摘要
红外模组是汇集其视场内目标的红外辐射能量，将红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的数字信号的传感器，它具有非接触测温方式、温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高、稳定性好和使用寿命长等一系列优点，比传统的接触式测温有更多的场合适应性。
本文介绍了一种基于单片机实用温度实时检测和记录系统。它的设计思路主要是利用红外模组传感器，采集人体发射出的红外线，得到数字信号送入单片机，由MCS-51单片机通过温度补偿来实现温度值的转换并送入LCD1602显示和超温声光报警功能，同时通过无线模块进行中短距离传输到PC机和组态王Kingview进行数据的保存和后台处理等功能。本设计实现了非接触式的温度测量，并且感应时间在3秒以内，分辨力达到0.01°C,精度在0.5°C以内，实现了无线传输到组态王的控制，并且在组态王上实现了温度的存储、查询、报表显示等多种功能。
关键词：红外测温系统；非接触式；组态王；无线传输
Abstract
The Infrared module is to bring together its field of view infrared radiation energy goals will focus infrared energy on a photoelectric detector and digital signal into a corresponding sensor, which has non-contact temperature measurement method, temperature, high resolution, fast response, without disturbing the measured target temperature distrbution field, high accu- racy, good stability and long life and a series of advantages over traditional contact-type temperature adaptability more occasions.
This paper introduces a practical temperature based on single chip real-time detection and recording system. Its design concept is the use of the main infrared sensor module to collect the body emits infra-red, get the digital signal into the microcontroller, the MCS-51 microcontroller to achieve temperature compensation by the conversion temperature and over-temperature into the LCD1602 display and sound and light alarm , Through short-range wireless module for transmission to the PC, and Kingview preservation and back-office data processing functions. The Design and Implementation of a non-contact temperature measurement, and induction time of 3 seconds or less, resolution to 0.01 ° C, accuracy 0.5 ° C or less, to achieve the wireless transmission to the configuration control of the king and the king on the configuration Achieved temperature storage, query, report shows and other features.
Key Words：Infrared temperature measurement system;non- contact;Kingview;wireless- -transmission
目录
引言 (1)
1 红外测温系统的设计背景 (2)
1.1 单片机发展历程 (2)
1.2 体温计的发展历程 (3)
2 红外测温技术简介 (4)
2.1 温度测量技术的概述 (4)
2.2 红外测温原理 (4)
2.3 红外测温的方法 (5)
3 红外测温系统的总体方案选择 (6)
3.1 重要模块的方案对比与选择 (6)
3.1.1温度传感器的选择 (6)
3.1.2无线传输模块选择 (6)
3.1.3显示模块的选择 (6)
3.2 芯片和组态王介绍 (6)
3.2.1主从控制器STC89C51 (7)
3.2.2红外模组TN_9 (8)
3.2.3无线收发CC1100E (9)
3.2.4电平转换芯片MAX232 (11)
3.2.5液晶1602 (12)
3.2.6稳压芯片LM2576 (14)
3.2.7组态王Kingview (14)
3.3 系统硬件总体设计方案 (16)
3.4 系统软件设计方案 (17)
4 红外测温系统的硬件设计 (18)
4.1 主从单片机处理模块 (18)
4.2 TN-9红外测温模块接口设计 (18)
4.3 无线收发CC1100E模块接口设计 (19)
4.4 RS232A电平转换模块 (20)
4.5 液晶显示和声光报警模块 (21)
4.6 键盘模块 (21)
4.7 电源设计模块 (22)
5 红外测温系统的软件设计 (24)
5.1 主程序的设计 (24)
5.1.1主控制器的主程序模块 (24)
5.1.2从控制器的主程序模块 (25)
5.2 TN_9红外测温程序模块 (26)
5.3 无线收发CC1100E程序模块 (29)
5.3.1无线发送程序 (29)
5.3.2无线接收程序 (30)
5.4 键盘扫描程序模块 (31)
5.5 组态王与单片机通信程序模块 (33)
5.6 组态王应用设计 (34)
6 系统调试和性能分析 (38)
6.1 所用仪器 (38)
6.2 焊接与调试过程 (38)
6.3 测温系统的误差分析 (38)
6.4 系统性能分析 (39)
6.5 如何减小误差 (39)
7 结论 (40)
谢辞 (41)
参考文献 (42)
附录 (43)
引言
现在社会，随着生活节奏的变快，父母在忙碌中抽出时间帮助孩子测体温是一件非常麻烦的事，而且由于儿童不稳定，好动，既耗费时间又费精力；老年人活动不便，使用传统的体温计很不方便，而且由于人老眼花，也不能看清体温计汞柱的位置；现在各种流行病比较多，传染性比较强，传统的接触式测温系统有很大的局限性，特别是在高发病的场所诸如学校或者事业单位里……本文所设计的红外体温检测系统就是针对这些问题而设计开发的，该系统是将微机技术、光学聚焦技术、传感器技术、无线传输技术和上位机软件技术等相结合，可以非接触式的测出人体温度，通过LCD1602来显示温度结果，当人体温度高于某一数值时作出声光报警，提醒被测者让其早作准备，同时通过无线传输传到上位机，在上位机上进行数据处理和保存，比如数据显示和报警、数据存储、数据查询、生成曲线报表等多项功能。最能体现本设计的一个例子是，曾经甲型H1N1流感盛行一时，甚至能够通过呼吸传染，在医院的隔离室里，患者采用本设计快速测温并通过无线发送到上位机，组态王界面规划了整个医院的病房号并实时显示温度和是否达到报警信号，医生通过界面能够一目了然的及时的了解到各个病好患者的基本情况，既节省时间又节省人力，在某些时候还能够避免一些悲剧的发生。
