非接触式红外测温控制系统设计 摘 要 介绍了用单片机开发红外低温测温仪中“单片机检测系统”的全过程。该系统硬件电路结构合理,功能完备;软件设计灵活,实用性强。
关键词 红外辐射；探测器；单片机
1 引 言
在红外测温中, 智能红外辐射测温仪是应用红外技术和微电子技术研制出的一种新型温度测量仪器。它根据被测物体的红外辐射能量确定其温度, 为非接触测温方式。非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度（如慢速行使的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度）及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好等优点；同时也有测量值受被测物体发射率、反射热源、气氛干扰影响的弱点。红外测温传感器是这一类传感器的主要部分。特别是温度传感器远离被测对象, 在低温区(0～ 500℃) 热辐射信号非常微弱, 因此这种测温技术难度较大。
目前，国内传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表）、医用电子接触式温度计（常用热敏电阻作为它的感温元件）等插入人体内部（舌下、肛门）或置于腋下，通过与人体接触使温度计测出人的体温。但这些体温计的缺点是测量的速度慢（约2分钟以上）。玻璃水银温度计还易碎，在使用时容易因消毒不彻底而引起交叉感染。红外快速检测人体温度装置，有效地避免国内传统的体温测量的缺点，能够在机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所，快速，准确，没有交叉感染地测出人体温度。虽然在日常生活中，人们使用最广的水银体温计是根据水银等随温度升降的热胀冷缩的性质，通过读取刻度值来判断温度值，它有着诸多缺点：传统温度计在使用时，要和被测量者接触，往往要等待较长时间，以期让其充分受热，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极易破碎，而且其中的水银蒸汽对人体有着极强的毒害作用，报纸上就曾多次刊登小孩因咬碎水银泡而误吞水银造成中毒的事件，可见普通的水银体温计有着非常严重的安全隐患。红外测温为测量人体温度提供了快速、非接触测量手段，可广泛、有效地用于密集人群的体温测量。非接触红外测温计针对特定人群，比如儿童或老人，极其方便。且利用单片机技术开发的语音功能便可克服传统体温计的许多缺陷。它不但可以以数字的方式显示出测量结果，使测量过程变得直观，而且可以根据需要以语音播报出当前的温度值，除此之外，语音体温计还具有较高的灵敏度，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。智能红外测温计的设计，其内容涉及电子技术、检测技术、单片机技术等多方面内容。红外测温为测量人体体温提供了快速、非接触测量手段，可广泛、有效地用于密集人群的体温排查，例如2003年“非典”期间，红外测温得到了广泛的应用。中科院上海技术物理研究所在863计划高技术成果的基础上对红外技术应用于非接触式测温进行了深入研究，在短时间内开发成功了“非接触式红外测温仪”，打开了国内“非接触式测量”的新篇章，但由于这种装置受一定因素影响，测量结果还有待进一步进行校正红外测温技术也是一门很实用和前沿的技术，以此作为毕业设计，利于理论联系实际，形成个人在这一方面的知识体系，是对本科阶段学习内容的升华，特别是对单片机控制、传感器技术知识深入，它对我们学生自身的综合素质与工程能力的培养也有重要意义。
随着我国工业的迅速发展，用电负荷的急剧增加，电力系统中高压开关柜、刀闸等高压设备在载流过大时经常出现局部温升过高，使相邻的绝缘部件性能劣化，甚至击穿而造成事故。据统计，电力系统发生事故原因中有相当一部分与电力设备过热问题有关。因此，必须采取有效措施监控重要高压设备局部的温度点。在高压输电系统中，配电柜开关接点的温度的异常变化常预示着一次重大事故的发生，因此，对开关接点温度的监测就有很大的现实意义。在常把变色示标贴片贴在重要的开关接点上，利用其颜色由深到浅的变化来判断接点温度的变化。这种方法简单价廉，但准确度较差，需要值班人员的定时巡检，工作强度大。近年来出现了一种便携式红外线测温仪，不接触测量， 测量准确，价格较贵，同样需要值班人员的定时巡检，并作好记录，以便于分析各接点的温度变化趋势。以上2种方法，都是利用人工方法进行定时监测，测量结果和记录数据含有较多的人为因素，并且不能连续监测。因此连续温度监控和实时关键部件温度趋势汇报已经成为急需解决的问题。而在线温度连续监控系统可以实时监控系统温度，通过趋势分析，能超前发现隐情，将电气故障扼杀在萌芽状态。介绍一种利用红外温度传感器对开关接点进行在线实时监测，并利用微机来对各接点的温度数据进行管理、存储、分析，以对温度异常变化的接点进行重点监测、维修，做到防患于未然。因此，研制一种非接触式温度测量装置对于电力系统的安全运行是非常有必要的。 参考文献
1 周书铨. 红外辐射测量基础. 上海: 上海交通大学出版社, 1991: 1～ 12毕业设计说明书目录
1 引言……………………………………………………………………………………13
2 总体设计方案…………………………………………………………………………14
3 硬件结构………………………………………………………………………………16
3．1．1基本原理…………………………………………………………………16
3．1．2特点与结构………………………………………………………………17
3．2数据采集电路与放大电路…………………………………………………18
3．3 A /D 转换器…………………………………………………………………21
3．4单片机系统组成……………………………………………………………22
3．5定时和中断……………………………………………………………………22
3. 6 扩展外部I/O 口81C55……………………………………………………22
3.7单片机主要数据处理内容…………………………………………………25
3. 8 D/A 转换器………………………………………………………………25
3. 9 输入输出接口电路………………………………………………………25
4 软件设计………………………………………………………………………………26
4．1程序流程………………………………………………………………………27
4．1．1系统主程序流程图………………………………………………………27
4．1．2各子程序流程图…………………………………………………………28
4．2程序……………………………………………………………………………28
4．2．1主程序……………………………………………………………………29
4．2．2 各子程序…………………………………………………………………30
5结束语…………………………………………………………………………………34
6参考文献…………………………………………………………………………… 35
7毕业设计总结…………………………………………………………………………36
2 何立民. 单片机应用系统设计. 北京: 北京航空航天
大学出版社, 1990
3 陈粤初等编著. 单片机应用系统设计与实践. 北京
航空航天大学出版社, 1991: 206～ 216
4 邓红，张越. 单片机实验与应用设计教程. 第1版. 北京：冶金工业出版社，2004
5 辛友顺，胡永生，薛小铃. 单片机应用系统设计与实现. 第1版. 福州：福建科学技术出版社，2005
6 张迎新等.单片机初级教程.北京：北京航空航天大学出版，1998
7 徐爱卿.单片机原理与应用.北京：北京航空航天大学出版，1998
8 肖洪兵.跟我学单片机.北京：北京航空航天大学出版社，1997
9 AT89系列单片机技术手册.北京威立姆电子技术有限公司编制,1996
10 赵长德. 微机原理与接口技术.中国科学技术出版社，1990
11 李广弟等.单片机基础.北京：北京航空航天出版社, 2001
12 楼然苗等.51系列单片机设计实例.北京：北京航空航天版社,2003
13 唐俊翟等.单片机原理与应用.冶金工业出版社, 2003
14 刘瑞新等.单片机原理及应用教程.机械工业出版社, 2003
15 吴国经等.单片机应用技术.中国电力出版社,2004
16 何立民.单片机应用技术选编(1).北京航空航天出版社,1993
17 何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天出版社, 1995
18 张凯等. MCS-51 单片机综合系统及其设计开发.科学出版社,1996
19 李勋等. AVR单片机应用技术.北京航空航天大学出版社.2002
