红外测温仪

摘要

传统的接触式测温模式存在响应时间长、易受环境温度的影响等缺点。而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不需与被测物体接触，具有不影响被测物体温度场、温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、不受测温上限的限制、稳定性好等特点，因此，设计一套红外测温仪。

设计的红外测温仪以AT89C51单片机为核心，红外测温传感器（MLX90614）在测量温度后，以SMbus方式与单片机进行通信，单片机读取温度数据并进行处理，之后驱动LCD 模块显示测量温度。一旦温度超过设定阀值，立刻进行声光报警。

该红外测温仪具有功能稳定，运行速度快等特点。是一种便携式温度测量仪器。

关键词：红外线温度测量，MLX90614传感器，AT89C51单片机

目录

第1章绪论

1.1课题开发的背景和现状

1.2课题开发的目的和意义

1.3 课题技术性能指标

第2章红外测温工作原理

第3章系统设计方案的选择

3.1 方案选择

3.1.1 方案一

3.1.2 方案二

3.1.3 方案对比选择

3.2 总体方案设计

第4章系统主要器件的方案选择

4.1 传感器的方案选择

4.1.1 红外探测器的分类

4.1.2 传感器的选择

4.2 显示器的方案选择

4.3 单片机的方案选择

第5章系统各模块硬件设计

5.1 MCU主控模块

5.2 红外温度测量模块

5.2.1 MLX90614的特性

5.2.2 MLX90614的引脚分布和内部结构

5.2.3 MLX90614的接口电路

5.3 电源模块

5.4 声光报警模块

5.5 LCD显示模块

第6章系统软件设计

6.1 MLX90614的SMBus传输协议

6.2 软件流程图

6.3 主程序设计

第7章系统误差分析与改进方法

第8章课程设计心得体会

第9章参考文献

附录

1 总电路图

2 元器件清单

第1章绪论

1．1 课题开发的背景和现状

红外辐射这一物理现象被发现在1800年，但直到本世纪50年代，红外技术才开始进入广泛应用的阶段。非接触测温技术也叫辐射测温，最早的非接触测温就是以光学高温计为代表的高温法，以后，人们根据斯蒂芬.玻尔兹曼公式，利用黑体辐射能与热力学温度的关系进行测温，这就是全辐射测温和部分辐射测温法，还有的人在光学高温计上进行改进，出现了光电高温计、红外温度计等。

红外测温优点如下：

1.它的测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测量准确度。

2.测温范围宽，在理论上无测量上限，可以测量相当高的温度

3.探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量

4.不必接触被测物体，操作方便

5.可以确定微小目标的温度

随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。红外测温技术在生产过程中，在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。近20年来，国内红外温度测量在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。

但是比起国外，我们仍处于起步晚，高度低的状况，就温度仪来说，美国红外线测温仪型号: Fluke 62 Mini(非接触式温度测量) 特点: 较宽的温度范围到500℃；高光学分辨率；激光瞄准；高精度；背景光显示；同时显示测量的最大值温度范围: -30-500℃(932℉) 精度: 10C-30℃（50F-86℉）时为±1℃（±2℉），德国一家公司制造的，响应时间因为一秒钟，日本的温度测量技术精确度远远领先世界同种技术。

1.2 课题开发的目的和意义

为了克服传统的温度计测量温度的主要缺点——需要测量者与被目标近距

离接触和测量不方便。在顾及仪器测量高精度前提下，以追求最低成本为原则，本文设计红外测温的整体系统构架。接着根据红外测温原理，主要针对人体体温测量进行了具体的设计开发．开发包括硬件电路，外围工艺，单片机程序和主机程序，对人体的温度测量的误差低于±o．1℃。

红外测温为测量各种温度提供了快速、红外测量手段，可广泛、有效地用于密集人群的体温测量。红外测温针对特定人群，比如儿童或老人，极其方便。此次设计的体温测量计可以数字的方式显示出测量结果，使测量过程变得直观，而且具有较高的灵敏度，可以在几秒钟内测得结果，且寿命长，是较为理想的测温仪器。

1.3 课题的技术性能指标

（1）温度测量范围—20℃~+50℃精度为±0.1℃；

（2）采用红外测温方式；

(3) 从便于携带方面考虑，选用体积小、耗能少的液晶显示器显示当前环境的温度信息。

第 2章红外测温工作原理

红外测温是辐射式测温的一种，是利用物体的热辐射现象来测量物体温度的。红外辐射的基本依据是玻耳兹曼、普朗克等人的黑体辐射定律。黑体是一种理想物体，它们在相同的温度下都发出同样的电磁波谱，而与黑体的具体成分和形状等特性无关，通过实现和计算得出黑体辐射定律。

一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切

的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

物体发射率对辐射测温的影响：自然界中存在的实际物体，几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此，为使黑体辐射定律适用于所有实际物体，必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数，即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度，其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律，只要知道了材料的发射率，就知道了任何物体的红外辐射特性。

影响发射率的主要因素在：

1.材料种类

2.表面粗糙度

3.理化结构

4.材料厚度

自然界一切温度高于绝对零度(一273．15℃)的物体，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合基尔霍夫辐射定律。只要测量出所发射的E，就可得出温度，这就是红外测温的原理。利用这个原理制成的温度测量仪表在测量时不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。红外测温范围很宽，从一5O℃直至高于3 000℃。在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温(0—100℃)范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。本设计选用的

MLX90614红外测温传感器，测温范围为-70℃—380℃。

当用红外线测温，测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，红外能量被红外温度传感器接收，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，并按照系统内部的算法校正后转变为被测目标的温度值，然后由测温系统计算出被测目标的温度。

第3章系统设计方案的选择

3.1 方案选择

3.1.1 方案一

在该方案中，系统可以分为模拟红外温度传感器（内含环境温度测量）模块、放大电路模块、A/D转换电路模块、MCU主控模块、声光报警模块、LED显示模块和电源模块（如图3.1所示）。所谓的模拟传感器就是传感器的输出是模拟量，而不是可以直接进行数据处理的数字量，所以他需要通过信号放大和A/D转换等处理才能传输给单片机进行相关的处理。