本论文的第一章简要地介绍了非接触式红外测温系统的设计背景；第二章是对现代红外测温的一些技术介绍；第三章介绍了对红外测温系统的总体软硬件方案的选择和在设计过程中所用到的芯片和软件；第四章则详细的介绍了本红外测温系统的各个硬件设计模块；第五章详细的介绍了系统软件设计，以流程图和重要要代码说明的方式介绍了各个功能的具体实现；第六章介绍了本设计系统的调试和性能分析。
1 红外测温系统的设计背景
随着现代科学技术的发展，传统的接触式测温方式以不能满足现代一些领域的测温需求，对非接触、远距离测温技术的需求越来越大。本红外测温系统设计的出发点也正是基于此。
1.1 单片机发展历程
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。
单片机是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较
强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机芯片单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！
1.2 体温计的发展历程
体温计又称“医用温度计”。体温计的工作物质是水银。它的液泡容积比上面细管的容积大的多。泡里的水银由于受到体温的影响，产生微小的变化，水银体积的膨胀，使管内水银柱的长度发生明显的变化。人体温度的变化一般在35℃到42℃之间，所以体温计的刻度通常是35℃到42℃，而且每度的范围又分成为10份，因此体温计可精确到1/10度。体温计是一种最高温度计，它可以记录这温度计所曾测定的最高温度。用后的体温计应“回表”，即拿着体温计的上部用力往下猛甩，可使已升入管内的水银，重新回到液泡里。其它温度计绝对不能甩动，这是体温计与其他液体温度计的一个主要区别。
第一个体温计是伽利略在16世纪时发明的。但直到300年后才设计出使用方便、性能可靠的体温计。
水银储存在末端的水银球内。当水银被加热时，它会发生膨胀，沿着非常狭窄的玻璃管上升。所以，体温的小小变化就会导致玻璃管内水银的大幅度上升。量完体温后，得用力甩动体温计，使水银回到水银球内。
体温计是在温度计的基础上研制成功的。1714年，德国物理学家华伦海特研制了在水的冰点和人的体温范围内设定刻度的水银体温计。1742年又发明了0～100°的摄氏温标，从此实现了体温计的刻度标准化。1714年，加布里埃尔?华伦海特1868年，文德利希这位德国教授出版了《疾病与体温》一书，书中记载了2.5万例病人的体温变化，而他所使用的体温计的大小是奥尔伯特体温计的两倍，每次要花20分钟的时间来记录体温！
1980年前后，发明了会说话的体温计。膜状液晶体温计在体温正常时呈现绿色，低烧呈现黄色，高烧呈现红色。
1865年，英国的阿尔伯特发明了一种很有特色的体温计，特点是储存水银的细管里有一狭道，当体温计接触人体后，水银很快升到人体实际体温处，取出后水银柱不下降，而是在狭道处断开，使狭道以上部分始终保持体温度数。这种温度计受到了临床的欢迎和普及应用。
1988年，出现了电子呼吸脉搏体温计，可以进行遥测。
到了现代，开始流行使用电子体温计。电子体温计分为实测式电子温度计和预测式电子体温计两种，可通过数字观看，比较方便。
红外线体温计在“非典”流行期间曾广泛使用，分为耳式红外线体温计和红外线前额测温仪，测定时间为1-3秒，快速、安全。
液晶体温计是21世纪新产品，利用液晶制成的温度计，测腋窝仅用4-5秒，准确、安全，但价位高。
2 红外测温技术简介
红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。
2.1 温度测量技术的概述
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在特殊条件(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；它的制造工艺简单，成木较低，测温时不接触被测物体，具有响应时间短、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点，但利用红外辐射测量温度，也必然受到物体发射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，其测量误差较大。
在这种温度测量技术中红外温度传感器的选择是非常重要的，而且不仅在点温度测量中要使用红外温度传感器，大面积温度测量也可使用红外温度传感器。本设计正是采用红外温度传感器这种温度测量技术，它具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好等优点；另外红外温度传感器的种类较多，发展非常快，技术比较成熟，这也是本设计采用红外温度传感器设计非接触温度测量系统的主要原因之一。
2.2 红外测温原理
红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律，众所周知，自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。
黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定，即：
21
/511C C M e λλλ=?-
（2-1）
在不同温度下的黑体光谱辐射度如图2.1。
图2.1 不同温度下的黑体光谱辐射度
从图2.1可以看出黑体辐射具有几个特征:
（1）在任何温度下，黑体的光谱辐射度都随着波长连续变化，每条曲线只有一个极大值；
（2）随着温度的升高，与光谱辐射度极大值对应的波长减小。这表明随着温度的升高，黑体辐射中的短波长辐射所占比例增加；
（3）随着温度的升高，黑体辐射曲线全面提高，即在任一指定波长处，与较高温度相应的光谱辐射度也较大，反之亦然。
2.3 红外测温的方法
通过测量辐射物体的全波长的热辐射来确定物体的辐射温度的称为全辐射测温法；通过测量物体在一定波长下的单色辐射亮度来确定它的亮度温度的称为亮度测温法；通过被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化来定温的称为比色测温法。
亮度测温法无需环境温度补偿，发射率误差较小，测温精度高，但工作于短波区，只适于高温测量。比色测温法的光学系统可局部遮挡，受烟雾灰尘影响小，测温误差小，但必须选择适当波段，使波段的发射率相差不大。本文选用全辐射测温法来计算被测量物体的温度，全辐射测温法是根据所有波长范围内的总辐射而定温，得到的是物体的辐射温度。选用这种方法是因为中低温物体的波长较大，辐射信号很弱，而且结构简单，成本较低。
由普朗克公式可推导出辐射体温度与检测电压之间的关系式：
V=Ra εσT 4=KT 4
（2-2） 式中K=Raεσ，由实验确定，定标时ε取1
T —被测物体的绝对温度
R——探测器的灵敏度
a——与大气衰减距离有关的常数
ε——辐射率
σ——斯蒂芬—玻耳兹曼常数
因此，可以通过检测电压而确定被测物体的温度，上式表明探测器输出信号与目标温度呈非线性关系，V与T的四次方成正比，所以要进行线性化处理。线性化处理后得到物体的表观温度，需进行辐射率修正为真实温度，其校正式为：
T=（2-3）
ε(T)——辐射率，取0.1～0.9
由于调制片辐射信号的影响，辐射率修正后的真实温度为高于环境的温度，还必须作环温补偿，即真实温度加上环温才能最终得到被测物体的实际温度。
3 红外测温系统的总体方案选择
本设计是软硬件的综合体，每一个模块的选择都会对整个系统产生影响，选择的硬件模块好坏决定了本设计所能达到的高度，所以对比较重要的模块必须要通过对比选择，扬长避短。
