基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统..docx

基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统1 技术指标设计一个非接触人体表面温度系统，要求： （1）通过热电堆TP337A来探测人体表面的温度； （2）由LED数码管显示测量的温度，要求显示温度精度能够达到0.1℃； （3）可以连续测量人体表面或环境温度。其整体方案如图1所示：图1 系统硬件设计原理图2 设计方案及其比较 通过技术指标中的硬件设计的原理，及设计要求，提出了以下三种设计方案2.1 方案一 采用TPS333热电堆设计电路，热反应堆和放大部分，如图2所示，由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大一千倍，如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。图 2 方案一红外与放大模块的设计2.2 方案二 在调试方案一时，电路仍然出现了不稳定的现象，零飘等现象仍然存在一些，说明电路仍然不稳定，为此在方案一的基础的上提出了方案二，如图3，方案一与方案的二的区别在于在两级放大电路的中间加了一个电容，其作用是消除零飘，滤波等一系列作用。图 3 方案三红外与放大模块的设计图 3 方案二红外与放大模块的设计图 3 方案二红外与放大模块的设计2.3 方案三 为了更强劲的抑制零点漂移和抑噪声与干扰的能力，方案三在放大部分采用的是差分放大电路，如图4所示：图4 方案三放大电路模块3 实现方案3.1电路原理通过将三种方案进行对比，得出方案二电路的性能更加稳定，且电路简单，所以实现方案采用方案二。实现的电路图如图3所示，对于热电堆部分，因为红外温度测量技术的最大的优点是测量速度快，1秒内就可测试完毕，由于它只接受人体对外发射的红外辐射，没有任何其他物理和化学因数作用于人体，所以对人体无任何伤害，在方案中采用的是TPS333热电堆，由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大一千倍，如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。在两级放大电路的中间加入一个电容为了的使电路更加稳定，起滤波的作用。其放大的倍数为 。系统的硬件由单片机模块、TPS-333温度传感器模块、LM358电压信号放大器模块、A/D转换模块、LED数码管显示模块，硬件的设计流程是TPS-333红外温度传感器将红外信号转换为电压信号，由于输出的电压信号很微弱，所以采用LM358组成的运算放大器进行前置放大，然后将放大的电压信号发送到由PCF8591组成的A/D转换电路，再将转换后得到的数字信号送至单片机进行处理，最后将处理后的结果送至LCD数码管显示屏进行实时温度的显示，3.2 电路元件的选择表 2 实验所用器件器件型号数量电阻- 7热电堆TPS333 1单片机STC89C52 1A/D转换PTCF8591 1LED数码管-1放大器LM3582导线-若干在实现方案中所用到的电路板如图5：图5 电路板3.3 热电堆模块热电堆红外探测器TPS333如图6所示：图6 热电堆实物图热电堆的背部视图及其引脚如图7：图 7 热电堆的背部视图及其引脚图其热电堆的电路图如图8所示：图8 红外测温模块的电路图3.4电压信号放大模块 由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏，无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理，需要经过放大处理，又因为需要将电压信号放大一千倍，如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题，且放大信号有很强的干扰，所以选择了两级放大。在两级放大电路的中间加入一个电容为了的使电路更加稳定，起滤波的作用.其电路图如图9所示：图9 放大器模块电路图3.5A/D转换模块、单片机ST89C52模块与LED数码管显示模块 设计中，采用的是开发板包含的A/D转换模块，如果外接A/D转换模块，由于干扰的影响会得到信号的不稳定。LED数码管采用的是共阴极的数码管，单片机ST89C52则用于程序的载入。3.5 电路连线实物图 通过理论分析设计，最终得到了理想的电路图，其连线如图10所示：图10 电路实物图4 调试过程及结论当电路连接成功后，接下来便是调试，载入程序后，遇到了一下的几种问题：问题1:在进行第一次程序载入的时候，电路没有反应。经过反复的检查，发现电阻连接错误，导致电路连接的不成功。问题2：在载入程序后，数码管显示的数字乱码。 经过检查发现，在单片机导出的线中，将段选的线接反了。问题3：电路板成功运行后发现将手放上去，数码管显示的数据变化幅度不大。经检查发现，电路的放大倍数过小。改正了以上问题后，得到了理想的结果，如图11、12所示：图11 室温下的布线图图12 人体