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：
1exp251TccTPb （1）
红外测温工作原理
红外测温是利用物体发出的红外辐射来测量其温度的技术。其工作原理基于斯特藩-玻尔兹曼定律，即物体的辐射功率与其温度的四次方成正比。根据该定律，物体的发射率越高，则其辐射功率也越大。
红外测温的测量设备通常包含一个红外探测器以及一个光学系统。光学系统用于聚焦红外辐射到探测器上。探测器可以是热电偶、半导体或热敏电阻等，它们能将红外辐射转化为电信号。
当物体的温度高于绝对零度时，它会发出热辐射，包括红外辐射。光学系统使红外辐射聚集在探测器上，使其探测到物体发出的辐射并转化为电信号。然后，测温设备通过对探测器输出信号进行放大和处理，将信号转化为温度值。
为了精确测量温度，测温设备还需要进行校准。校准过程涉及将设备与已知温度的参考物体进行比较，以确保设备在不同温度下提供准确的测量结果。根据不同的应用需求，红外测温设备可以具有不同的测量范围、分辨率和精度。
红外测温具有非接触性、迅速测量、测量范围广等优点，因此在许多领域得到广泛应用，如工业生产、医疗保健、环境监测等。红外测温设备可以直接应用于各种物体的表面温度测量，包括液体、气体、固体以及生物体。
（完整版）红外测温算法——最终版
红外热像仪测温算法
红外热像测温原理
⿊体辐射的基本规律是红外辐射理论研究和技术应⽤的基础。所谓⿊体，就是在任何温度下能吸收任何波长辐射的物体。斯蒂芬⼀波尔兹曼定律指出，⿊体的辐出度，即⿊体表⾯单位⾯积上所发射的各种波长的总辐射功率与其热⼒学温度T的四次⽅成正⽐：
在相同温度下，实际物体在同⼀波长范围内辐射的功率总是⼩于⿊体辐射的功率。也就是说，实际物体的单⾊辐出度⼩于⿊体的单⾊辐出度。我们把与的⽐值称为物体的单⾊⿊度，它表⽰实际物体的辐射接近⿊体的程度：
即
（1）将式（1）两端积分
（2）如果物体的单⾊⿊度是不随波长变化的常数，即，则称此类物体为灰体。结合关系式：和可得
所以
（3）实际物体的热辐射在红外波长范围内，可以近似地看成灰体辐射。被定义为物体的发射率。表明该物体的辐射本领与同温度同测量条件下的⿊体辐射本领之⽐。式(3)正是红外测温技术的理论依据。
作⽤于热像仪的辐射照度为
（4）其中，为表⾯发射率，为表⾯吸收率，为⼤⽓的光谱透射率，
为⼤⽓发射率，为被测物体表⾯温度，为环境温度，为⼤⽓温度，d 为该⽬标到测量仪器之间的距离，通常⼀定条件下，为⼀个常值，为热像仪最⼩空间张⾓所对应的⽬标的可视⾯积。热像仪通常⼯作在某⼀个很窄的波段范围内，或之间，、、通常可认为与⽆关。得到热像仪的响应电压为
（5）其中，为热像仪透镜的⾯积，令，,则（5）式变为
（6）红外热成像系统的探测器可以将接收到的红外波段的热辐射能量转换为电信号，经过放⼤、整型，模数转换后成为数字信号，在显⽰器上通过图像显⽰出来。图像中的每⼀个点的灰度值与被测物体上该点发出并到达光电转换器件的辐
射能量是对应的。但直接从红外热成像系统显⽰的图像中读出的温度是物体表⾯的辐射温度，并不是真实温度，其值等于辐射出相同能量的⿊体的真实温度。因此在实际测温时，要先⽤⾼精度⿊体对热像仪进⾏标定，找出⿊体温度与光电转换器件输出电压(在热图像上表现为灰度)的对应关系。⿊体的真实温度可由显⽰⾯板读出。
基于ATMEGA88的红外测温仪
作品采用ATMEL公司的ATMGEA88 作为MCU，内部有8K FLASH，1kram。工作在内部8M RC振荡下，耗电仅为2MA左右。采用RISC指令集的AVR核心，运算速度大大超过传统的51单片机。内部带有3个定时器，8路10位AD（模数转换器）,串口，硬件SPI，方便使用。大批量采购价格目前由于炒货的原因涨价到12RMB。（具体问题可以搜索下，网上吹捧得很多）推荐你看一下中文的PDF，到处都有下载的。采用这块芯片主要来说就有一点，比51先进，功耗低，内带AD，而且外部不需要加晶振。
使用一块LCD5110手机屏作为显示设备，可以显示输出电压以及当前状态。液晶屏参数为72*48，点阵式，使用一个驱动库作为支持，方便开发，工作在3.3V电压下。耗电极低，小于1MA，背光耗电为20MA。
使用一片LDO（低压差线性稳压源）作为系统电源，LM1117-3.3V，输出电压为3.3V，最大电流500MA
以下为单片机的复位电路和烧录程序用的接口
使用OTP-538U红外传感器，该传感器是一种红外线感应型的温度探测器。主要工作原理是利用红外线的波长在硅片上产生相应的电压，根据检测到的电压不同来检测不同的温度。由于只要是发热的光源就会辐射红外线，所以可以对温度进行非接触式的检测。传感器由一个热敏电阻和传感器部分组成。传感器部分根据外部的温度产生相应的电压，而热敏电阻根据外部温度不同，电阻值产生变化，由此来补充因为外界环境对传感器的影响，因此可以做到比较高的精度。价格为RMB40每颗，以下是接口电路
下表是温度与电压输出的比例
下表是热敏电阻的变化比率
由于这两个值变化很难算。。。。应用电路上都是4个电阻做的，而且没有电压偏移和温度的关系。。所以我直接舍弃了温度补偿。。。。
这个图的电阻值我完全计算不出来。。。泪流满面。。。
采用TI公司的仪表放大器INA114，采用仪表放大器最大的好处是增加了输入阻抗，而且放大倍数比较好调整，高CMRR，而且噪声极低，最关键的是，输入失调电压小。价格为RMB32。。
