非接触式红外测温仪的设计
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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.
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；他的制造工艺简单，成本较低，测温是不接触被测物体，具有响应时间短，不干扰被测温场、使用寿命长、操作简单等一系列优点，但利用红外辐射测量温度，也必然受到物体反射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，起测量误差较大。红外测温仪 可以接收多种物体自身发射出的不可见红外能量，红外辐射是电磁频谱的一部分，它包括无线电波、微波、可见光、紫外、Ｒ射线和Ｘ射线。红外线位于可见光和无线电波之间，红外波长常用微米表示，波长范围为微米－1000微米，实际上，微米－14微米波带用于红外测温仪。红外技术及其原理的无异议的理解为其精确的测温。当由红外测温仪测温 时，被测物体发射出的红外能量，通过红外测温仪的光学系统在探测器上转换为电信号，该信号的温度读数显示出来，有几个决定精确测温的重要因素，最重要的因素是发射率、视场、到光斑的距离和光斑的位置。发射率，所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。当红外测温仪测量表面温度时，仪器能接收到所有这三种能量。因此，所有红外测温仪必须调节为只读出发射的能量。测量误差通常由其它光源反射的红外能量引起的。有些红外测温仪可改变发射率，多种材料的发射率值可从出版的发射率表中找到。其它仪器为固定的予置为的发射率。该发射率值是对于多数有机材料、油漆或氧化表面的表面温度，就要用一种胶带或平光黑漆涂于被测表面加以补偿。使胶带或漆达到与基底材料相同温度时，测量胶带或漆表面的温度，即为其真实温度。距离与光斑之比，红外测温仪的光学系统从圆形测量光斑收集能量并聚焦在探测器上，光学分辨率定义为红外测温仪到物体的距离与被测光斑尺寸之比（Ｄ:Ｓ）。比值越大，红外测温仪的分辨率越好，且被测光斑尺寸也就越小。激光瞄准，只有用以帮助瞄准在测量点上。红外光学的最新改进是增加了近焦特性""可对小目标区域提供精确测量，还可防止背景温度的影响。视场，确保目标大于红外测温仪测量时的光斑尺寸，目标越小，就应离它越近。当精度非凡重要时，要确保目标至少２倍于光斑尺寸。
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.
Keywords:STC89C51 microcontroller；infrared temperature measurement；LCD display
第1章 绪 论
课题背景
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。
第2章 设计方案拟定
温度测温技术的概述
红外测温是一种新技术和新方法，这是根据红外技术的发展，红外方式是追寻红外辐射的发生、传输、转化、探测并付诸实用的一门科学技术。温度是人类生活的一个基本特征，对人体的观察是正常的，重要的指标标准化，强测量生理信号方便。随着当代电子技术的进展，电子设备慢慢的显示出其向高集成化和小型化的发展趋势。传统的水银体温计尽管是价格便宜但也有不少弊病，例如要经过刻度值来判断温度高低，偶尔由于光亮较暗使观察者难以正确判别及测量等待时间长等。甚至某些威胁人类康健的流行病，其特点是体温的改变，但是在公共场合，辟如车站，商店，栈房和娱乐场所等检测人体体温并非一件容易的事，而采用非接触式的红外测温计就可以减少交叉感染。
在这种温度测量技术中红外温度传感器的选择很是重要，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以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、不干扰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式红外测温仪的主要原因之一。
在该温度检测方法来选择一个红外线温度传感器要使用红外线温度传感器，非接触式温度测量技术也被称为辐射测温是非常重要的，但不是紧在点温度测量。根据史蒂芬-玻尔兹曼公式，与黑体辐射的温度和温度，这是整个辐射温度和辐射温度的测量方法。另一个在光学高温计的提高，光电高温计，红外温度计等。
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.
