测控技术与仪器毕业设计小论文

红外热辐射温度测量系统的设计与研究

柳裔树罗小燕

（江西理工大学机电工程学院，测控技术与仪器102班，江西赣州 341000）

摘要:针对高速公路路面温度测量的问题，应用了红外热辐射非接触式温度测量技术。首先分析了传统的温度测量方法和目前高速公路对路面温度测量的措施，了解了对高速路路面温度测量对交通安全的重要性，然后对前人在此方面的研究进行了总结，在此基础上提出了红外热辐射温度测量系统的设计和方案。该系统以89C51单片机为控制中心，TN9红外探测器，经过数据处理后将测得结果显示在LCD显示屏上。

关键字：红外热测温；红外；51单片机；LCD显示。

The design and research of infrared radiation temperature

measurement system

LIU yi shu , LUO xiaoyan

（Faculty of Mechanical and Electronic Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, 102 class of measure and control technology and instrument，Ganzhou 341000）ABSTRACT：Aiming at the problem of highway road surface temperature measurement, the application of infrared thermal radiation contactless temperature measurement technology. First analysis of the traditional temperature measurement method and current highway measures of road surface temperature measurement, learned to highway road surface temperature measurement of the importance of traffic safety, and then summarized the studies of predecessors in this aspect, based on this, advances the infrared radiation temperature measurement system design and solutions. The system with 89 c51 microcontroller as the control center, TN9 infrared detector, after data processing results show that measured on the LCD screen. The main design results are:

Keywords: infrared temperature measurement；Infrared；51 MCU；LCE display.

0 引言

传统的温度检测是由温度计来检测，而温度计是靠水银随温度变化而热胀冷缩的物理性质研制而成。所以用温度计来检测温度的前提必须是接触式，而且要在相对比较长的时间才能使水银的性质在该温度下达到稳定状态。目前，人们使用最广泛的水银体温计是根据水银随温度升降的热胀冷

缩的性质，通过读取刻度值来获取温度值，它有诸多的缺陷：传统温度计在使用时要和被测量体接触，而且往往要等待较长的时间，以让其充分受热，当测量结束后还要将水银重新甩入水银泡中，由于水银泡是由很薄的玻璃制成的，极易破碎，而且其中的水银蒸汽对人体有极强的毒害作用，因此普通的温度计有非常严重的安全隐患。正因如此，需要设计出一种更为方便快捷、准确度较高的方法。红外测温提供了快速，准确及时的检测方法和结果。而且可以以数字的方式显示出测量结果，使测量过程变得直观，耗时短，往往在几秒钟之内就能测得结果，而且寿命长，是较为理想的测温仪器。

本研究基于89C51单片机为控制中心，采用红外温度传感器TN9对公路地面温度进行采集，提高了准确性和安全性。系统采用的红外温度传感器体积小、性能好，再加上稳定的运放和精度较高的A/D处理，可实现对目标温度的准确测量及将温度参数显示在LCD显示屏上。

1 红外测温系统工作原理

依据测温原理的不同，红外测温仪的设计有三种方法，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；如果是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

AT89C51单片机是本系统的控制中心，它负责控制启动温度测量、接收测量数据、计算温度值、并根据取得的键值控制显示过程；红外测温模块负责温度数据的采集、测量，并将采集到的数据通过数据端口传送给AT89C51单片机； RS232转换电路模块可以使单片机方便地同PC机进行串口通信，并可以同时接收或传送外部送来的资料；LCD显示模块把测量的温度值直观地显示给观测者。

2 硬件电路设计

1）单片机控制中心

该红外测温仪是以AT89C51单片机为核心器件，此单片机模块的工作原理是：加载相应程序的AT89C51单片机把红外测温模块传来的数据加以处理，送LCD显示屏显示。

2）红外测温传感器

本红外测温仪选用了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。