基于MSP430单片机的非接触式红外测温仪设计

【摘 要】红外测温是目前最主要的非接触式测温方式之一，被广泛应用于各行各业。本文设计了一种基于MSP430单片机的非接触型红外测温仪，其工作原理是红外能量聚焦在TPS434传感上并转化为相应的电信号，该信号经AD623仪用放大器高倍放大送至AD转换器，然后单片机按照仪器内部的算法计算和温度补偿校正后变为被测目标的温度值，最后通过LED显示出测量温度值。

【关键词】非接触；MSP430单片机；红外测温；温度补偿

0 引言

本设计利用TPS434红外测温模组，采用超低功耗的MSP430单片机[4]，实现了非接触式红外测温仪。它体积小巧，能够很方便地测量近距离物体的表面温度，完全可以满足常温领域的测量。

1 测量原理

从上图中曲线可以看出黑体辐射具有几个特征：

1）在任何温度下，黑体的光谱辐射度都随着波长连续变化，每条曲线只有一个极大值；

2）随着温度的升高，与光谱辐射度极大值对应的波长减小，这表明随着温度的升高，黑体辐射中的短波长辐射所占比例增加；

3）随着温度的升高，黑体辐射曲线全面提高，即在任一指定波长处，与较高温度相应的光谱辐射度也较大，反之亦然。

2 测温系统总体设计

红外测温仪的系统，主要由光学系统、光电转换、信号处理、显示输出等部分组成。光学系统完成视场大小的确定，热电堆红外传感器用将聚焦在探测器上的红外能量转换成电信号，经过放大、滤波后进行模/数转换，并送至单片机进行信号处理，最后在LED显示单元中显示出被测目标的温度值。

3 系统硬件电路结构及工作原理

3.1 红外采集电路

红外测温仪器使用的是TPS434热电堆红外传感器。热电堆红外传感器的原理是将多个热电偶[6]串联起来，使其具有较高灵敏度。光学系统起到收集红外辐射并将其聚焦到红外探头上的作用，由于红外信号相对来说比较微弱，因此要实现测温仪精确测温必须设计一个光路简单、红外辐射损失小的光学系统。在设计中可以在被测物体和红外传感器之间加一个透镜，以便聚焦红外线。

3.2 信号放大电路

3.3 AD转换电路

3.4 温度补偿电路

由于红外温度传感器的输出受环境温度影响，所以为了得到高精度的测量，需要进行环境温度补偿。在本系统中，环境温度由集成温度芯片AD590测得。AD590是Analog Devices公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型温度传感器[7]。通过调节电位器Ra，是Ra与R1的电阻值相加为5K。温度每变化1度，输出电压变化5mV。输出的电压经过单片机的P6.0进入后，进行数据处理，最后计算得出环境温度值。测得环境温度后，通过软件温度补偿方式提高系统的测量精度。

4 实验结果

在对该系统的精度做实验验证过程中，以黑体为目标物体，分别用接触式温度传感器和非接触式温度测量物体的温度。实验结果如表1所示。可以发现，单次测量的最大误差在2%以内。

5 结论

本设计以非接触式红外测量为研究内容，详细阐明了系统软硬件设计的全过程，该设计以MSP430单片机为核心，具有超低功耗的性能，采用仪表放大器AD623作为前级放大，提高了放大的精确度；并通过温度补偿方式对测得温度做精准校正，大大提高了非接触式红外测量仪的测量精度。本系统具有电路工作稳定、测量快速准确等优点，有很好的应用前景。

【参考文献】

[1]宋文，杨帆.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]孙华东，李艾华.非接触式红外测温技术在点检系统中的应用[J].新技术新工艺，2007（11）：60-61.

[3]冯美英，付伟.一种高精度压力检测系统温度补偿技术研究[J].煤炭技术，2011， 30（2）.

[4]杨平，王威.MSP430系列超低功耗单片机及应用[J].国外电子测量技术，2008， 27（12）.

[5]陈晓明.黑体辐射定律及实验教学相关问题探讨[J].实验室研究与探索，2009， 28（5） .

[责任编辑：谢庆云]

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