智能热电偶测温仪的设计
袁媛 李秋 颜翠翠
作者简介：
袁媛（1987.11），女，汉族，陕西户县，硕士，助教，电气工程。
摘 要：本文从实际生活的需求出发，提出了一种非接触式智能测温仪的设计。该设计是以STC89C52单片机作为控制核心，包括红外测温传感器模块、显示模块、智能按键等模块。通过温度传感器采集信号数据，由STC89C52单片机实现对整个测温过程进行控制，最后将测温结果显示于LCD上。该设计操作简单、响应速度快、分辨力高，为智能测温设计开启了新思路。
关键词：STC89C52 非接触式 TN901；LCD
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00
随着社会的进步，科学技术的迅猛发展，体温（人体的一个基本生理指标）越来越受到人们的重视，近年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断提高，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。因此，需要设计一款智能的测温仪来满足需求，它具有非接触测温方式、温度分辨率高、测量精度高等优点，比传统的测温合适应性广。
1 非接触式测温选择
红外测温（非接触测温）的原理是黑体辐射定律，即黑体吸收所有波长的辐射能量，发射率为1。普朗克推出了以波长表示的黑体光谱辐射度，称之黑体辐射定律[1]。即：
（1.1）
红外测温亦称之为辐射测温，其检测元件通常为光电探测器[2]。本文选用红外温度传感器[3]，由普朗克公式可推导出检测电压与辐射体温度两者的关系：
（1.2）
式中： ，由实验确定，定标时 取1；T为被测物体的绝对温度；R为探测器的灵敏度；a为与大气衰减距离有关的常数； 为辐射率； 为斯蒂芬—玻耳兹曼常数。
因此，通测电压值来计算的温度，由上式可得探测器输出信号与目标温度之间的关系不是线性关系，因此需要对其进行处理，使之线性化。其校正式为：
（1.3）
式中： 为物体表面温度， 是辐射率，可以在0.1～0.9之间取值。
2 系统方案设计
基于智能模块化的设计思想，本系统主要包括：STC89C52主控模块、红外测温模块、RS232模块、智能按键、LCD及报警模块等。STC89C52为本系统的核心，其功能是控制启动系统、接收数据、计算温度值以及显示；测温模块选用的是TN901，MAX232C为本系统的转换模块，智能按键选用4个独立的按键。其工作原理是：加载相应程序后把测温模块传来的数据加以处理，并送到LCD上面显示[4]。整个系统的框图如图2.1所示。
工作过程：系统上电之后，将红外传感器探头对准被测量者的额头，然后按下开始键，启动红外测温。当时钟处于下降沿时，开始读取数据（依次为5个字节），当第一个字节的值等于4CH（或66 H），同时，最后一个字节的值等于0DH时，数据有效，否则视为无效。由智能按键的K2（设置温度上下限的起始按键）；K3（实现“加”）；K4（实现“减”）；K5（设置完成后确定）。当红外传感器所测的人体温度不在设置值的范围内时，扬声器就会发出报警声，同时最终将数据送LCD显示。当被测温度高于设定温度时红灯亮；当低于设定温度时绿灯亮；当温度在设定值之间时，黄灯亮。
3 系统软件设计
当系统上电时，STC89C52自动复位。首先对STC89C52初始化，然后显示开机，其次，判断是否有键输入，若无则继续判断；若有则判断是否是红外测温。若不是就返回，若是则进行测温，接收数据，并在LCD上显示温度值。最后，判定是否结束，若不是则继续测温，若结束则返回开始，重新判断。系统工作的流程图：
（1）键盘模块子程序
当系统开始工作时，先判断按键是否按下，若没有则结束，若有则继续判断K2是否按下，若K2按下，则在LCD上会出现跳动的指针，此时进入温度上下限调节。K3和K4按下会实现“加”和“减”的功能。在调节完后，判断K5是否按下，按下K5实现“确定”功能。
（2）报警指示模块子程序
当按键按下的时候，系统开始进行智能测温，当温度比设定的上限温度小的时候，蜂鸣器报警，LED显示绿灯；当温度比设定的上限温度大的时候，开始报警，LED显示红灯；当温度处在其上下限范围之间时，属正常温度时，LED显示黄灯。
（3）红外测温模块子程序
系统上电之后，先判断按键是否按下，若按下则开始判断第一个字节是不是4CH或者66H，最后一个字节是否为0DH。单片机依次读取5个BYTE，当第一个字节是4CH（或66H），最后一个字节0DH时，就自动认为这一组该数据有效，否则将一直读数，直到读取到有效数据出现为止，开始计算温度，最终在 LCD1602上显示计算好的温度值。若不是则继续按下按键，直到有效数据出现，最后关闭该系统。
（4）LCD显示模块子程序
当温度数据送达LCD1602时，LCD首先判读该数据为目标温度还是被测温度，当得到数据为0，则为有效目标温度，LCD给予显示，当等到数据为1，则为目标温度。在LCD上显示“TEMP：温度值”。
4 系统测试
本系主要由单片机进行控制，包括智能测温及LCD显示等模块。单片机控制测温并且把接收到的数据进行处理之后，最后显示在LCD上。对系统进行软硬件联调，测试结果如表4.1所示。
在调节好智能测温仪的灵敏度后，通过测量，实现语音报警和灯光报警提示，其数据记录于表4.2：
通过上述测试，设计的智能测温仪的不仅在人体温度测试的准确上能够达到測量人体温度的目标，还能够在人体超过37℃进行报警，因此，本次设计的智能温度测试仪通过测试，达到了设计的目标。
5 总结
本智能测温设计采用STC89C52单片机作为整个系统的核心，选用TN901作为红外测温传感器，实现对人体以及其他物体的非接触式智能测温工作。本测温系统主要包括：STC89C52主控模块、红外测温模块、报警指示模块、键盘模块以及LCD显示模块等，该设计操作简单、响应速度快、分辨力高、稳定性好而且使用寿命长等优点，为智能测温设计开启了新思路。
参考文献
[1] 张建奇，方小平.红外物理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[2] 宋文，杨帆.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2004.
[3] 王魁汉.温度测量实用技术[M].北京：高等教育出版社，2004.
[4] 魏泽鼎.单片机应用技术与实例[M].北京：电子工业出版社，2005.1.
