基于单片机的红外线测温仪的设计

（二二 〇 一 三 年 十二 月科研训练学校代码： 10128 学 号：题 目：基于单片机的红外线测温仪的设计 学生姓名：X X X学 院：信息工程学院 系 别：电子系 班 级：通信10-1班 指导教师：基于单片机的红外线测温仪的设计XXX（内蒙古工业大学信息工程学院内蒙古呼和浩特10080）摘要：为了克服传统温度计测量温度的主要缺点——需要测量者与被测目标近距离接触以及测量不方便。

在考虑仪器测量高精度前提下，以追求最低成本为原则，研制了基于单片机的非接触式热释电红外测温仪，实现了对物体表面温度快速准确的测量。

本文也设计了红外测温仪的整体系统构架,介绍一种采用51单片机和TN系列传感器实现红外测温。

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。

此外还介绍了热释电红外传感器的工作原理以及比较适合人体红外检测的热释电传感器PM611的优点和等效电路，阐述了基于热释电传感器的红外测温仪的工作原理，讨论了该系统的设计与实现方法，简单介绍了测温系统的适用条件。

关键词：温度测量；单片机；红外线；非接触式热释电中图分类号:TP212.11 文献标识码：ADesign of infrared thermometer based on single chip microcomputerXXX（Information Engineering Institute,Inner Mongolia University of Technology,Inner Mongolia,Hohhot,10080，China）Abstract: To decrease the limitation of traditional method of temperature measuring such as close contact between measurer and the target and inconvenience when measuring, we developed a non-contact type piezoelectric infrared thermometer, realizes fast and accurate surface temperature measurements. This article also designed the overall system architecture infrared thermometer,introduces a 51 single-chip microcomputer and TN series sensor was adopted to realize infrared measuring temperature. Infrared measuring temperature broke the traditional contact-type temperature measurement model, based on the infrared radiation energy of the object to be tested to determine the temperature of the object, not contact with the object under test, with no disturbance temperature distribution field object to be tested, the temperature of high resolution, fast response, wide temperature range, good stability, can simultaneously measure the environment temperature, and the characteristics of the target temperature.This article mainly introduces operational principles of piezoelectric infrared sensor and the structure of hydroelectrically sensor PM611.It formulates the theory of the thermometer based on hydroelectrically sensor and studies how to design and implement of the system．Finally，it indicates the conditional demand of the system.Key words: temperature measurement; single chip microcomputer; infrared; non-contact type piezoelectric由于医学发展的需要，在很多情况下，一般的温度计已经满足不了快速而又准确的测温要求，例如车站和机场等人口密度较大的地方进行人体温度测量。

虽然现在国外这种测温的技术都比较成熟，但是国内这方面的技术还处于发展阶段。

因此，为了适应医学发展的需要，有效地进行特殊环境下的温度测量，从而有力地控制和预防诸如甲流、非典之类型的特殊疾病的传播，急需设计一种测温速度快、准确率高、稳定性好的测温仪。

针对一般的工业用的红外测温仪的精确度不够高，我们根据这种红外线测温的原理，通过关键器件的选择、瞄准系统的设计以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种用红外线测温电路，用于人员密集且流量大的场合进行快速的人体温度测量。

伴随着人们生活水平的不断提高以及对生活质量要求的提高，人们对自身的健康状况越来越关注，而人体的体温、血压、脉搏和呼吸是鉴别人体健康状况的重要参数，对这些生理指标的监控与测量则可以更好的体现人体自身的健康状况，在医疗领域中占有十分重要的地位，也为人民的生活带来极大的方便。

可见，对可应用于个人家庭、方便携带、结构简单、测量速度快、实时性好的人体体温测试仪尤为重要与紧迫。

为了满足这些要求，在做了需求分析的基础上，提出并设计了一种基于单片机的红外线测温仪的设计方案。

该系统能够完成对其准确且快速测量。

1、总体设计红外测温仪的温度检测系统设计功能结构框图和系统结构框图如图1所示图1 测温系统结构框图Fig.1 Structure diagram of temperature measuring system图1 系统总体结构框图Fig.1 Overall structure diagram of the system 光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定，主要由滤光片和菲涅尔透镜组成，以滤除5~14um以外的红外线，并达到聚焦的目的。

红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。

该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

按下开关即可测量，每次测量结果显示在显示器上。

在测量过程中，红外探测仪接收到人体发出的红外线后，经过温度检测系统采样后，再在信号处理单元对所测得的信号进行放大、滤波、模数转换处理传送到单片机，经单片机运算后送给显示单元显示出温度读数。

如果经过处理后的数据大于所设置的预警数据，则蜂鸣器报警。

2、系统硬件设计本设计采用51系列单片机进行数据的采集存储和处理，A/D转换器采用的是ADC0804。

芯片的CLKIN端和CLKR端配合可以由芯片自身产生时钟脉冲。

测量物体表面辐射能量的热释电传感器选用的是尼赛拉传感器有限公司的PM611型热释电传感器，它有效调节外界环境的温度起伏影响；液晶显示器选用的是2行16个字的液晶显示屏。

下图2是整个设计的硬件电路连接图：图2 红外人体测温仪电路Fig.2 Circuit of the infrared temperature cervix2.1 温度传感器本设计的探头使用的是红外线传感器，它能接收人体发射出的红外线并使之转换成电压信号。

设计选用的是PM611单元热释电传感器，这种传感器虽是单灵敏元，由于它采用一个接收元和二个并联的补偿元串接的结构，故也能有效地补偿环境温度起伏，振动等干扰影响。

它的工作温度是-20℃——+70 ℃，特别适合测量人体的温度。

而且PM611各项指数都比较好，因此选用了它做温度仪的探头。

如图2.1所示：图2.1 传感器的内部典型连接电路Fig.2.1 The internal connection typical circuit of the transducer2.2 放大电路的设计由于传感器探测到的人体红外线信号较弱，当转化为电压后需要通过放大器放大电压信号。

因为探测器测到的信号可能掺杂了外界环境的某些因素，所以放大电路中要加入低通滤波电路把多余的杂信号过滤掉。

如图2.2所示：图2.2 放大部分电路Fig.2.2 Zoom in part of the circuit2.3 模数转换部分电路由于传感器探测到红外线后被放大的是模拟信号，然而需要在LED上显示出来，所以本设计利用模数转换器来实现这个功能。

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片,分辨率8位，输入电压范围是0~5，增加一些外部电路后，输入模拟电压为±5V。

此芯片内有输出锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，不用再加接口电路。

ADC0804芯片的外引脚图如2.3所示：图2.3 ADC0804引脚图Fig.2.3 Pin figure of ADC0804本设计采用了CLK R端口和CLK IN端口配合，芯片本身产生时钟脉冲的方法，A/D 转换器Vin（+）端口接收到经处理过的模拟信号在内部进行模数转换，片选端口CS和WR写信号输入端口同为低电平时启动转换，因为0804内部有输出锁存器，转换后的数字信号存在锁存器里，当CS、RD同为低电平时，可以读取转换输出的数字信号，由A/D模数转换器的D0~D7端输出，接入A T89C51单片机的P1口的P1.7~P1.0,经过程序烧制显示到液晶显示屏上。

A/D模数转换电路连接图如下图2.3：图2.4 ADC0804模数转换电路Fig.2.4 ADC0804 analog-to-digital conversion circuit2.4 显示电路液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。