(fā)出紅外線。物體發(fā)出的紅外線能量大小及其波長分布同它的表面溫度有密切關(guān)系，物體的輻射能量與溫度4次方成正比，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合普朗克定律。因此如果通過測量物體輻射出的紅外能量的大小就能測定物體的表面溫度。微小的溫度變化會就會引起明顯的輻射能量變化，因此利用紅外輻射測量溫度的靈敏度很高。關(guān)鍵詞：紅外傳感器 單面機 非接觸溫度計目 錄一 、設(shè)計目的1二、設(shè)計任務(wù)與要求22.1設(shè)計任務(wù)22.2設(shè)計要求2三、設(shè)計步驟及原理分析33.1設(shè)計方法33.2設(shè)計步驟43.3設(shè)計原理分析5四、課程設(shè)計小結(jié)與體會6五、參考文獻6傳感器技術(shù)課程設(shè)計  一、設(shè)計目的

4、 傳統(tǒng)的溫度測量不僅反應(yīng)速度慢，而且必須與被測物體接觸。在人們的日常生活中，測量溫度普遍使用水銀溫度計，反應(yīng)比較慢，而且水銀一旦泄露會產(chǎn)生污染并且有毒。紅外測溫以紅外傳感器為核心進行非接觸式溫度計，克服了傳統(tǒng)測溫的不足。 二、設(shè)計任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù) 利用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(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。2.2設(shè)計要求 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0.5秒。而且它具備SPI

5、接口，可以很方便地與單片機（MCU）傳輸數(shù)據(jù)。3、 設(shè)計步驟及原理分析3.1設(shè)計方法 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(xué)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，

6、全輻射測溫法是根據(jù)所有波長范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)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(guān)方法介紹： 由普朗克公式可推導(dǎo)出輻射體溫度與檢測電壓之間的關(guān)系式： V=RaT4=KT4式中K=Ra，由實驗確定，定標時取1T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(guān)的常數(shù)輻射率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(guān)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

7、率修正為真實溫度， 其校正式為： 式中Tr輻射溫度(表觀溫度)(T)輻射率，取0.10.9由于調(diào)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。3.2設(shè)計步驟紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測，設(shè)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(shè)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(nèi)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(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效。用紅外測溫儀，你可連續(xù)診斷電子連接

8、問題和查找連接處的熱點，以檢測設(shè)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(guān)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(yīng)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(shè)計方案主要包括：軟件設(shè)計部分與軟件設(shè)計部分。 a紅外測溫儀的硬件系統(tǒng)方案設(shè)計本紅外測溫儀采用模塊化的設(shè)計思想，它的硬件結(jié)構(gòu)由STC89C51單片機模塊，紅外測溫模塊， RS232轉(zhuǎn)換電路模塊，電源模塊，鍵盤模塊和LED顯示模塊組成。STC89C51單片機是本系統(tǒng)的控制中心，它負責控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值、并根據(jù)取得的鍵值控制顯示過程；紅外測溫模塊負責溫度

9、數(shù)據(jù)的采集、測量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送給STC89C51單片機； RS232轉(zhuǎn)換電路模塊可以使單片機方便地同PC機進行串口通信，并可以同時接收或傳送外部送來的資料；通過鍵盤模塊可以方便地進行測溫及各種操作；LED顯示模塊把測量的溫度值直觀地顯示給觀測者；電源模塊負責本紅外測溫儀電源的供應(yīng)。此紅外測溫儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖a所示： 圖a 紅外測溫儀系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計框圖b紅外測溫儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的方案設(shè)計此紅外測溫儀的軟件設(shè)計同樣采用模塊化的設(shè)計思想，它把整個系統(tǒng)分成若干模塊分別予以解決，它包括主程序模塊，紅外測溫模塊，鍵盤掃描模塊和顯示模塊。主程序模塊主要完成系統(tǒng)初始化，溫度的檢

10、測，串行口通信，鍵盤和顯示等功能。其中系統(tǒng)初始化包括: 時間中斷的初始化、外部中斷源的初始化、串口通信中斷的初始化、LED顯示的初始化。 紅外測溫模塊包括：獲取溫度數(shù)據(jù)，計算溫度值。鍵盤掃描模塊 ：獲取按鍵信息，處理按鍵請求等。顯示模塊：獲取并處理相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)， 在此紅外測溫儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計中，時鐘的設(shè)置是相當重要的，通過時鐘的設(shè)置才能獲得良好的時鐘頻率，這個時鐘頻率是整個軟件系統(tǒng)是否能正常有序地運行的關(guān)鍵。具體的軟件方案設(shè)計如下圖b： 圖b 紅外測溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計框圖3.3設(shè)計原理分析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

11、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： 下圖是不同溫度下的黑體光譜輻射度圖： 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: 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； 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； 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。 四、課程設(shè)計小結(jié)與體會 本設(shè)計的任務(wù)是實現(xiàn)非

12、接觸式體溫測量和記錄，并通過液晶屏幕顯示。系統(tǒng)可以應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)中，快速準確的測量出體溫，尤其適合在大型集會時對多人進行體溫檢測。本文介紹的體溫檢測系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計，其創(chuàng)新點在于針對溫度測量特點，采用紅外溫度傳感器，無需與體膚接觸，而且反應(yīng)速度快，彌補了一些傳統(tǒng)體溫計的不足 在這次設(shè)計中，經(jīng)過自身的努力，不但加深了對傳感器的進一步的認識和理解，并將所學(xué)的知識充分應(yīng)用于實踐中。通過這次傳感器技術(shù)課程設(shè)計，使我認識到理論聯(lián)系實際的重要性，在實踐中擴展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識也有所了解，從各方面提高了自身的綜合素質(zhì)。經(jīng)過這次一個較完整的產(chǎn)品設(shè)計和制作過程，對于將來學(xué)習和工作也是有