3.1 重要模块的方案对比与选择
3.1.1温度传感器的选择
方案一：采用红外线温度传感器IRTP。IRTP系列红外测温系统是一种集成专用信号处理电路以及环境温度补偿电路的多用途红外温度测量系统，它属于工业测温传感器。不能用作人体测温，故不选用此方案。
方案二：采用热释电红外线传感器D203S。热释电红外线传感器是80年代发展器起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。但这个电压信号需要加以放大和加驱动控制电路。硬件上的复杂性决定了它的稳定性不高，且容易出故障，故也不选此方案。
方案三：采用凌阳公司生产的型号为TN9红外温度传感器，它是一种集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，输出数字信号，它的响应速度快、精度高、稳定性好，故选择此方案。
3.1.2无线传输模块选择
方案一：采用PT2262/2272加无编码的发射与接收头，该电路采用超再声发射电路，采用315MHZ的发射频率，虽然发射距离远，但要求供电电压高更多的是适合在遥控方面，而在传输数据时却容易出错。故不选择此方案。
方案二：低功耗CC1100E是一款Sub-GHz高性能射频收发器，提供对数据包处理、数据缓冲、突发传输、空闲信道评估、链路质量指示以及无线唤醒的广泛硬件支持。具有高灵敏度、低电流消耗、支持频率下高达+10dBm的可编程输出功率、1.2到500kBaud的可编程数据速率等特点，非常合适中短距离的数据传输，所以选择此方案。
3.1.3显示模块的选择
方案一：使用数码管显示。数码管具有耗能低、电压低、寿命长、对外界环境要求低，易于维护等优点，其电路复杂，占用资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息。
方案二：我们设计的系统需要显示的信息直观，所以应选用显示功能更好的液晶显示，要求能显示更多的数据，增加显示信息的可读性，看起来更方便。而液晶LCD1602有明显的优点：微功耗，尺寸小，超薄轻巧，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，而且容易控制。所以选择方案二。
3.2 芯片和组态王介绍
综合了各个方案的对比，我得出了本系统的最终方案，在主从处理器方面选择STC89C51单片机，红外模组TN_9作为测温模块，用LCD1602为本系统的显示部分，通过CC1100E无线收发模块把测得的温度值传到从处理器并通过从处理器串口经RS232电平转换模块传到上微机软件组态王Kingview做各种数据的后台处理。
3.2.1主从控制器STC89C51
单片机作为红外测温系统的核心处理部件，它关系到整个系统的性能指标。因此它的选择是非常重要的。本测温系统选择的STC89C51RC单片机，下面是STC89C51RC单片机相关资料信息：
STC89C51RC单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。STC89C51RC系列单片机具有在系统可编程（ISP）特性，这样可以省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序，无须将单片机从以生产好的产品上拆下。对于一些尚未定型的设计可以一边设计一边完善，加快了设计速度，减少了一些软件缺陷风险。由于可以在用户的目标系统上将程序直接下载进单片机看运行结果，故无须仿真器，图3.1为此单片机的引脚图。
图3.1 STC89C51RC单片机引脚图
STC89C51RC单片机的特点：
（1）增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051 CPU；
（2）工作电压：5.5v-3.8v；
（3）工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0～80M，实际工作频率可达48MHz；
（4）4k的Flash程序存储器；
（5）片上集成512字节RAM；
（6）ISP/IAP，无须专用编程器/仿真器；
（7）通用I/O口，复位后：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时需加上拉电阻；
（8）EEPROM功能；
（9）看门狗；
（10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省复位电路）。
（11）共3个16位定时器/计数器，定时器0还可以当成2个8位定时器使用；
（12）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；
（13）超低功耗，正常工作模式，典型功耗2mA；掉电模式，典型功耗0.5uA，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序；
（14）2个数据指针；
（15）通用异步串行口（UATR），还可用定时器软件实现多个UATR；（16）工作温度范围：0－75℃/－40～＋85℃；
（17）封装形式：PDIP-40/PLCC-44/PQFP-44。
STC89C51各引脚的功能描述如下：
（1）电源和晶振：V
CC 、V
SS
——运行和程序校验时加的电压；
XTAL1——输入到振荡器的反向放大器；
XTAL2——反向放大器输出，输入到内部时钟发生器（2）RST：单片机的上电复位或掉电保护端；
（3）ALE: 地址锁存有效信号输出端；
（4）PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端。
3.2.2红外模组TN_9
面对目前众多的红外检测器件产品，在设计中选择合适的红外检测器已成为一个重要问题。在设计过程中选择红外线检测器件时，首先考虑的是器件的以下性能因素:光谱响应范围、响应速度、有效检测面积、元件数量、制冷方式和检测目标的温度。
凌阳公司生产的型号为TN9的红外探测器作为测温模块，它是一种集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，因此简化了本系统的设计。
它的测量距离大约为30米，测量回应时间大约为0.5秒。而且它具备SPI 接口，可以很方便地与单片机（MCU）传输数据。其引脚如图3.2。
图3.2 红外测温传感器引脚图
在图3.2中，V为电源引脚VCC，VCC一般为3V到5V之间的电压，一般取3.3V；D为数据接收引脚，没有数据接收时D为高电平；C为2KHz Clock输出引脚；G为接地引脚；A为测温启动信号引脚，低电平有效。
TN_9红外测温模块的时序如图3.3所示，在CLOCK的下降沿时接收数据。(例：如果一次温度测量需接收5个字节的数据，这5个字节中：Item为0x4c表示测量目标温度，为0x6c表示测量环境温度；MSB为接收温度的高八位数据；LSB为接收温度的低八位数据；Sum为验证码，接收正确时Sum=Item+MSB+LSB；CR为结束标志，当CR为0xodH时表示完成一次温度数据接收。)
图3.3 TN_9模块的时序图
红外测温模块温度值的计算：
以上面的例子：无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到Item为0x4cH 或者0x66H同时检测到CR为0x0dH，他们的温度的计算方法都相同。
计算公式：
目标温度/环境温度=Temp/16-273.15
(3-1)
其中Temp为十进制，当把它转换成十六进制的高八位为MSB，低八位为LSB；比如MSB为0x14H，LSB为0x2Ah，则Temp十六进制时为0x142aH，十进制时为5162，则测得的温度值为5162/16-273.15=39.475℃.
