基于51单片机的红外测温仪的设计与实现

　　0 引言

　　一般来说，测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响;非接触红外测温仪采用红外技术可快速方便地测量物体表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。只需瞄准，按动触发器，在显示屏上读出温度数据。红外测温仪重量轻、体积小、使用方便，并能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数，而接触测温仪每秒测量就需要若干分钟的时间。

　　1 红外测温原理

　　红外测温传感器是接收目标辐射并转换为电信号的器件。所有物体都会发出红外线能量。物体越热，其分子就愈加活跃，目标辐射波长越短，它所发出的红外线能量也就越多。红外线温度仪包括有光学装置，可以收集来自物体的辐射红外线能量，并把该能量聚焦在探测器上。能量经探测器转化为电信号，并被放大、显示出来。由普朗克黑体辐射原理：

　　A-光学常数

　　E-辐射出射度

　　-斯蒂芬-波尔兹曼常数

　　-被测对像的辐射率

　　-红外温度计的辐射率

　　T ₁-被测对像热力学温度K

　　T ₂-红外温度计热力学温度K

　　据以上规律，通过传感器接收到的能量峰值信号，经过单片机即可计算出目标温度。

　　2 红外测温传感器

　　红外测温传感器选用凌阳科技公司生产的TN9红外测温传感器，可测量目标温度和环境温度，具有回应速度快、测量精度高、测量范围广以及可同时测量目标温度和环境温度的特点。红外测温模块根据大气状况最远测温距离约30m，测量回应时间大约为0.5s，而且，它具备SPI接口，可以很方便地与MCU传输数据。外型如图1所示。

　　2.1 红外测温模块的工作时序

　　TN9红外模块的工作SPI时序如图2所示。

　　从时序图可以看出：TN9红外传感器向单片机发送一帧数据共有5个BYTE组成，每个BYTE位的含义如下：

　　Item：如果为4CH代表此帧测量为目标温度，为66H代表此帧测量为环境温度。

　　MSB：数据高八位

　　LSB：数据低八位

　　SUM：校验位SUM=Item+MSB+LSB

　　CR：0DH为结束码

　　单片机在CLOCK的下降沿接收数据，一次温度测量需接收5个字节的数据，这五个字节中：Item为0x4c表示测量目标温度，为0x66表示测量环境温度;MSB为接收温度的高八位数据;LSB为接收温度的低八位数据;Sum为验证码，接收正确时Sum=Item+MSB+LSB;CR为结束标志，当CR为0x0dH时表示完成一次温度数据接收。