智能測溫儀的設計

袁媛 李秋 顏翠翠

作者簡介：

袁媛（1987.11），女，漢族，陜西戶縣，碩士，助教，電氣工程。

摘 要：本文從實際生活的需求出發，提出了一種非接觸式智能測溫儀的設計。該設計是以STC89C52單片機作為控制核心，包括紅外測溫傳感器模塊、顯示模塊、智能按鍵等模塊。通過溫度傳感器采集信號數據，由STC89C52單片機實現對整個測溫過程進行控制，最后將測溫結果顯示于LCD上。該設計操作簡單、響應速度快、分辨力高，為智能測溫設計開啟了新思路。

關鍵詞：STC89C52 非接觸式 TN901；LCD

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

隨著社會的進步，科學技術的迅猛發展，體溫（人體的一個基本生理指標）越來越受到人們的重視，近年來，非接觸紅外測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷提高，適用范圍也不斷擴大，市場占有率逐年增長。因此，需要設計一款智能的測溫儀來滿足需求，它具有非接觸測溫方式、溫度分辨率高、測量精度高等優點，比傳統的測溫合適應性廣。

1 非接觸式測溫選擇

紅外測溫（非接觸測溫）的原理是黑體輻射定律，即黑體吸收所有波長的輻射能量，發射率為1。普朗克推出了以波長表示的黑體光譜輻射度，稱之黑體輻射定律[1]。即：

（1.1）

紅外測溫亦稱之為輻射測溫，其檢測元件通常為光電探測器[2]。本文選用紅外溫度傳感器[3]，由普朗克公式可推導出檢測電壓與輻射體溫度兩者的關系：

（1.2）

式中： ，由實驗確定，定標時 取1；T為被測物體的絕對溫度；R為探測器的靈敏度；a為與大氣衰減距離有關的常數； 為輻射率； 為斯蒂芬—玻耳茲曼常數。

因此，通測電壓值來計算的溫度，由上式可得探測器輸出信號與目標溫度之間的關系不是線性關系，因此需要對其進行處理，使之線性化。其校正式為：

（1.3）

式中： 為物體表面溫度， 是輻射率，可以在0.1～0.9之間取值。

2 系統方案設計

基于智能模塊化的設計思想，本系統主要包括：STC89C52主控模塊、紅外測溫模塊、RS232模塊、智能按鍵、LCD及報警模塊等。STC89C52為本系統的核心，其功能是控制啟動系統、接收數據、計算溫度值以及顯示；測溫模塊選用的是TN901，MAX232C為本系統的轉換模塊，智能按鍵選用4個獨立的按鍵。其工作原理是：加載相應程序后把測溫模塊傳來的數據加以處理，并送到LCD上面顯示[4]。整個系統的框圖如圖2.1所示。

工作過程：系統上電之后，將紅外傳感器探頭對準被測量者的額頭，然后按下開始鍵，啟動紅外測溫。當時鐘處于下降沿時，開始讀取數據（依次為5個字節），當第一個字節的值等于4CH（或66 H），同時，最后一個字節的值等于0DH時，數據有效，否則視為無效。由智能按鍵的K2（設置溫度上下限的起始按鍵）；K3（實現“加”）；K4（實現“減”）；K5（設置完成后確定）。當紅外傳感器所測的人體溫度不在設置值的范圍內時，揚聲器就會發出報警聲，同時最終將數據送LCD顯示。當被測溫度高于設定溫度時紅燈亮；當低于設定溫度時綠燈亮；當溫度在設定值之間時，黃燈亮。

3 系統軟件設計

當系統上電時，STC89C52自動復位。首先對STC89C52初始化，然后顯示開機，其次，判斷是否有鍵輸入，若無則繼續判斷；若有則判斷是否是紅外測溫。若不是就返回，若是則進行測溫，接收數據，并在LCD上顯示溫度值。最后，判定是否結束，若不是則繼續測溫，若結束則返回開始，重新判斷。系統工作的流程圖：

（1）鍵盤模塊子程序

當系統開始工作時，先判斷按鍵是否按下，若沒有則結束，若有則繼續判斷K2是否按下，若K2按下，則在LCD上會出現跳動的指針，此時進入溫度上下限調節。K3和K4按下會實現“加”和“減”的功能。在調節完后，判斷K5是否按下，按下K5實現“確定”功能。

（2）報警指示模塊子程序

當按鍵按下的時候，系統開始進行智能測溫，當溫度比設定的上限溫度小的時候，蜂鳴器報警，LED顯示綠燈；當溫度比設定的上限溫度大的時候，開始報警，LED顯示紅燈；當溫度處在其上下限范圍之間時，屬正常溫度時，LED顯示黃燈。

（3）紅外測溫模塊子程序

系統上電之后，先判斷按鍵是否按下，若按下則開始判斷第一個字節是不是4CH或者66H，最后一個字節是否為0DH。單片機依次讀取5個BYTE，當第一個字節是4CH（或66H），最后一個字節0DH時，就自動認為這一組該數據有效，否則將一直讀數，直到讀取到有效數據出現為止，開始計算溫度，最終在 LCD1602上顯示計算好的溫度值。若不是則繼續按下按鍵，直到有效數據出現，最后關閉該系統。

（4）LCD顯示模塊子程序

當溫度數據送達LCD1602時，LCD首先判讀該數據為目標溫度還是被測溫度，當得到數據為0，則為有效目標溫度，LCD給予顯示，當等到數據為1，則為目標溫度。在LCD上顯示“TEMP：溫度值”。

4 系統測試

本系主要由單片機進行控制，包括智能測溫及LCD顯示等模塊。單片機控制測溫并且把接收到的數據進行處理之后，最后顯示在LCD上。對系統進行軟硬件聯調，測試結果如表4.1所示。

在調節好智能測溫儀的靈敏度后，通過測量，實現語音報警和燈光報警提示，其數據記錄于表4.2：

通過上述測試，設計的智能測溫儀的不僅在人體溫度測試的準確上能夠達到測量人體溫度的目標，還能夠在人體超過37℃進行報警，因此，本次設計的智能溫度測試儀通過測試，達到了設計的目標。

5 總結

本智能測溫設計采用STC89C52單片機作為整個系統的核心，選用TN901作為紅外測溫傳感器，實現對人體以及其他物體的非接觸式智能測溫工作。本測溫系統主要包括：STC89C52主控模塊、紅外測溫模塊、報警指示模塊、鍵盤模塊以及LCD顯示模塊等，該設計操作簡單、響應速度快、分辨力高、穩定性好而且使用壽命長等優點，為智能測溫設計開啟了新思路。

參考文獻

[1] 張建奇，方小平.紅外物理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004.

[2] 宋文，楊帆.傳感器與檢測技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 王魁漢.溫度測量實用技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4] 魏澤鼎.單片機應用技術與實例[M].北京：電子工業出版社，2005.1.