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。
本文阐述来自百度文库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。
1672，人们意识到太阳光（白光）是一个组合的各种颜色的光，同时，牛顿做了一个单色光在性质上更著名的白光判断的实验。棱镜对太阳光的利用（白光）分解为红，黄，绿，橙，绿，蓝，紫等颜色的单色光。1800，英国物理学家F. W. hashel从热点来看研究各种颜色，红外线的发现。他研究了大量的光和热，故意暗室只有一个黑板堵塞，以及板上的矩形孔的开口，用棱镜孔。当太阳光穿过棱镜，它被分解成光的彩色带，并使用温度计测量的光的热与不同颜色包括在内。为了与环境温度进行比较，光的颜色在附近放几块用温度计测量环境温度与赫胥汉城相比。在试验中，他偶然发现了一个奇怪的现象：在淡红色的温度计，室内温度比其他高数值说明。经过反复测试，所谓的高温面积最大，位于外面的光线的边缘是红色的。他宣布，辐射在可见光的太阳，有一个人类的眼睛看不到的"热线”，这种看不见的"热线”在外面的红光，红外线。红外线是一种电磁波，具备与无线电波及可见光同样的性质，红外线的出现是人类对大自然认知的一次跨跃，对考察和使用和发觉红外技术领域开拓了一条崭新的通途。
国内现状
在国内发展的红外测温仪的起步还是比国外晚一点,而且发展的方向也有些不同的方式,红外波长 ~ 100 m之间，按波长的限制，可分为近红外，红外，远红外，超远红外四种，它是无线电波，在最后的位置，在电磁波频谱的可见位置之间。红外辐射是最常见的一种是电磁辐射的性质，它通常是基于环境中的任意对象将改变分子的元素和子元素的原子不规则活动，不断辐射红外线能量，分子元素和原子元素的活动愈强烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。
国内外研究状况
国际现状
经过对非接触式红外测温仪资料的搜集，我们可以看到，近年来重要的发展趋势是：非制冷红外自动测温仪有了很大的进步。红外阵列传感器应用在过去，量子型红外探测装置液氮冷却，现在是非致冷红外阵列传感器的使用，非制冷红外传感器的研究进展，红外自动温度记录仪可以实现小，重量轻，价格低。国内外近来成功地研发了具有杰出抵抗干扰的等效温差传感器,温度记录精度在 ℃～℃的元器件,这是一个衡量毫米阵列式主动红外温度记录仪的热辐射。近年来，对红外自动温度记录仪的快速发展，高分辨率的温度检测，高精度、高速度的可能。
非接触红外测温仪采用最新红外技术可快速方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。只需瞄准被测物体，按动触发器，在LCD显示屏上读出温度数据。红外测温仪的优点：重量轻、体积小、使用方便，方便携带并能准确地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数""而接触测温仪每秒测量就需要若干分钟的时间。
SARS爆发后，人们越来越重视公共卫生和安全。非接触、高精度医用红外温度计的研发，能够让在公共场合、大流量人群的迅速检测具备首要的意义。它不但具备强大的商业价值，并且又具有重要的社会价值。
由于红外资源及传感器范畴创新的开发，新式测温仪器正逐渐替换传统的检测手法。如今美、英等国正悉力于增强前视红外系统信息处理本领(如智能人工目标分类)，便携式个人电脑机可以实时生成高分辨率的图像，以解决缺陷方面的研究和产业化。世界上除少许大型军工企业公司(如美国Honeuwell公司、休斯飞机公司)除外，极多大商业公司(如三菱电气、日本横河(株)、瑞典AGA公司、法国Pyro公司、Sofradier公司、HGH红外系统工程公司等)也正在积极地从事红外测温、热成像能力的科研及产品研发。在中国，近年来，随着中国工业的快速发展加速、产品升级的需求，越来越多的温度计，虽然热电偶（热电阻）一类的接触感温元件仍然具有很大的优势，但非接触红外测温仪已被业界关注。
在红外探测设备的研究和开发起步较晚，虽然目前生产厂家众多，但技术水平参差不齐，对规模较小的强度，研究和开发能力相对不足，热辐射采集设备技术在国内外存在以下主要问题：
(1)必须准确确定被测物体的发射率；
(2)避免高温物体的周围环境的影响；
(3)非模块化设计，产品安装维护复杂；
红外测温的展望
使用红外辐射的方法开始温度检测的仪器是从单一到繁杂渐渐的研发而成的。红外测温仪是在一个点的温度限制为对象的早期检测，然后对检测线的温度，并不能显示物体的形状和表面的温度。直到第二十世纪五十或六十，由于红外探测器的光子探测器的迅速提高和有效出来，导致实验，热成像系统的理论基础。
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.