3.2.3无线收发CC1100E
CC1100E是一款Sub-GHz高性能射频收发器，设计旨在用于极低功耗RF应用。其主要针对工业、科研和医疗(ISM)以及470-510MHz和950-960MHz频带的短距离无线通信设备(SRD)。CC1100E特别适合于那些针对日本ARIB STD-T96标准和中国470-510MHz短距离通信设备的无线应用。
CC1100E主要的应用范围有：
(1)运行于470/950MHz ISM/SRD 频带的超低功耗无线应用；
(2)无线传感网络；
(3)家庭和楼宇自动化；
(4)高级抄表架构(AMI)；
(5)无线计量；
(6)无线告警和安全系统；
图3.4 CC1100E的简化结构图
CC1100E具有一个低功耗IF接收机。在图3.4中，低噪声放大器(LNA)将接收到的RF信号放大，并在求积分(I和Q)过程中被降压转换至中频(IF)。在IF下，I/Q 信号被ADC数字化。自动增益控制(AGC)、精确信道滤波和调制解调位/数据包同步均以数字方式完成。CC1100E的发送器部分基于RF频率的直接合成。频率合成器包括一个完全片上LC VCO和一个90度相位转换器，以在接收模式下向降压转换混频器生成I和Q LO信号。将一个晶体连接XOSC_Q1和XOSC_Q2。晶体振荡器产生合成器的参考频率，以及ADC和数字部件的时钟。一个4线SPI串行接口用于配置和数据缓冲器存取。数字基带包括对信道配置、数据包处理以及数据缓冲的支持。
图3.5 CC1100E的复位时序
在图3.5中，CC1100E全局复位方法使用SRES指令选通脉冲。通过发出这种选通脉冲，所有内部寄存器和状态均被设置为默认值，即IDLE状态。
（1）设置SCLK=1和SI=0，以避免引脚控制模式下潜在的问题。
（2）选通脉冲CSn低电平/高电平。
（3）保持CSn为低电平，随后为高电平，保持CSn为高电平至少持续40μs。
（4）拉低CSn，等待SO变低(CHIP_RDYn)。
（5）通过SI线发送SRES 选通脉冲。
（6）当SO再次变低时，复位完成，芯片处于IDLE状态。
图3.8 配置寄存器的读写操作
如图3.8所示，CC1100E通过一个简单的4-线SPI兼容接口（SI、SO、SCLK 和CSn）便可对CC1100E进行配置，此时CC1100E为从属器件。该接口还可以用于读取和写入缓冲数据。SPI接口上的所有数据传输均以最高位开始。SPI接口上的所有事务均以一个报头字节作为开始，该字节包含一个R/W;ˉb it，一个突发存取位(B)，以及一个6位地址(A5–A0)。在SPI总线上传输数据期间，CSn引脚必须保持低电平。在传输报头字节或读/写寄存器期间，如果CSn电平升高，那么传输就会被取消。图3-7显示了SPI接口上地址和数据传输的时间。拉低CSn电平时，在开始传输该报头字节以前，MCU必须等待，直到CC1100E的SO引脚变为低电平为止。这表明，晶体正在运行。除非芯片处在SLEEP或XOFF状态，否则SO引脚总会在CSn 变为低电平以后立即变为低电平。
3.2.4电平转换芯片MAX232
MAX232C是RS232与TTL电平之间进行电平转换的工具芯片，它是MAXIM公司生产、包括两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232C芯片内部有一个电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS232所输出电平所需的电压。所以，采用此芯片的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了，如图3.9。
图3.9 MAX232引脚图
MAX232C内部结构：
（1）电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
（2）数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
（3）供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。
MAX232C主要特点：
（1）单5V电源工作
（2）LinBiCMOSTM工艺技术
（3）两个驱动器及两个接收器
（4）±30V输入电平
（5）低电源电流：典型值是8Ma
（6）符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28
（7）ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V
3.2.5液晶1602
1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。它的主要技术参数如表3.1，图3.10，图3.11所示。
（1）显示容量:16×2个字符
（2）芯片工作电压:4.5—5.5V
（3）工作电流:2.0mA(5.0V)
（4）模块最佳工作电压:5.0V
表3.1 1602内部控制指令
图3.10 LCD1602读操作时序
图3.11 LCD1602写操作时序
3.2.6稳压芯片LM2576
HYM2576系列调节器是单片集成电路，它可以提供降压转换器（Buck）的功能，它同时具有驱动3A负载电流，且有着极好的线性和负载调节特性。HYM2576系列器件包括固定输出的3.3V、5V、12V、15V 以及可调输出版本，它内部已经集成频率补偿和一个固定频率振荡器。HYM2576系列高效率的特性
完全可以替代常用的三端线性调节器。它的高效率可以最大限度的减小散热片的尺寸，在某些情况下可以不加散热片。在特定输入和输出负载的条件下，HYM2576的输出可以保证±4%的精度容差，以及±10%的内部振荡频率容差。HYM2576 同时具有外部的关断引脚，50μA（典型）的备用电流。HYM2596 还具有循环限流和过温关断功能，如图3.12所示。
图3.12 LM2576应用电路
3.2.7组态王Kingview
北京亚控公司的工业组态软件Kingview是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它是一个集成的工业组态软件，它包含几千种智能仪表和智能模块和大多数的单片机的地层通信协议，对于单片机它提供了两种可以修改的通信协议，可以方便的实现单片机和PC机之间的通信。Kingview更是提供了强大的人机界面的制作，可以很好的将采集到的数据进行处理显示记录，利用自带的动画制作工具可以实现现场模拟。
（1）全中文界面,可以运行在Windows 环境下,包括Windows 98P2000PNT 等。
（2）先进的图形、动画功能,丰富的图库,开发简便,周期短,界面美观、友好。
（3）在其公司网站上有各种应用实例,方便移植。
（4）丰富的硬件支持功能,支持工业控制中大部分的板卡,接口简单,便于操作。
（5）提供了上百个函数,大大简化了编程过程,减轻了工作量,提高了工作效率。
（6）对于典型数据库的支持,使得数据的操作很容易实现。
（7）强大的报表功能。
（8）具有一定网络支持功能。
（9）具有动态数据交换功能(DDE),这使得它可以和Windows环境下的大部
软件或开发平台进行数据传递。
通讯口设置如表3.2。
（1）通讯方式：RS-232,RS-485,RS-422均可。
（2）波特率：由单片机决定（2400，4800，9600and19200bps）。
表3.2 组态王字节数据格式
在组态王中定义设备地址的格式
（1）格式：＃＃．＃前面的两个字符是设备地址，范围为0－255，此地址为单片机的地址，由单片机中的程序决定；后面的一个字符是用户设定是否打包，“0”为不打包、“1”为打包,用户一旦在定义设备时确定了打包，组态王将处理读下位机变量时数据打包的工作。
表3.3 组态王中定义的寄存器格式
表3.3中，斜体字dd代表数据地址，此地址与单片机的数据地址相对应。
（2）组态王与单片机通讯的命令格式如表3.4所示。
表3.4 读写格式
说明；
字头：1字节1个ASCII码，40H
设备地址： 1字节2个ASCII码，0—255（即0---0x0ffH）
标志：1字节2个ASCII码，bit0~bit7，
bit0= 0:读，bit0= 1:写。
bit1= 0：不打包。
bit3bit2 = 00,数据类型为字节。
bit3bit2 = 01,数据类型为字。
bit3bit2 = 1x,数据类型为浮点数。
数据地址： 2字节4个ASCII码，0x0000~0xffff
数据字节数：1字节2个ASCII码，1—100，实际读写的数据的字节数。
数据…：为实际的数据转换为ASCII码，个数为字节数乘2。
异或：异或从设备地址到异或字节前，异或值转换成2个ASCII码
CR：0x0d。
毕业设计（论文） 题目非接触式红外测温仪 学生姓名：李林 指导教师：李宏升 理学院应用物理学专业061 班
非接触式红外测温仪 学生姓名：李林 所在专业：应用物理学班级：061 指导教师：李宏升 申请学位：学士 论文提交日期：20xx -xx-xx 论文答辩日期：20xx -xx-xx 学位授予单位：青岛理工大学
