基于C8051F350和藍牙技術(shù)的紅外測溫系統(tǒng)設(shè)計

　　摘要：介紹一種以低功耗C8051F350單片機為控制核心，并結(jié)合TS118-3紅外測溫傳感器及無線藍牙技術(shù)的紅外測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)了非接觸紅外溫度測量電路、LCD顯示電路和無線藍牙數(shù)據(jù)通訊接口等硬件電路與上位機信息管理程序的設(shè)計。系統(tǒng)功能強大，測溫精度高，響應(yīng)速度快，運行可靠。

　　引言

　　傳統(tǒng)的接觸式測溫儀表如水銀溫度計、熱電偶等，因要與被測物質(zhì)進行充分的熱交換，需經(jīng)過一定的時間后才能達到熱平衡，存在著測溫的延遲現(xiàn)象，故在連續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量檢驗中存在一定的使用局限。非接觸式紅外測溫設(shè)備是根據(jù)黑體輻射原理^[1]，不需要與被測物質(zhì)進行接觸，而是通過測量物體輻射的紅外線來測量溫度的。紅外溫度測量設(shè)備因具有使用方便，反應(yīng)速度快，靈敏度高，測溫范圍廣，可實現(xiàn)在線非接觸連續(xù)測量等眾多優(yōu)點^[2]，在電子設(shè)備故障的檢測和診斷、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、安檢等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

　　基于目前市場上一些紅外測溫設(shè)備功能不完善、價格高等缺點，設(shè)計一種測溫精度高、功耗低、功能完善的非接觸紅外測溫系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　1.1 整體框架設(shè)計

　　整個系統(tǒng)分為上、下位機兩部分，兩部分之間通過無線藍牙模塊進行數(shù)據(jù)傳輸和交換。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

　　下位機部分以低功耗C8051F350單片機為控制核心，該單片機集多功能于一身，設(shè)計中可進一步簡化電路，從而減少復(fù)雜電路中各種元件之間的干擾。外圍電路包括紅外測溫電路、信號放大電路、濾波電路、LCD液晶顯示電路、藍牙無線數(shù)據(jù)傳輸電路等構(gòu)成，實現(xiàn)溫度的采集、處理和傳送功能;上位機部分通過藍牙模塊與串口通信傳輸將數(shù)據(jù)傳送到PC機，實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)的對測溫數(shù)據(jù)接收、顯示、處理、存儲和查詢等功能。

　　1.2 紅外測溫數(shù)據(jù)采集處理電路

　　本電路采用TS118-3型非接觸式紅外溫度傳感器。TS118-3是一種熱電堆傳感器，它將物體紅外輻射量成比例地轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電壓信號^[3]。傳感器引腳1、3分別為被測物體測量信號的正負輸出端，被測物體輻射能量被熱電堆接收轉(zhuǎn)化為電壓信號。2引腳為環(huán)境溫度信號輸出端，環(huán)境溫度的大小根據(jù)RTD 電阻溫度探測器的阻值確定。

　　由于傳感器輸出的測溫電壓信號為mV級，而單片機A/D模塊的信號輸入須為V級，電路中采用儀器放大器AD620對該信號進行放大。其放大倍數(shù)由一個精密可調(diào)電阻(R2)進行調(diào)節(jié)，本電路放大倍數(shù)設(shè)為600。

　　環(huán)境溫度信號處理電路主要是實現(xiàn)環(huán)境溫度檢測電阻RTD到輸出電壓V0的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換原理是由LM358運算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器跟蹤RTD的分壓電壓值變化，RTD的分壓電壓值隨RTD阻值的變化而變化。信號采集電路的電路圖如圖2所示。

　　其中V1為放大后的熱電堆電壓信號，也就是將要處理的體溫信號，V0為環(huán)境溫度信號。其中，V0由單片機ADC0中的AIN0.2輸入通道進行A/D處理;V1作為下級濾波器的輸入信號完成進一步的濾波。