非接触式测温仪设计与制作

非接触式测温仪的设计与制作

田云，黑龙江农业经济职业学院

本文介绍一种采用凌阳公司生产的TN9红外测温传感器来实现红外测温，控制器采用大家熟悉的51单片机。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，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。红外测温打破了传统的接触式测温模式，它根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有不扰动被测物体温度分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广，稳定性好、可同时测量环境温度和目标温度的特点。近年来在汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。

一、红外测温传感器TN9

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。它采用非接触测温手段，解决了传统测温中需要接触的问题，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，可以很方便地与单片机传输数据。外型如图1所示，它的基本特性如表1所示。

量程-33-220℃/-27-428℉

工作温度-10-50℃/14-122℉

精度±0.6℃

反应时间1sec

重量8g

电压范围3V- 5V

图1 TN9红外测量传感器外型

1、红外测温传感器引脚

红外测温模块的引脚如图2所示。其中V为电源电压引脚VCC，VCC一般为 3V到 5V之间的电压；D为数据接收引脚，没有数据接收时D为高电平；C为 2KHz Clock输出引脚（这里需要注意，只有为TN9供上电源，C脚就有2KHz的方波信号输出）；G为接地引脚；A为测温启动信号引脚，低电平有效。

图2 TN9红外测温传感器引脚

2、红外测温模块的工作时序

TN9红外模块的工作SPI时序如图3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。

图3 TN9红外测量传感器的工作时序

3、红外测温模块温度值计算

无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到Item 为0x4c或者0x66同时检测到CR 为 0x0dH，它们的温度的计算方法都相同。计算公式为

目标温度/环境温度=Temp/16-273.15其中Temp 为十进制，当把它转换成十六进制时高八位为MSB，低八位为LSB；比如MSB为0x14，LSB为0x2a，则Temp十六进制时为0x142a，十进制时为5162，则测得温度值为5162/16-273.15=49.475℃。

二、电路设计

本文设计一个能测量环境温度和目标温度的测温仪，并从显示器显示出来。整个电路需要由晶振电路，复位电路，显示电路构成。晶振和复位电路是大家比较熟悉的电路，这里面就不再多说了。显示电路采用74LS245做为显示数据管的段驱动器，采用7406作为数码管的位驱动器，其中7406属于OC门，上拉电阻必不可少。TN9的数据端接由单片机P1.3口，TN9启动端接P1.4端，这里要注意的是TN9的C口接于单片机的外部中断0。具体电路如图4所示。