摘要：本文结合国内外红外技术的发展和应用，简绍了红外技术的基础理论，阐述了红外热像仪的工作原理、发展和分类。以及红外测温仪的原理和实现。 关键词：黑体辐射、红外测温仪、普朗克定律、热像仪。 目录 内容摘要 第一章概述 第二章红外基础理论 2.1 扫像仪原理 2.2热像仪的发展 2.3 热像仪分类 第三章红外测温仪的原理及实现 3.1红外测温仪的种类 3.2红外测温仪的工作原理 3.3红外测温仪的性能 第四章红外测温仪的选择 4.1确定测温范围 4.2确定目标尺寸 4.3确定距离系数（光学分辨率） 4.4确定波长范围 4.5确定响应时间 4.6 信号处理功能
4.7环境每件考虑 4.8 红外测温仪的优点 4.9 红外测温仪的缺点 4.10 使用注意事项 第五章结束语 参考文献 第一章概述 红外测温技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列，并备有各种选件和计算机软件，每一系列中又有各种型号及规格。在不同规格的各种型号测温仪中，正确选择红外测温仪型号对用户来说是十分重要的。 红外检测技术是“九五”国家科技成果重点推广项目，红外检测是一种在线监测(不停电)式高科技检测技术，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的红外线(红外辐射)，将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表面的温度分
红外测温方法的工作原理及测温仪 (北京化工大学信息科学与技术学院) 摘要：本文从黑体辐射原理出发分析了红外测温的工作原理，从发射率、距离系数、环境等几个方面，探讨和分析了测温误差的原因，以及基于红外测温技术的测温仪的简单的概述,并对红外测温仪的分类、性能、选择及应用简要的说明。 关键词：黑体辐射、红外测温仪、温度测量 Infrared Thermometer and the working principle of Infrared Temperature measurement (College of Science and Technology， Beijing University of Chemical Technology) Abstract: In this paper, the theory of infra-red temperature measurement was analyzed according to the principle of blackbody radiation. We discussed the main factors for measurement accuracy, such as reflectance, distance coefficient and environment.Based on infrared temperature measurement technology, we make a simple overview of infrared thermometer, and a brief description of its classification, performance, selection and application. Key words: Blackbody radiation; infrared thermometer; temperature measurement 0引言 在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的,温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。 表1常用测温方法对比 测温方法温度传感器测温范围（°C）精度（%） 接触式热电偶-200～1800 0.2～1.0 热电阻-50～3000.1～0.5非接触式红外测温-50～33001其它示温材料-35～2000<1
非接触式红外测温仪设计 摘要 温度测量技术应用十分广泛，而且在现代设备故障检测领域中也是一项非常重要的技术。但在某些应用领域中，要求测量温度用的传感器不能与被测物体相接触，这就需要一种非接触的测温方式来满足上述测温需求。本论文正是应上述实际需求而设计的红外测温仪。 红外测温仪是以黑体辐射定律作为理论基础，是光学理论和微电子学综合发展的产物。与传统的测温方式相比，具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点。 本文介绍了红外测温仪测温的基本原理和实现方法，提出了以STC89C51单片机为其核心控制部件的红外测温系统。详细介绍了该系统的构成和实现方式，给出了硬件原理图和软件的设计流程图。该系统主要由光学系统、光电探测器、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内目标的红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。STC89C51单片机负责控制启动温度测量、接收测量数据、并按照单片机中的温度值计算算法计算出目标的温度值再通过LED把结果显示出来。 关键词: STC89C51单片机，红外测温，LED显示
THE DESIGN OF NON－CONTECT INFRARED THERMOMETER ABSTRACT The technology of temperature measurement is used widespread, and it also important in the modern equipment failure examination field. But in some application domains, we needn’t the sensor contact with the measured object which used in temperature measurement, this needs a kind of non-contact temperature measurement to satisfies the demand and the design of this infrared thermometer is also based on the demand. Infrared thermomter, it uses the blackbody radiation laws as the theories foundation, it is the outcome that the optical theories and micro-electronics learn a comprehensive development. Compared to the way of traditional temperature measurement, it has a series of merits, such as short in response time, non-contact, noninterference to temperature field, long useful time and convenient operation, etc. The paper introduces the basic principle of infrared thermometer and the method of realization, puts forward infrared trermometer system with the STC89C51 MCU as the CPU. The paper introduces the composing and the method of that system in detail, and gives the hardware principle diagram and the design flow chart of the software. The system formed by the optical system, photoelectron detector,display and output partially. The optical system collects the infrared radiation energy of the object in its field of view, the infrared energy focusing on the instrument and transforms to the corresponding electrical signal. The STC89C51 MCU is used to start the temperature survey, data receive, count the value of the object temperature based on the arithmetic with in MCU and the result is displayed on LED.