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；他的制造工艺简单，成本较低，测温是不接触被测物体，具有响应时间短，不干扰被测温场、使用寿命长、操作简单等一系列优点，但利用红外辐射测量温度，也必然受到物体反射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，起测量误差较大。红外测温仪 可以接收多种物体自身发射出的不可见红外能量，红外辐射是电磁频谱的一部分，它包括无线电波、微波、可见光、紫外、Ｒ射线和Ｘ射线。红外线位于可见光和无线电波之间，红外波长常用微米表示，波长范围为微米－1000微米，实际上，微米－14微米波带用于红外测温仪。红外技术及其原理的无异议的理解为其精确的测温。当由红外测温仪测温 时，被测物体发射出的红外能量，通过红外测温仪的光学系统在探测器上转换为电信号，该信号的温度读数显示出来，有几个决定精确测温的重要因素，最重要的因素是发射率、视场、到光斑的距离和光斑的位置。发射率，所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。当红外测温仪测量表面温度时，仪器能接收到所有这三种能量。因此，所有红外测温仪必须调节为只读出发射的能量。测量误差通常由其它光源反射的红外能量引起的。有些红外测温仪可改变发射率，多种材料的发射率值可从出版的发射率表中找到。其它仪器为固定的予置为的发射率。该发射率值是对于多数有机材料、油漆或氧化表面的表面温度，就要用一种胶带或平光黑漆涂于被测表面加以补偿。使胶带或漆达到与基底材料相同温度时，测量胶带或漆表面的温度，即为其真实温度。距离与光斑之比，红外测温仪的光学系统从圆形测量光斑收集能量并聚焦在探测器上，光学分辨率定义为红外测温仪到物体的距离与被测光斑尺寸之比（Ｄ:Ｓ）。比值越大，红外测温仪的分辨率越好，且被测光斑尺寸也就越小。激光瞄准，只有用以帮助瞄准在测量点上。红外光学的最新改进是增加了近焦特性""可对小目标区域提供精确测量，还可防止背景温度的影响。视场，确保目标大于红外测温仪测量时的光斑尺寸，目标越小，就应离它越近。当精度非凡重要时，要确保目标至少２倍于光斑尺寸。
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.
Keywords:STC89C51 microcontroller；infrared temperature measurement；LCD display
第1章 绪 论
课题背景
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。
第2章 设计方案拟定
温度测温技术的概述
红外测温是一种新技术和新方法，这是根据红外技术的发展，红外方式是追寻红外辐射的发生、传输、转化、探测并付诸实用的一门科学技术。温度是人类生活的一个基本特征，对人体的观察是正常的，重要的指标标准化，强测量生理信号方便。随着当代电子技术的进展，电子设备慢慢的显示出其向高集成化和小型化的发展趋势。传统的水银体温计尽管是价格便宜但也有不少弊病，例如要经过刻度值来判断温度高低，偶尔由于光亮较暗使观察者难以正确判别及测量等待时间长等。甚至某些威胁人类康健的流行病，其特点是体温的改变，但是在公共场合，辟如车站，商店，栈房和娱乐场所等检测人体体温并非一件容易的事，而采用非接触式的红外测温计就可以减少交叉感染。
在这种温度测量技术中红外温度传感器的选择很是重要，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以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、不干扰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式红外测温仪的主要原因之一。
在该温度检测方法来选择一个红外线温度传感器要使用红外线温度传感器，非接触式温度测量技术也被称为辐射测温是非常重要的，但不是紧在点温度测量。根据史蒂芬-玻尔兹曼公式，与黑体辐射的温度和温度，这是整个辐射温度和辐射温度的测量方法。另一个在光学高温计的提高，光电高温计，红外温度计等。
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.
