基于单片机的非接触式温度计的设计

龚惠红，刘　敏，李建雄，胡　鑫

(1.湖北科技学院　生物医学工程学院，湖北　咸宁　437100;2.中南民族大学　药学院，湖北　武汉　430079)

基于单片机的非接触式温度计的设计

龚惠红1，刘敏1，李建雄1，胡鑫2

(1.湖北科技学院生物医学工程学院，湖北咸宁437100;2.中南民族大学药学院，湖北武汉430079)

摘要：目前红外线测温技术由于其方便、准确、快速等优势用于许多领域中。它是实现非接触式测量的关键。本文介绍了一种基于单片机的非接触式电子温度测量仪。由温度传感器TPS434采集信号，通过运放ICL7650和ICL082放大，可实现人体体温精确测量。

关键词：单片机；TPS434；非接触；温度计

温度是常用的四大参数测量之一。传统的温度计主要以热敏电阻为温度敏感元件，读数困难、测量温度较低、可靠性和响应时间较差，不能达到实时测量的结果。本文是基于STC89C52单片机的数字温度计，利用非接触红外测温原理，采用TPS434温度传感器，将采集到的温度信号转换成电信号送到单片机微处理器中进行处理，实现非接触温度测量。

一、系统硬件设计

图1是本系统的硬件结构框图。信号采集部负责采集人体辐射出来的能量信号。由温度传感器TPS434收集，并转换成微弱的电信号。采集到的电信号经过信号调理电路放大滤波后送入AD转换模块进行模数转换，进而转换成单片机可识别的数字信号，最后传给显示屏显示。

图1　硬件结构图

1.单片机控制芯片

本系统选择STC89C52单片机[1]作为控制芯片，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，采用经典的MCS-51[2]内核，指令代码完全兼容传统89C51，但速度快8到12倍。具有8K在系统可编程Flash存储器。

2.电源部分

电源设计是系统稳定工作的前提。该温度计所需要的电源是±5V和±8V四种类型，其中单片机、液晶、AD0804用5V供电，而TL082、ICL7650分别需要±5V，±8V供电。LM7905/LM7805,LM7908/LM7808为满足电源方案需求的稳压芯片。

3.信号采集

图2　传感器结构

红外温度传感器是实现非接触测温的关键器件[3]。本系统选用的是PerkinElmer Optoelectronics的TPS434温度传感器，将采集到的信号转换为电信号。该传感器具有良好的重复性和较高的灵敏度，其内部结构如图2所示。它是由热电堆和热敏电阻组成的。热电堆输出的电压信号不是被测物体的真实温度，只是被测物体与热电堆冷端的温度，因此需要一定的环境温度补偿。温度补偿是通过热敏电阻来实现的。它的阻值是随着温度升高而降低的，是一个负温度系数的热敏电阻。

4.信号调理

由于TPS434[4]输出的电压比较微弱，必须经过放大电路以便测量。前置放大电路选用ICL7650[4]具有精度高、失调小、共模抑制能力强的运算放大器。TPS434有四个引脚，引脚3、引脚4接地，引脚2与ICL7650正向输入端相连，引脚1与ICL7650的负向输入端相连。如图3所示，其中放大倍数可通过R4滑动变阻器调节。

前置放大电路对微弱的电信号进行初级放大处理后，还需要后置放大电路进一步放大。此部分采用可以拥有双运放功能的运算放大器TL082，使信号控制在0～5V之间，不超过ADC的电源电压，以便A/D转换器处理。

图3　前置放大电路

5.A/D转换器

采集到的温度信号经过放大后送入到A/D转换器中。A/D转换器能将模拟量转换为数字量的器件，以便单片机可以识别并进行处理。该模块采用高速的8位并行模数转换器ADC0804，其转换时间在2.5us以内,可通过动态测量求平均来减少误差，提高测量的精度。拥有两种模式供用户使用：只读模式和读写模式。如图4所示。

图4　A/D 转换模块

图5　液晶外观图

6.显示模块

液晶显示模块采用LCD1602，它可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比，其外观图如图5所示。

二、系统软件设计

软件设计使得A/D转化后的电压值以温度值的形式在LCD液晶上显示[5]，若温度值超过所预设的值，则报警。系统主程序的软件流程如图6所示。

图6　系统主程序软件流程图

三、结语

本设计以STC89C52单片机为控制核心，采用温度传感器TPS434实现非接触温度测量。本系统不仅结构简单、体积小，而且性能稳定、测温快速准确，应用前景广泛。

参考文献：

[1]李英顺.单片机原理及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

[2]汪德彪.MCS-51 单片机原理及接口技术[M].北京:电子工业出版社，2003.

[3]樊洁,宋小会,张殿琳.红外探测器TPS434低温、磁场性能研究[J]．北京:光谱学与光谱分析，2010,(30).

[4]孙佳,漆随平,王东明. 基于ICL7650的温湿度传感器设计[J].太原机械管理开发，2015，(143).

[5]周永东.基于DS18B20的单片机数字测温计[J].中小企业科技，2007,(4).

文章编号：2095-4654(2016)03-0015-02

* 收稿日期：2015-11-17

基金项目：湖北科技学院校级科研项目(KY13086)

通讯作者：胡鑫(1977-)，男，湖北黄石人，中南民族大学副教授。

中图分类号：TN721

文献标识码：A