红外光电传感器测温仪 1红外测温传感器结构 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。 2红外测温传感器工作原理 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射量。根
据基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩公式这三大辐射定律，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与其表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 三大辐射定律均是以“黑体”作为研究对象分析得出的。但是，自然界中存在的实际物体都不是黑体，所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为了使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在0-1之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态（ 如表面氧化情况，涂层材料，粗糙程度及污秽状态等）。 当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在，就会不断的向四周辐射电磁波，其中的红外线在给定的温度和波长下，物体发射的辐射能有一个最大值，这种物质成为黑体，其他的波段的最大值成为灰体。事实上，自然界中并不存在黑体，只是为了获得红外线的分布规律才提出的，从而导出了普朗克黑体辐射定律。 普朗克黑体辐射定律是用于描述在任意温度下从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础用公式可表达为： E=δε（T-To ） E 是辐射出射度．单位是W ／m3； δ是斯蒂芬一波尔兹曼常数，5．67x10-8W ／（m2·K4）； ε是物体的辐射率： T 是物体的温度（K ）； To 是物体周围的环境温度（K ）。 红外测温仪电路比较复杂, 包括前置放大, 选频放大, 温度补偿, 线性化, 发射率ε （比辐射率 ）调节等。目前已有一种带单片机的智能红外测温仪, 利用单片机与软件的功能, 大大简化了硬件电路, 提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。 红外测温仪的光学系统可以是透射式, 也可以是反射式。 反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜, 并在镜的表面镀金、 铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。 3红外测温理论基础 3.1红外辐射（红外线、红外光） 红外线是电磁波谱中，波长0.76μm -1000μm 范围的电磁辐射，位于红外光与无线电波之间。与可见光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性相同。同时具有粒子性。对人的眼睛不敏感，要用对红外敏感的探测器才能接收到。红外辐射的本质是热辐射，热辐射包括紫外光、可见光辐射，但是在0.76μm -40μm 红外辐射热效应最大。 自然界中一切温度高于绝对零度的有生命和无生命的物体，时时刻刻都在不停地辐射红外线。辐射的量主要由物体的温度和材料本身的性质决定；特别热辐射的强度及光谱成份取决于辐射体的温度。 3.2黑体辐射规律 黑体红外辐射的基本规律揭示的是黑体发射的红外热辐射随温度及波长的定量关系。黑体一种理想物体，它们在相同的温度下都发出同样的电磁波谱，而与黑体的具体成分和形状特性无关。斯特藩和玻耳兹曼通过实验和计算得出黑体辐射定律： 4 0)(T T M σ=
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目非接触温度计
摘要 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。 关键词：红外辐射测温红外传感器
目录 一、设计目的-------------------------- 1 二、设计任务与要求---------------------- 2 2.1设计任务-------------------------- 2 2.2设计要求-------------------------- 2 三、设计步骤及原理分析 ------------------ 3 3.1设计方法-------------------------- 3 3.2设计步骤-------------------------- 4 3.3设计原理分析----------------------- 5 四、课程设计小结与体会 ------------------ 6 五、参考文献--------------------------- 6
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
ABSTRACT The use of temperature measurement technique is common, but in the current issue of the detection device class is still a very important technology. It requires the use of measurement and the object contact temperature sensor, This is the actual need infrared thermometer designed. Infrared thermometer is the use of blackbody radiation law, based on the phenomenon of optical theory and integrated development of microelectronics. Compared with the basic temperature measurement mode, with a short response time, non-touch, no interference is temperature field, long life, easy operation to do a series of advantages. This paper describes the basic principles and display infrared thermometer, noting that the center of the infrared temperature measurement system control unit STC89C51 microcontroller. accepted amount,and calculates the temperature in accordance with the purpose of single-chip temperature values through statistical algorithms and then the temperature LCD display. Keywords: STC89C51 microcontroller；infrared temperature measurement； LCD display
非接触式温度传感器 非接触式温度传感器 它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速（瞬变）对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。 温度传感器 最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法（见光学高温计）、辐射法（见辐射高温计）和比色法（见比色温度计）。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体（吸收全部辐射并不反射光的物体）所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度，则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度，如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下，物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制，可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正，最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射，从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率，ρ为反射镜的反射率。至于气体和液体介质真实温度的辐射测量，则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度（即介质温度）进行修正而得到介质的真实温度。 非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温，主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展，辐射测温 温度传感器 逐渐由可见光向红外线扩展，700℃以下直至常温都已采用，且分辨率很高。
红外测温仪系统 1. 引言 温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。因此，实现对温度的实时测定就显的十分重要。然而，传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。但是，在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm 的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的。因此，红外测温仪具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。 图1 红外测温仪的测温图 2. 红外测温仪系统原理 2.1红外测温原理 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称为灰体。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。 由于黑体的光谱辐射功率Pb(λΤ)与绝对温度Τ 之间满足普朗克定理： ()1 ex p 251-= -T c c T P b λλλ （1） 其中，Pb(λΤ)—黑体的辐射出射度； λ—波长； T —绝对温度；