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。
本文阐述来自百度文库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。
1672，人们意识到太阳光（白光）是一个组合的各种颜色的光，同时，牛顿做了一个单色光在性质上更著名的白光判断的实验。棱镜对太阳光的利用（白光）分解为红，黄，绿，橙，绿，蓝，紫等颜色的单色光。1800，英国物理学家F. W. hashel从热点来看研究各种颜色，红外线的发现。他研究了大量的光和热，故意暗室只有一个黑板堵塞，以及板上的矩形孔的开口，用棱镜孔。当太阳光穿过棱镜，它被分解成光的彩色带，并使用温度计测量的光的热与不同颜色包括在内。为了与环境温度进行比较，光的颜色在附近放几块用温度计测量环境温度与赫胥汉城相比。在试验中，他偶然发现了一个奇怪的现象：在淡红色的温度计，室内温度比其他高数值说明。经过反复测试，所谓的高温面积最大，位于外面的光线的边缘是红色的。他宣布，辐射在可见光的太阳，有一个人类的眼睛看不到的"热线”，这种看不见的"热线”在外面的红光，红外线。红外线是一种电磁波，具备与无线电波及可见光同样的性质，红外线的出现是人类对大自然认知的一次跨跃，对考察和使用和发觉红外技术领域开拓了一条崭新的通途。
国内现状
在国内发展的红外测温仪的起步还是比国外晚一点,而且发展的方向也有些不同的方式,红外波长 ~ 100 m之间，按波长的限制，可分为近红外，红外，远红外，超远红外四种，它是无线电波，在最后的位置，在电磁波频谱的可见位置之间。红外辐射是最常见的一种是电磁辐射的性质，它通常是基于环境中的任意对象将改变分子的元素和子元素的原子不规则活动，不断辐射红外线能量，分子元素和原子元素的活动愈强烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。
国内外研究状况
国际现状
经过对非接触式红外测温仪资料的搜集，我们可以看到，近年来重要的发展趋势是：非制冷红外自动测温仪有了很大的进步。红外阵列传感器应用在过去，量子型红外探测装置液氮冷却，现在是非致冷红外阵列传感器的使用，非制冷红外传感器的研究进展，红外自动温度记录仪可以实现小，重量轻，价格低。国内外近来成功地研发了具有杰出抵抗干扰的等效温差传感器,温度记录精度在 ℃～℃的元器件,这是一个衡量毫米阵列式主动红外温度记录仪的热辐射。近年来，对红外自动温度记录仪的快速发展，高分辨率的温度检测，高精度、高速度的可能。
非接触红外测温仪采用最新红外技术可快速方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。只需瞄准被测物体，按动触发器，在LCD显示屏上读出温度数据。红外测温仪的优点：重量轻、体积小、使用方便，方便携带并能准确地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数""而接触测温仪每秒测量就需要若干分钟的时间。
SARS爆发后，人们越来越重视公共卫生和安全。非接触、高精度医用红外温度计的研发，能够让在公共场合、大流量人群的迅速检测具备首要的意义。它不但具备强大的商业价值，并且又具有重要的社会价值。
由于红外资源及传感器范畴创新的开发，新式测温仪器正逐渐替换传统的检测手法。如今美、英等国正悉力于增强前视红外系统信息处理本领(如智能人工目标分类)，便携式个人电脑机可以实时生成高分辨率的图像，以解决缺陷方面的研究和产业化。世界上除少许大型军工企业公司(如美国Honeuwell公司、休斯飞机公司)除外，极多大商业公司(如三菱电气、日本横河(株)、瑞典AGA公司、法国Pyro公司、Sofradier公司、HGH红外系统工程公司等)也正在积极地从事红外测温、热成像能力的科研及产品研发。在中国，近年来，随着中国工业的快速发展加速、产品升级的需求，越来越多的温度计，虽然热电偶（热电阻）一类的接触感温元件仍然具有很大的优势，但非接触红外测温仪已被业界关注。
在红外探测设备的研究和开发起步较晚，虽然目前生产厂家众多，但技术水平参差不齐，对规模较小的强度，研究和开发能力相对不足，热辐射采集设备技术在国内外存在以下主要问题：
(1)必须准确确定被测物体的发射率；
(2)避免高温物体的周围环境的影响；
(3)非模块化设计，产品安装维护复杂；
红外测温的展望
使用红外辐射的方法开始温度检测的仪器是从单一到繁杂渐渐的研发而成的。红外测温仪是在一个点的温度限制为对象的早期检测，然后对检测线的温度，并不能显示物体的形状和表面的温度。直到第二十世纪五十或六十，由于红外探测器的光子探测器的迅速提高和有效出来，导致实验，热成像系统的理论基础。