基于單片機(jī)的非接觸式測(cè)溫系統(tǒng)

余國衛(wèi)

(沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽110168)

基于單片機(jī)的非接觸式測(cè)溫系統(tǒng)

余國衛(wèi)

(沈陽理工大學(xué)，遼寧沈陽110168)

系統(tǒng)以單片機(jī)為核心控制部件,選用放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換為一體的紅外測(cè)溫傳感器MLX90614。在不接觸物體情況下,利用物體自身紅外輻射,直接測(cè)量溫度，實(shí)現(xiàn)非接觸實(shí)時(shí)采集顯示溫度數(shù)據(jù)。

單片機(jī)；非接觸；紅外測(cè)溫

Abstract：System to singlechip as the core control components,use amplification,filtering,A/D conversion as one of the infra?red temperature sensor MLX90614.In the case of non-contact objects,the use of the object itself infrared radiation,direct mea?surement of temperature,to achieve non-contact real-time acquisition of display temperature data.

Key words：singlechip;non contact;Infrared temperature measurement

測(cè)溫方式一般可分為接觸式和非接觸式測(cè)溫。接觸式測(cè)溫在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。組成結(jié)構(gòu)簡單，適用于各溫溫區(qū)。由于只能在被測(cè)物體和測(cè)溫傳感器達(dá)到了熱平衡后的測(cè)溫，所以所測(cè)溫度值容易受環(huán)境溫度因素的影響，使得測(cè)量溫度時(shí)響應(yīng)的時(shí)間比較長。而非接觸測(cè)溫不需要與被測(cè)物體接觸，適用于工業(yè)高溫環(huán)境，使用范圍更廣，測(cè)溫范圍更高?？呻S時(shí)隨地在高溫環(huán)境和具有高距離光點(diǎn)比的情況下進(jìn)行所需的準(zhǔn)確測(cè)量，響應(yīng)的速度快、穩(wěn)定性好。近年來在無論在公共電網(wǎng)、金屬精煉與冶煉、玻璃、水泥或石化環(huán)境中，非接觸測(cè)溫都是值得信賴的測(cè)溫方式。

系統(tǒng)是一種典型的智能化儀表，主要由單片機(jī)控制模塊、紅外溫度傳感器測(cè)溫模塊、液晶顯示模塊組成。系統(tǒng)以單片機(jī)作為核心，通過程序控制，與其他硬件電路相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)體溫測(cè)量功能。紅外溫度傳感器檢測(cè)溫度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理，并且控制顯示器顯示出溫度值。

1 MLX90614紅外測(cè)溫傳感器

MLX90614系列測(cè)溫芯片通過通遠(yuǎn)程物體的紅外線放射加熱，熱量由芯片熱電偶測(cè)得。供電電源3-5v，波特率9600或者115200。MLX90614測(cè)溫芯片采用了先進(jìn)的低噪聲放大器、紅外溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)處理DSP單元、脈寬調(diào)制電路、17-bit的A/D轉(zhuǎn)換器及邏輯控制電路。具有數(shù)字PWM和SMBus兩種輸出方式。

測(cè)量結(jié)果送到后級(jí)數(shù)字式脈沖寬度調(diào)制電路，將測(cè)量結(jié)果以PWM的方式輸出，保存在MLX90614內(nèi)部RAM存儲(chǔ)單元中，可以通過SMBus讀取熱電偶輸出的溫度信號(hào)，經(jīng)過低噪的運(yùn)算放大器放大，送給A/D轉(zhuǎn)換器低通濾波器處理后輸出，該輸出作為測(cè)量結(jié)果。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分包括溫度測(cè)量部分、溫度顯示部分和主控制部分。電路包括單片機(jī)外圍電路、MLX90614測(cè)溫電路和液晶顯示電路。其中，MLX90614的數(shù)據(jù)端和時(shí)鐘端要接上拉電阻，液晶的LCD驅(qū)動(dòng)電壓VL端接可調(diào)電阻節(jié)對(duì)比度。系統(tǒng)中，在液晶的背光燈電源端直接接+5V電源，也接可調(diào)電阻調(diào)節(jié)背光燈亮度。電路圖如圖1所示。

圖1 紅外測(cè)溫系統(tǒng)電路圖

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

在程序設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)首先對(duì)SMBus總線和液晶LCD1602進(jìn)行初始化設(shè)置，當(dāng)初始化完成后，再啟動(dòng)傳感器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)紅外模塊接受到的溫度數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使得把讀入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，等待單片機(jī)的處理，之后液晶清屏，顯示字符串和溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過延時(shí)環(huán)節(jié)回到讀取MLX90614溫度數(shù)據(jù)的階段，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度的功能。

3.1 紅外測(cè)溫模塊讀取溫度設(shè)計(jì)

讀取溫度程序首先要寫表示讀取溫度數(shù)據(jù)，包括開始條件、寫從地址、寫命令。然后寫操作變?yōu)樽x操作，分別讀取溫度低字節(jié)和高字節(jié)。寫讀命令、發(fā)開始條件、最后讀取錯(cuò)誤信息碼。由顯示子程序?qū)?字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具體的溫度數(shù)據(jù)顯示。

MLX90614讀取溫度包括SMBus的起始條件子程序、停止條件子程序、位讀和寫子程序、字節(jié)的讀寫子程序、讀取溫度程序等。SMBus總線的起始條件，在時(shí)鐘端SCK為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)端SDA發(fā)聲由高到低的變化，為起始條件，啟動(dòng)SMBus總線。SMBus的停止條件，在時(shí)鐘端SCL為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)端SDA發(fā)生由低到高的變化，為停止條件，停止SMBus總線數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)論

系統(tǒng)采用MLX90614紅外溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度的非接觸測(cè)量，系統(tǒng)有較好的實(shí)用價(jià)值，可以制作非接觸體溫計(jì)、測(cè)量食品溫度、測(cè)量化學(xué)試劑溫度等。系統(tǒng)也可根據(jù)實(shí)際需要增加MLX90614芯片，測(cè)量多路溫度。單片機(jī)的數(shù)據(jù)端口不需要增加，也不需要增加液晶顯示器，只是在軟件中對(duì)MLX90614設(shè)置不同的地址，多路測(cè)量，液晶顯示器增加路號(hào)顯示，分時(shí)顯示路號(hào)和溫度。

[1]鄭峰.51單片機(jī)典型應(yīng)用開發(fā)范例大全[M].中國鐵道工業(yè)出版社,2011.

[2]肖婧.液晶顯示溫度計(jì)的制作[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2005(4).

[3]金鋒,于麗芳,郝艾芳.加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)培養(yǎng)合格的專業(yè)人才[C].全國高等學(xué)校電子技術(shù)研究會(huì)論文集,2007.

[4]任川.基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外測(cè)溫儀設(shè)計(jì)[D].攀枝花學(xué)院,2010.

A Temperature Measurement System of Non Contact on Singlechip

YU Guo-wei
(Shenyang Ligong University,Shenyang 110168,China)

TP391

A

1009-3044(2017)24-0206-02

2017-07-15

余國衛(wèi)(1971—)，男，湖北武漢人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)工程和系統(tǒng)工程方向的研究。