非接觸溫度計(jì))

1、 成績(jī)?cè)u(píng)定： 傳感器技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 題 目 非接觸溫度計(jì) 院 系 電子工程學(xué)院 摘要 人體溫度相對(duì)恒定是維持人體正常生命活動(dòng)的重要條件之一，當(dāng)體溫高于41度或低于35度時(shí)將嚴(yán)重影響人體各系統(tǒng)的機(jī)能活動(dòng)，甚至危害生命。很多疾病都可使體溫正常調(diào)節(jié)機(jī)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(duì)病人檢查體溫，觀察其變化對(duì)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(huì)或各類活動(dòng)中，由于參加人數(shù)眾多，如果再入場(chǎng)時(shí)能對(duì)體溫進(jìn)行檢測(cè)，則能有效控制各類傳染病的交叉?zhèn)鞑?。非接觸式體溫計(jì)所需測(cè)溫時(shí)間短，不需要與體膚接觸，避免了病菌交叉感染，并且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與判斷，非常適

2、合這種情況下使用。  當(dāng)今世界，隨著科學(xué)與技術(shù)的不斷提高，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ψ奖憧旖莸淖詣?dòng)化的要求不斷提高。而本文所研究的紅外測(cè)溫系統(tǒng)由于對(duì)被測(cè)物體的輻射進(jìn)行的是非接觸無(wú)損測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中不會(huì)擾亂被測(cè)部分的溫度場(chǎng)，響應(yīng)快、溫度分辨率高。溫度測(cè)量主要有兩種方法：一種是傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量，另一種是以紅外測(cè)溫為代表的非接觸式測(cè)量。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量不僅反應(yīng)速度慢，而且必須與被測(cè)物體接觸。在人們的日常生活中，測(cè)量溫度普遍使用水銀溫度計(jì)，反應(yīng)比較慢，而且水銀一旦泄露會(huì)產(chǎn)生污染并且有毒。紅外測(cè)溫以紅外傳感器為核心進(jìn)行非接觸式測(cè)量，克服了傳統(tǒng)測(cè)溫的不足，得到了廣泛的應(yīng)用。  自然界一切溫度高于絕對(duì)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(zhǎng)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(guò)測(cè)量物體輻射出的紅外能量的大小就能測(cè)定物體的表面溫度。微小的溫度變化會(huì)就會(huì)引起明顯的輻射能量變化，因此利用紅外輻射測(cè)量溫度的靈敏度很高。關(guān)鍵詞：紅外傳感器 單面機(jī) 非接觸溫度計(jì)目 錄一 、設(shè)計(jì)目的1二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求22.1設(shè)計(jì)任務(wù)22.2設(shè)計(jì)要求2三、設(shè)計(jì)步驟及原理分析33.1設(shè)計(jì)方法33.2設(shè)計(jì)步驟43.3設(shè)計(jì)原理分析5四、課程設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)6五、參考文獻(xiàn)6傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)  一、設(shè)計(jì)目的

4、 傳統(tǒng)的溫度測(cè)量不僅反應(yīng)速度慢，而且必須與被測(cè)物體接觸。在人們的日常生活中，測(cè)量溫度普遍使用水銀溫度計(jì)，反應(yīng)比較慢，而且水銀一旦泄露會(huì)產(chǎn)生污染并且有毒。紅外測(cè)溫以紅外傳感器為核心進(jìn)行非接觸式溫度計(jì)，克服了傳統(tǒng)測(cè)溫的不足。 二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 利用紅外測(cè)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(guò)溫差電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)和熱敏電阻等來(lái)測(cè)量所吸收的紅外輻射，間接地測(cè)量輻射紅外光物體的溫度。2.2設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)代非接觸故障檢測(cè)技術(shù)的需求選用了型號(hào)為凌陽(yáng)的TN9溫度傳感器。它的測(cè)量距離大約為30米，測(cè)量回應(yīng)時(shí)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(jī)（MCU）傳輸數(shù)據(jù)。3、 設(shè)計(jì)步驟及原理分析3.1設(shè)計(jì)方法 依據(jù)測(cè)溫原理的不同，紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)有三種方法，通過(guò)測(cè)量輻射物體的全波長(zhǎng)的熱輻射來(lái)確定物體的輻射溫度的稱為全輻射測(cè)溫法；通過(guò)測(cè)量物體在一定波長(zhǎng)下的單色輻射亮度來(lái)確定它的亮度溫度的稱為亮度測(cè)溫法；如果是通過(guò)被測(cè)物體在兩個(gè)波長(zhǎng)下的單色輻射亮度之比隨溫度變化來(lái)定溫的稱為比色測(cè)溫法。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。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。本文選用全輻射測(cè)溫法來(lái)計(jì)算被測(cè)量物體的溫度，

