基于C8051F350和藍牙技術(shù)的紅外測溫系統設計

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

　　引言

　　傳統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(jìn)行充分的熱交換，需經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后才能達到熱平衡，存在著(zhù)測溫的延遲現象，故在連續生產(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備是根據黑體輻射原理^[1]，不需要與被測物質(zhì)進(jìn)行接觸，而是通過(guò)測量物體輻射的紅外線(xiàn)來(lái)測量溫度的。紅外溫度測量設備因具有使用方便，反應速度快，靈敏度高，測溫范圍廣，可實(shí)現在線(xiàn)非接觸連續測量等眾多優(yōu)點(diǎn)^[2]，在電子設備故障的檢測和診斷、工業(yè)生產(chǎn)、醫療、安檢等諸多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。

　　基于目前市場(chǎng)上一些紅外測溫設備功能不完善、價(jià)格高等缺點(diǎn)，設計一種測溫精度高、功耗低、功能完善的非接觸紅外測溫系統。

　　1 系統硬件電路設計

　　1.1 整體框架設計

　　整個(gè)系統分為上、下位機兩部分，兩部分之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍牙模塊進(jìn)行數據傳輸和交換。整個(gè)系統結構框架圖如圖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，設計中可進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路，從而減少復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(wú)線(xiàn)數據傳輸電路等構成，實(shí)現溫度的采集、處理和傳送功能;上位機部分通過(guò)藍牙模塊與串口通信傳輸將數據傳送到PC機，實(shí)現信息管理系統的對測溫數據接收、顯示、處理、存儲和查詢(xún)等功能。

　　1.2 紅外測溫數據采集處理電路

　　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化成對應的電壓信號^[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(jìn)行放大。其放大倍數由一個(gè)精密可調電阻(R2)進(jìn)行調節，本電路放大倍數設為600。

　　環(huán)境溫度信號處理電路主要是實(shí)現環(huán)境溫度檢測電阻RTD到輸出電壓V0的轉換。轉換原理是由LM358運算放大器構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(jìn)行A/D處理;V1作為下級濾波器的輸入信號完成進(jìn)一步的濾波。