基于单片机的电缆红外测温系统设计

Ｔ Ｓ３Ｌ ５ Ｐ ３４ ５ 传感器 通过 内部 红外 吸收 器接 收的被 测物体 的红外 辐射 信号 ，再将辐射信号转换为电压信号测量温度。红外温度传感器 输 出 电压 ｕ 函数 关 系如下 表示 ： 的
Ｕ Ｋ 。 ｅ ４ ＝ （Ｔ一 ｏ ）
．
（） ２
式 中 ：Ｋ 经验 因子 ，￡ 被测 物 体 的辐射 率 ，￡ 传 感 器本 为 为 为
式 中：Ｅ 为辐射 出射度 ，单位为Ｗ／ ；６ ｍｓ 为斯蒂芬一 玻尔兹曼 常数 ，５６ ． ７×１— Ｗ／ ｍ： Ｋ ）； ８ ０８ （ ・ ４ 为物体 的辐射率 ，绝对黑体 ８ １ ，非绝对Ｏ ｇ １ ；Ｔ ：． ０ ＜ ＜ ． 为物体 的温度 、Ｔ 为物体周围的环境温 ０ 度 ，单 位 为Ｋ 。 ， 红 外 测 温是 利 用测 量 物体 所 辐射 出来 的辐 射 能量 来测 量 物体 温度 ，它 的理 论依据 是 斯 蒂芬 一 尔兹曼 定律 ：物 体的 温度越 高 ， 玻 它所 辐 射 出来 的能 量 越 多 。利 用红 外测 温 传感 器 测量 出物体 所 发 射 的能量 Ｅ ，就 可利用 式 （ ）计算 出物体 温度 Ｔ １ 。 ２ 系统总体 结构及 电路 设计
用。传统的接触式测温模式在电缆故障探 测中受到很 大限制 。为了解决该 问题 ，本文设 计了一种基 于ＭＳ ４０ 片机控制器的 Ｐ ３单 红 外测温系统 ，该方法 以单片机为测温 系统的控制核心 ，结合ＭＳ ４ ０ Ｐ ３ 内置Ａ Ｄ转换 器、异步 串行 口ｕＡ 等 外设 ，在硬件 电 ＲＴ 路和软件程序设计 的基础上 ，设计 出了一种 非接触式红外测 温系统 。实验结果表明，该测量系统 不仅稳 定性好 ，而且测量精
的采集 与转 换 ，并 控 制 温度 数 据 的处 理与 显示 ，该 测 温 节 点硬 件
本 文采 用 红 外测 温 传 感 器Ｔ Ｓ ３ Ｌ ５ Ｐ ３４ ５ 为本 系统 的 红 外测 温 部 分 ，该 部分 信 号经信 号 调理 电路后 ，由单片 机 Ｍ Ｐ ３ 为核 心 处理 Ｓ４０ 器 处理 ，并 上 传 给上位 机 Ｐ ，从 而实现 智 能化 的 温度 测量 。 系统 Ｃ 硬 件组 成 主要 有 ：红 外 测 温传 感 器 、信 号调 理 电路 （ 括 放 大 电 包 路 、ＡＤ ／ 转换 电路 ）、单 片 机ＭＳ ４ ０ Ｃ Ｐ ３ 、Ｐ 与单 片 机通 信部 分 。 其 中软件 部分 包括 ：ＡＤ ／ 转换 、数 字滤 波 、单 片机 控 制采集 以及 上位 机 显示 等程 序 。
Ｅ ｅ ｒ Ｔ４ ＝ ８（ｐ— ｏ） （１ ）
信 号 经 过放 大 器 和信 号处 理 电路按 照仪 器 内部 的算 法 和 目标 发射 率校 正 后转 变 为 被测 目标 的温 度值 。本 设计 主要 是通 过 红外 温度传感器感测温度信号 ，采用信号调理电路对传感器信号实现 信号 放 大和 转换 ，再利 用 内 置Ａ Ｄ 换 器 的单 片机 Ｍ Ｐ ３ 实 现数 ／转 Ｓ４ ０ 据采集 ，最后通过单片机与上位机进行连接 ，把温度测量值传给 计算 机保 存 。结构框 图如 图 １ 所示 。 ３ 系统的硬件电路设计 ３１ 红 外测 温传感 器 工作原 理 ． 本 文 采 用 的红 外 测 温 传 感 器 为 Ｔ Ｓ ３ Ｌ ５ Ｐ ３ ４ ５ ，其 工 作 原 理 为
１ ｏ ０
应 用 方 法论
２ 藉霸 科 年 １ Ｌ ０ 第期 １ ７ ｌ ２
基于单片机 的电缆红外测 温系统设 计
赵 春利
（ 四川省 电力公 司绵 阳游仙供电局 ，四川绵阳 ６ １０ ） ２００ 摘 耍 电缆 温度故障 对电力运营具 有重要 意义 ，红 外测 温方法是一种非接 触测量 ，它测量精度 高、可靠性好 而被 广泛应
由于 分子 的热 运 动 ， 自然 界 中温 度高 于 绝对 零 度 的物体 都 在 向周 围空 间 辐射 红外 辐 射 能量 ，其辐 射 能量 密度 不 仅 与物体 本 身 的 温度 Ｔ 关 ，而 且还 受物 体周 围的环境 温 度＿的影 响 。其 关 系符 有 ｒ ｎ 合 以下 辐射定 律 ：
度 有很 大的 提 高 。
关键 词 电缆温度探测 ；ＭＳ ４ ０ Ｐ ３ ；红外测温
中圈分类号 Ｔ １ 文献标识码 Ａ 文章编号 １７ — ６ １ （ １） １ ０ ０ — ２ Ｎ２ ９ ６３ ９７一２ ２ ９－ １００ ０ ０
自然 界 中 一切 温度 高 于 绝对 零 度 的物体 ，都会 不 停地 向周 围 发射 红 外辐 射 能量 ，因此 ，红 外测 温技 术 在 医学 、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 。传 统测 温法 难 以解 决很 小 或无 法 接触 到 物体 的 测 温 ，而 红外 测 温法 不仅 可 以解 决该 问题 ，且可 用 于测 量 高温 、有 腐 蚀 性 、高压 带 电物 体 的温 度 ，并 且其 测 量 速度 快 、范 围宽 ，对 被测 温 度 场无 干扰 ，因 此在 高 压 电力设 备 温度 的 在线 监 测领 域 中 得 到越来 越广 泛的应 用 。 １ 红外漏温原理
２１ 整 体 电路设计 ．
身的辐射率 ，Ｔ 为物体的温度 ，Ｔ为传感器本身的温度。 ｎ 红外 测 温节点 电路 设计 ： 本 测 温节 点 以 Ｍ Ｐ ３ Ｆ ６ ８ Ｓ ４ ０ ２ １ 为微 控 制器 ，利 用 红 外测 温 传感 器接收物体发射 的红外线并使之转换成电压信号 ，实现温度数据 的采集与传输。红外测温传感￣Ｔ Ｓ ＳＬ ５ Ｐ Ｓ４ ５可输 出被测物体温度和 传感器温度信号 ；选用低噪声运算放大器０ Ａ ７ ５ Ｐ ２ ３ 进行传感器信 号 的调理 电路设 计 ；微 控制 器 Ｍ Ｐ ３Ｆ ６ ８ 用 内置Ａ 完 成数 据 Ｓ ４ ０ ２ １利 Ｄ