非接触式测温仪设计与制作

非接触式测温仪的设计与制作

田云，黑龙江农业经济职业学院

本文介绍一种采用凌阳公司生产的TN9红外测温传感器来实现红外测温，控制器采用大家熟悉的51单片机。所有物体都会发出红外线能量。物体越热，其分子就愈加活跃，它所发出的红外线能量也就越多。红外线温度仪包括有光学装置，可以收集来自物体的辐射红外线能量，并把该能量聚焦在探测器上。能量经探测器转化为电信号，并被放大、显示出来。红外测温打破了传统的接触式测温模式，它根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有不扰动被测物体温度分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广，稳定性好、可同时测量环境温度和目标温度的特点。近年来在汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。

一、红外测温传感器TN9

红外测温传感器选用凌阳科技公司生产的TN9红外测温传感器，可测量目标温度和环境温度。它采用非接触测温手段，解决了传统测温中需要接触的问题，具有回应速度快、测量精度高、测量范围广以及可同时测量目标温度和环境温度的特点。红外测温模块根据大气状况最远测温距离约 30m，测量回应时间大约为 0.5s，而且，它具备 SPI接口，可以很方便地与单片机传输数据。外型如图1所示，它的基本特性如表1所示。

表1 TN9红外测温传感器特性

量程-33-220℃/-27-428℉

工作温度-10-50℃/14-122℉

精度±0.6℃

反应时间1sec

重量8g

电压范围3V- 5V

图1 TN9红外测量传感器外型

1、红外测温传感器引脚

红外测温模块的引脚如图2所示。其中V为电源电压引脚VCC，VCC一般为 3V到 5V之间的电压；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（这里需要注意，只有为TN9供上电源，C脚就有2KHz的方波信号输出）；G为接地引脚；A为测温启动信号引脚，低电平有效。

图2 TN9红外测温传感器引脚

2、红外测温模块的工作时序

TN9红外模块的工作SPI时序如图3所示。

从时序图可以看出： TN9红外传感器向单片机发送一帧数据共有5个BYTE组成，每个BYTE位的含义如下：

Item ：如果为4CH代表此帧测量为目标温度，为66H代表此帧测量为环境温度。

MSB ：数据高八位

LSB ：数据低八位

SUM ：校验位 SUM=Item+MSB+LSB

CR ：0DH为结束码

单片机在CLOCK的下降沿接收数据，一次温度测量需接收 5 个字节的数据，这五个字节中：Item为 0x4c表示测量目标温度，为 0x66 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 0x0dH时表示完成一次温度数据接收。

图3 TN9红外测量传感器的工作时序

3、红外测温模块温度值计算

无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到Item 为0x4c或者0x66同时检测到CR 为 0x0dH，它们的温度的计算方法都相同。计算公式为

目标温度/环境温度=Temp/16-273.15其中Temp 为十进制，当把它转换成十六进制时高八位为MSB，低八位为LSB；比如MSB为0x14，LSB为0x2a，则Temp十六进制时为0x142a，十进制时为5162，则测得温度值为5162/16-273.15=49.475℃。

二、电路设计

本文设计一个能测量环境温度和目标温度的测温仪，并从显示器显示出来。整个电路需要由晶振电路，复位电路，显示电路构成。晶振和复位电路是大家比较熟悉的电路，这里面就不再多说了。显示电路采用74LS245做为显示数据管的段驱动器，采用7406作为数码管的位驱动器，其中7406属于OC门，上拉电阻必不可少。TN9的数据端接由单片机P1.3口，TN9启动端接P1.4端，这里要注意的是TN9的C口接于单片机的外部中断0。具体电路如图4所示。

图5 程序流程图

四、 结束语

TN9红外温度传感器为温度的非接触式测量提供了一种行之有效的解决方案，且电路简单，程序设计也并不复杂。很适合大家动手制作。图6是制作的一个实物图。

开始

初始化

读第一个字节数据0x4C 或0x66?

读取第二三四个字

读取第五个字节是否为0x0D?

计算温度值

送显示

是否有测温 按键按下?

关闭测量

返回

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