6、全輻射測(cè)溫法是根據(jù)所有波長(zhǎng)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?yàn)橹械蜏匚矬w的波長(zhǎng)較大，輻射信號(hào)很弱，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但它的測(cè)溫精度稍差，受物體輻射率影響大。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： V=RaT4=KT4式中K=Ra，由實(shí)驗(yàn)確定，定標(biāo)時(shí)取1T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)輻射率斯蒂芬玻耳茲曼常數(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。線性化處理后得到物體的表觀溫度，需進(jìn)行輻射

7、率修正為真實(shí)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(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。3.2設(shè)計(jì)步驟紅外測(cè)溫技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)，設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了著重要作用?？梢詫?duì)正在運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行非接觸檢測(cè)，拍攝其溫度場(chǎng)的分布、測(cè)量任何部位的溫度值，據(jù)此對(duì)各種外部及內(nèi)部故障進(jìn)行診斷，具有實(shí)時(shí)、遙測(cè)、直觀和定量測(cè)溫等優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)檢測(cè)發(fā)電廠、變電所和輸電線路的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備和帶電設(shè)備非常方便、有效。用紅外測(cè)溫儀，你可連續(xù)診斷電子連接

8、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(kāi)關(guān)齒輪或保險(xiǎn)絲連接，防止能源消耗。此紅外測(cè)溫儀的特點(diǎn)：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、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)方案主要包括：軟件設(shè)計(jì)部分與軟件設(shè)計(jì)部分。 a紅外測(cè)溫儀的硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本紅外測(cè)溫儀采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，它的硬件結(jié)構(gòu)由STC89C51單片機(jī)模塊，紅外測(cè)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(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

9、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)。此紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖a所示： 圖a 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)框圖b紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)此紅外測(cè)溫儀的軟件設(shè)計(jì)同樣采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，它把整個(gè)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(cè)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(cè)，串行口通信，鍵盤和顯示等功能。其中系統(tǒng)初始化包括: 時(shí)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(cè)溫模塊包括：獲取溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫度值。鍵盤掃描模塊 ：獲取按鍵信息，處理按鍵請(qǐng)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(cè)溫儀的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘的設(shè)置是相當(dāng)重要的，通過(guò)時(shí)鐘的設(shè)置才能獲得良好的時(shí)鐘頻率，這個(gè)時(shí)鐘頻率是整個(gè)軟件系統(tǒng)是否能正常有序地運(yùn)行的關(guān)鍵。具體的軟件方案設(shè)計(jì)如下圖b： 圖b 紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)框圖3.3設(shè)計(jì)原理分析紅外測(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

11、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)。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(gè)特征: 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； 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。這表明隨著溫度的升高，黑體輻射中的短波長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)小結(jié)與體會(huì) 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)非

12、接觸式體溫測(cè)量和記錄，并通過(guò)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(zhǔn)確的測(cè)量出體溫，尤其適合在大型集會(huì)時(shí)對(duì)多人進(jìn)行體溫檢測(cè)。本文介紹的體溫檢測(cè)系統(tǒng)硬件及軟件的設(shè)計(jì)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于針對(duì)溫度測(cè)量特點(diǎn)，采用紅外溫度傳感器，無(wú)需與體膚接觸，而且反應(yīng)速度快，彌補(bǔ)了一些傳統(tǒng)體溫計(jì)的不足 在這次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)自身的努力，不但加深了對(duì)傳感器的進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解，并將所學(xué)的知識(shí)充分應(yīng)用于實(shí)踐中。通過(guò)這次傳感器技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，在實(shí)踐中擴(kuò)展了知識(shí)面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，而且對(duì)其他專業(yè)的知識(shí)也有所了解，從各方面提高了自身的綜合素質(zhì)。經(jīng)過(guò)這次一個(gè)較完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作過(guò)程，對(duì)于將來(lái)學(xué)習(xí)和工作也是有