摘要： 在当今的生活中，传统的水银温度计有着很多大大小小的缺点，虽然它价格低、性能稳定，但是它精度低、测量时间长、不安全等缺点，给我们带来了众多麻烦和不便。红外线测温仪集快速、准确、安全、方便可靠等众多优点于一身，很快便被越来越多的人们所认知和接受。 本文根据红外线测温的原理，以STC89C52单片机作为核心控制部件，控制系统运行，结合TN901红外测温模块，搭配液晶显示器实现测温。本文大致介绍了这套系统的构成和实现方式，给出硬件、软件方面的设计流程。此系统主要由光电探测部分、系统运行部分和显示输出部分等组成：由TN901进行红外辐射采集，传入单片机，经由单片机处理转换为电信号，并在液晶模块中显示出来。 关键词：红外线测温 STC89C52 TN901
Abstract In today's life, the traditional mercury thermometer has many large and small faults, although its price is low, performance is stable, but its low precision, measurement time, uneasy congruent faults, brings us many troubles and inconvenience. Infrared thermometer set rapid, accurate, safe, convenient and reliable, and many other advantages in one, soon cognitive and accepted by more and more people. This paper according to the principle of infrared temperature measurement, STC89C52 single-chip computer as core control unit, control system, combined with TN901 infrared temperature measurement module, match LCD to realize temperature measuring. This paper Outlines the composition and implementation of the system, gives the hardware and software aspects of the design process. This system is mainly composed of photoelectric detection system is running, and display output sections such as: infrared radiation by TN901 collection, introduced into single chip microcomputer, processed by single-chip microcomputer is converted to electrical signals, and displayed in the LCD module. Keywords Infrared temperature measurement STC89C52 TN901
毕业设计（论文） 非接触式红外测温仪设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：
摘要 温度测量技术应用十分广泛，而且在现代设备故障检测领域中也是一项非常重要的技术。但在某些应用领域中，要求测量温度用的传感器不能与被测物体相接触，这就需要一种非接触的测温方式来满足上述测温需求。本论文正是应上述实际需求而设计的红外测温仪。 红外测温仪是以黑体辐射定律作为理论基础，是光学理论和微电子学综合发展的产物。与传统的测温方式相比，具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点。 本文介绍了红外测温仪测温的基本原理和实现方法，提出了以STC89C51单片机为其核心控制部件的红外测温系统。详细介绍了该系统的构成和实现方式，给出了硬件原理图和软件的设计流程图。该系统主要由光学系统、光电探测器、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内目标的红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。STC89C51单片机负责控制启动温度测量、接收测量数据、并按照单片机中的温度值计算算法计算出目标的温度值再通过LED把结果显示出来。 关键词: STC89C51单片机，红外测温，LED显示 THE DESIGN OF NON－CONTECT INFRARED THERMOMETER
《传感器原理》课程读书报告 红外光电传感器测温仪红外测温传感器结构1 器目标制冷 前置红光学成像外
大放测探扫描系统路 同 放主处信显示号理步换录记转 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变 红外测温传感器工作原理2 在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射量。 根．
《传感器原理》课程读书报告 据基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩公式这三大辐射定律，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与其表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
三大辐射定律均是以“黑体”作为研究对象分析得出的。但是，自然界中存在的实际物体都不是黑体，所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为了使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在0-1之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态（如表面氧化情况，涂层材料，粗糙程度及污秽状态等）。 当物体的温度高于绝对零度时，由于它内部热运动的存在，就会不断的向四周辐射电磁波，其中的红外线在给定的温度和波长下，物体发射的辐射能有一个最大值，这种物质成为黑体，其他的波段的最大值成为灰体。事实上，自然界中并不存在黑体，只是为了获得红外线的分布规律才提出的，从而导出了普朗克黑体辐射定律。 普朗克黑体辐射定律是用于描述在任意温度下从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础用公式可表达为： E=δε（T-To） E是辐射出射度．单位是W／m3； δ是斯蒂芬一波尔兹曼常数，5．67x10-8W／（m2·K4）； ε是物体的辐射率： T是物体的温度（K）； To是物体周围的环境温度（K）。 红外测温仪电路比较复杂, 包括前置放大, 选频放大, 温度补偿, 线性化, 发射率ε （比辐射率）调节等。目前已有一种带单片机的智能红外测温仪, 利用单片机与软件的功能, 大大简化了硬件电路, 提高了仪表的稳定性、可靠性和准确性。 红外测温仪的光学系统可以是透射式, 也可以是反射式。反射式光学系统多采用凹面玻璃反射镜, 并在镜的表面镀金、铝、镍或铬等对红外辐射反射率很高的金属材料。 3红外测温理论基础 3.1红外辐射（红外线、红外光） 红外线是电磁波谱中，波长0.76μm-1000μm范围的电磁辐射，位于红外光与无线电波之间。与可见光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等特性相同。同时具有粒子性。对人的眼睛不敏感，要用对红外敏感的探测器才能接收到。红外辐射的本质是热辐射，热辐射包括紫外光、可见光辐射，但是在0.76μm-40μm红外辐射热效应最大。 自然界中一切温度高于绝对零度的有生命和无生命的物体，时时刻刻都在不停地辐射红外线。辐射的量主要由物体的温度和材料本身的性质决定；特别热辐射的强度及光谱成份取决于辐射体的温度。 3.2黑体辐射规律 黑体红外辐射的基本规律揭示的是黑体发射的红外热辐射随温度及波长的定量
178(RC001)型非接触式电子体温计 专用于人体测温.抗击流感专业非接触体温检测仪. 适用于：甲型H1N1流感患者排查。 精确：测量偏差±0.2度。测量时间0.5秒钟。 高温报警：可自由设定报警温度。 存储数据：可存储32个测量数据，便于分析对比。可进行温度修正. 医疗器械生产许可证号：食药监械生产许可证20081646号。 一、新版测温仪产品参数： 精确：测量偏差≤±0.2度。（采用进口红外线探测系统） 快速：测量时间＜0.5秒钟。 易用：一键测量，操作方便。 非接触：对人体额头测量，不接触人体皮肤。 长寿命：装2节5号电池，可使用超过10万次，产品使用寿命＞300万次。 测量距离：在5~15CM之内都可以适应，无需固定测量距离。 大屏显示：大屏幕液晶显示，白色背光，任何光线下都可以清晰显示。 温度报警：自由设定报警温度。 存储数据：存储32个测量数据，便于分析参考对比。 设置修改：可以修改设置参数，以适应不同肤色的人种（白人、黑人、黄色人种等） 单位转换：使用摄氏度、华氏度可相互转换。 产品用途：
人体体温测量：准确的测量人体体温，替代传统的水银体温计。 皮肤温度测量：测量人体皮肤表面温度，比如可用于断肢再植手术时需要测量皮肤的表面温度。 物体温度测量：测量物体的表面温度，比如可用于茶杯外表的温度的测量。 液体温度量：测量液体的温度，如婴儿洗澡水的温度、奶瓶内牛奶温度等。 技术性能： 1．正常使用条件温度：环境温度：10℃-40℃ 2．电源：DC3V（2粒AA电池） 3．尺寸：196×150×50㎜（长×宽×高） 4．重量：220g 5．测量范围：体温模式：32℃--42.9℃ 表面模式：0℃~60℃ 6．精度:0.2℃ 7．功率：≤50Mw 8．测量距离：5CM-15CM 9．自动关机：5秒 二、图片展示： 三、使用方法： 注意事项: - 遵循此说明书中的保养建议 - 此产品适合于专业用途或是家庭用途 - 产品使用的环境温度一定是在10~40℃. - 产品必须保持干净以及放在干燥的地方. - 请勿将额温枪放在有电击的地方. - 请勿将额温枪放置在极端的温度环境:高于50℃或低于-20℃.
