非接触式红外测温仪的设计

I非接触式红外测温仪的设计摘要利用温度测量技术是很常见的，而且在当前问题的检测设备类仍然是一个非常重要的技术。但在某些应用中，需要使用测量与被测物体接触式温度传感器，它需要一个非接触式温度测量来满足测量要求,本文是红外测温仪的设计的实际需要。红外测温仪是利用黑体辐射定律为基础，是光学理论和微电子学综合发展的现象。与基本的测温方式相比，具有反应时段短、非触碰、不干扰被测温场、使用寿命长、操做简便等一系列优点。本文阐述了红外测温仪的基本原理和显示方式，指出红外测温系统的中心控制单元以STC89C51单片机。具体列举了该系统的组成和制作方法，给出了硬件理论图和软件的设计流程图。该系统基本由光学系统、光电探测器、显示输出等部份构成。光学系统的红外辐射能量采集物体的红外能量收集在光电探测器转换成相应的电信号的视野。STC89C51单片机担当节制驱动温度量取、接受量取的数据、并按照单片机中的温度值统计算法算出目的温度值再经过LCD把温度显示出来。关键词:STC89C51单片机；红外测温；LCD显示屏IIABSTRACTTheuseoftemperaturemeasurementtechniqueiscommon,butinthecurrentissueofthedetectiondeviceclassisstillaveryimportanttechnology.Itrequirestheuseofmeasurementandtheobjectcontacttemperaturesensor,Thisistheactualneedinfraredthermometerdesigned.Infraredthermometeristheuseofblackbodyradiationlaw,basedonthephenomenonofopticaltheoryandintegrateddevelopmentofmicroelectronics.Comparedwiththebasictemperaturemeasurementmode,withashortresponsetime,non-touch,nointerferenceistemperaturefield,longlife,easyoperationtodoaseriesofadvantages.Thispaperdescribesthebasicprinciplesanddisplayinfraredthermometer,notingthatthecenteroftheinfraredtemperaturemeasurementsystemcontrolunitSTC89C51microcontroller.acceptedamount,andcalculatesthetemperatureinaccordancewiththepurposeofsingle-chiptemperaturevaluesthroughstatisticalalgorithmsandthenthetemperatureLCDdisplay.Keywords:STC89C51microcontroller；infraredtemperaturemeasurement；LCDdisplay目录摘要_____________________________________________________________IABSTRACT_______________________________________________________II第1章绪论______________________________________________________11.1课题背景___________________________________________________11.2国内外研究状况____________________________________________21.2.1国际现状______________________________________________21.2.2国内现状_____________________________________________31.3红外测温的展望____________________________________________3第2章设计方案拟定______________________________________________52.1温度测温技术的概述_________________________________________52.2红外测温原理及方法_________________________________________62.2.1红外测温原理_________________________________________62.2.2斯蒂芬-玻尔兹曼定律___________________________________62.2.3实际物体温度的计算___________________________________62.2.4红外测温的方法_______________________________________72.3红外测温系统的方案介绍____________________________________82.3.1红外测温仪系统的技术指标及主要功能___________________82.3.2红外测温仪的硬件系统方案设计_________________________82.3.3红外测温仪的应用软件系统的方案设计____________________92.4方案设计__________________________________________________92.5方案论证_________________________________________________10第3章系统的硬件设计___________________________________________123.1系统整机设计_____________________________________________123.2单片机处理模块___________________________________________123.3红外测温模块______________________________________________133.3.1红外测温传感器的引脚介绍____________________________143.3.2红外测温模块的时序__________________________________143.4RS232A电平转换模块______________________________________153.5MAX232C芯片介绍________________________________________163.6电源模块_________________________________________________163.7键盘模块_________________________________________________173.8LCD显示模块_____________________________________________183.9音频输出模块____________________________________________20第4章系统的软件设计___________________________________________224.1主程序流程设计___________________________________________224.2红外测温程序模块_________________________________________224.3键盘扫描程序模块_________________________________________24第5章安装与调试_______________________________________________265.1硬件的安装与调试_________________________________________265.2单片机程序的烧录_________________________________________28结论____________________________________________________________30参考文献________________________________________________________31致谢____________________________________________________________32附录1附录2西安电子科技大学电气信息工程系毕业设计（论文）共32页，第1页第1章绪论1.1课题背景普通温度测量技术经过相当长时间的发展已近于成熟。目前，随着经济的发展日益需要的是特殊条件（如高温、强腐蚀、强电磁场条件下或较远距离）下的温度测量技术。因此，当前研究的重点也在于此。非接触红外测温仪采用最新红外技术可快速方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。只需瞄准被测物体，按动触发器，在LCD显示屏上读出温度数据。红外测温仪的优点：重量轻、体积小、使用方便，方便携带并能准确地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数而接触测温仪每秒测量就需要若干分钟的时间。非接触式红外测温也叫辐射测温，一般使用热电型或光电探测器作为检测元件。此温度测量系统比较简单，可以实现大面积的测温，也可以是被测物体上某一点的温度测量；可以是便携式也可以是固定式，并且使用方便；他的制造工艺简单，成本较低，测温是不接触被测物体，具有响应时间短，不干扰被测温场、使用寿命长、操作简单等一系列优点，但利用红外辐射测量温度，也必然受到物体反射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，起测量误差较大。红外测温仪可以接收多种物体自身发射出的不可见红外能量，红外辐射是电磁频谱的一部分，它包括无线电波、微波、可见光、紫外、Ｒ射线和Ｘ射线。红外线位于可见光和无线电波之间，红外波长常用微米表示，波长范围为0.7微米－1000微米，实际上，0.7微米－14微米波带用于红外测温仪。红外技术及其原理的无异议的理解为其精确的测温。当由红外测温仪测温时，被测物体发射出的红外能量，通过红外测温仪的光学系统在探测器上转换为电信号，该信号的温度读数显示出来，有几个决定精确测温的重要因素，最重要的因素是发射率、视场、到光斑的距离和光斑的位置。发射率，所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。当红外测温仪测量表面温度时，仪器能接收到所有这三种能量。因此，所有红外测温仪必须调节为只读出发射的能量。测量误差通常由其它光源反射的红外能量引起的。有些红外测温仪可改变发射率，多种材料的发射率值可从出版的发射率表中找到。其它仪器为固定的予置为0.95的发射率。该发射率值是对于多数有机材料、油漆或氧化表面的表面温度，就要用一种胶带或平光黑漆涂于被测表面加以补偿。使胶带或漆达到与基底材料相同温度时，测量胶带或漆表面的温度，即为西安电子科技大学电气信息工程系毕业设计（论文）共32页，第2页其真实温度。距离与光斑之比，红外测温仪的光学系统从圆形测量光斑收集能量并聚焦在探测器上，光学分辨率定义为红外测温仪到物体的距离与被测光斑尺寸之比（Ｄ:Ｓ）。比值越大，红外测温仪的分辨率越好，且被测光斑尺寸也就越小。激光瞄准，只有用以帮助瞄准在测量点上。红外光学的最新改进是增加了近焦特性可对小目标区域提供精确测量，还可防止背景温度的影响。视场，确保目标大于红外测温仪测