自动化仪表大作业 课题名称：非接触式测温仪 班级： 姓名：
一、方案选择 随着现代科学技术的发展，传统的接触式测温方式以不能满足现代一些领域的测温需求，对非接触、远距离测温技术的需求越来越大。本红外测温仪设计的出发点也正是基于此。 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；它的制造工艺简单，成木较低，测温时不接触被测物体，具有响应时间短、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点，但利用红外辐射测量温度，也必然受到物体发射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，其测量误差较大。 在这种温度测量技术中红外温度传感器的选择是非常重要的，而且不仅在点温度测量中要使用红外温度传感器，大面积温度测量也可使用红外温度传感器。本设计正是采用红外温度传感器这种温度测量技术，它具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好等优点；另外红外温度传感器的种类较多，发展非常快，技术比较成熟，这也是本设计采用红外温度传感器设计非接触温度测量仪的主要原因之一。 二、系统设计原理 远红外测温系统由以下几部分组成：远红外透镜及滤光系统、测试装置、A/D转换器、微处理机（单片机）和终端显示组成。结合红外测温的工作原理及实际操作的需要，进行了相关参数的计算和论证，在确定方案可行的情况下，最后得出远红外测温仪系统的原理框图如图2.2所示。远红外测温仪系统是集信号采集、数据处理、误差分析、输出显示及危险报警为一体的多功能、智能化的测温系统。而信号采集系统中最重要的是用滤光片收集远红外区域内（8～14um）的光谱，使红外测温的波长范围相对缩小，精度有所提高。因此，远红外测温仪在工业系统温度的测量上有更好的应用。随着现代技术的发展，红外测温仪的设计也越来越先进、品种越来越繁多、功能越来越齐全、价格不断的趋于稳定。 具体操作：将远红外测温仪对准被测的物体，按触发器启动单片机，并在仪器的LED上读出温度数据，保证测温距离和光斑尺寸之比。使用远红外测温仪时还必须注意：1、只测量表面温度，红外测温仪不能测量内部温度。2、不能透过
摘要 红外模组是汇集其视场内目标的红外辐射能量，将红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的数字信号的传感器，它具有非接触测温方式、温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高、稳定性好和使用寿命长等一系列优点，比传统的接触式测温有更多的场合适应性。 本文介绍了一种基于单片机实用温度实时检测和记录系统。它的设计思路主要是利用红外模组传感器，采集人体发射出的红外线，得到数字信号送入单片机，由MCS-51单片机通过温度补偿来实现温度值的转换并送入LCD1602显示和超温声光报警功能，同时通过无线模块进行中短距离传输到PC机和组态王Kingview进行数据的保存和后台处理等功能。本设计实现了非接触式的温度测量，并且感应时间在3秒以内，分辨力达到0.01°C,精度在0.5°C以内，实现了无线传输到组态王的控制，并且在组态王上实现了温度的存储、查询、报表显示等多种功能。 关键词：红外测温系统；非接触式；组态王；无线传输
Abstract The Infrared module is to bring together its field of view infrared radiation energy goals will focus infrared energy on a photoelectric detector and digital signal into a corresponding sensor, which has non-contact temperature measurement method, temperature, high resolution, fast response, without disturbing the measured target temperature distrbution field, high accu- racy, good stability and long life and a series of advantages over traditional contact-type temperature adaptability more occasions. This paper introduces a practical temperature based on single chip real-time detection and recording system. Its design concept is the use of the main infrared sensor module to collect the body emits infra-red, get the digital signal into the microcontroller, the MCS-51 microcontroller to achieve temperature compensation by the conversion temperature and over-temperature into the LCD1602 display and sound and light alarm , Through short-range wireless module for transmission to the PC, and Kingview preservation and back-office data processing functions. The Design and Implementation of a non-contact temperature measurement, and induction time of 3 seconds or less, resolution to 0.01 ° C, accuracy 0.5 ° C or less, to achieve the wireless transmission to the configuration control of the king and the king on the configuration Achieved temperature storage, query, report shows and other features. Key Words：Infrared temperature measurement system;non- contact;Kingview;wireless- -transmission
成绩评定： 传感器技术课程设计 题目红外测温传感器 摘要 在临床医学中，体温是一个重要的人体生理参数。它是人体生命活动的基本特征，也是观测人体机能是否正常的重要指标之一。所以体温计无论是在日常保健和还是临床诊断中，都是必不可少的医用计量器具。传统的水银体温计是根据液体热胀冷缩的性质来测量人体的温度，虽然它价格便宜、性能稳定，但是也存在许多弊端。 随着科学技术的发展和现代医疗技术的需求，体温测量技术也在不断
地改进和提高，随后人们研究出了红外线人体测温仪。它是利用人体发出特定波段的红外线来测量出人体的温度。 本人根据红外辐射测温的原理设计并制作了一个红外体温测量系统，其中红外温度传感器采用了Melexis公司设计生产的非接触测量红外温度传感器—MLX90615（DAA型号）。它是一个数字传感器，片上已经集成了温度测量的传感器和相关处理电路，可以通过SMBus协议把测量得到的温度数据直接传送给A VR单片机（ATmega32A）进行处理，然后通过LCD模块显示相应的体温值。 关键词：红外温度测量，MLX90615，SMBus，A VR单片机 目录 一、设计目的-------------------------- 4 二、设计任务与要求---------------------- 5 2.1设计任务-------------------------- 5 2.2设计要求-------------------------- 5
三、设计步骤及原理分析 ------------------ 6 3.1设计方法-------------------------- 6 3.2设计步骤-------------------------- 6 3.3设计原理分析------------------------- 6 四、课程设计小结与体会 ------------------ 7 五、参考文献-------------------------- 11 1红外测温传感器结构