红外测温仪在粮食系统中的应用

摘 要本文介绍了粮食系统中粉尘环境恶劣条件下，利用非接触式红外测温仪测量设备的表面温度，包括皮带输送机转动部位的轴承温度、皮带与外壳摩擦部位的温度、配电柜里的设备温度等。从而判断设备的运行状态是否正常，采取正确的措施，避免了由于热量聚集从而引发粉尘爆炸的危险性，在生产过程中具有很大的辅助指导意义。本测温系统采用TN9红外测温模块接收到的数据传输给单片机，单片机经过一定的算法计算出温度值，显示出来，并和设定好的温度上下限进行比较，实现报警功能。

【关键词】粮食系统 红外线 测温仪 非接触式

1 红外测温原理

根据黑体辐射定律，一切物体都在无时无刻向外界辐射能量，辐射出来的能量大小及按照波长分布与物体表面的温度有一定的关系，表面温度越高，辐射的能量越大。由普朗克公式可以得到光谱辐射出射度，即

。红外测温主要有三种方法：比色测温法、亮度测温法、全辐射测温法。三种不同的测温各有优缺点，考虑到成本和结构简单，我们采用全辐射测温法。经过导推普朗克公式，我们得到物体表面温度与测得电压的关系：。由此可以看出测量的电压值V与物体绝对温度T的4次方成正比关系，这是一种非线性的关系，必须转化成线性关系，这就需要进行修正，才能得到物体的真实温度，修正关系式为

。修正后的温度值比环境温度值高，所以必须进行温度补偿，即真实温度加上环境温度才能得到实际测量温度。

2 系统硬件组成

该应用的硬件主要由单片机系统、红外测温模块、显示模块、按键模块、声光报警模块组成。通过按键模块设置温度上下限后，非接触式红外测温探头对准被测物体，在显示器上显示测量的温度值，并显示设定好的温度上下限值，如果测得的温度值大于上限值或者小于下限值，那么声光报警模块随即发出警报。

2.1 单片机系统

采用STC89C52单片机具有价格便宜、操作简便、编程简单、支持串口下载程序等优点，并且运行时功耗低，抗干扰性能强。

2.2 红外测温模块

测温模块是集成度很高的TN901红外测温模块，低功耗、高灵敏度和高精度的特点。采用温度补偿技术，能够准确地测量出环境温度。测量误差率只有0.7度，稳定时间只需7分钟，相比传统的测量误差率1.6度和稳定时间需要30分钟的红外测温传感器更有优势。供电电压只需要3伏即能满足要求，而传统的红外测温模块需要9V的供电电压，在粮食生产过程中，粉尘环境是非常恶劣的，使用的电压越低对我们越有利，这在粉尘防爆方面无疑又多了一层保障。

2.3 显示模块

LCD1602显示器具有体积比数码管显示器小的优点，并且显示内容丰富，能够容纳两行各16个字符，对比度可以调节，通过调节可变电阻器阻值达到调节显示器的对比度，在不同照度的条件下适应不同的环境。LCD液晶显示器的寿命相对更长、功耗更低、轻巧超薄，显示方式更加灵活多样，特别适用于手持类仪器仪表的显示器。该显示模块内部含有复位电路，提供各种控制命令，如：字符闪烁、显示移位、清屏、光标闪烁等各种功能。1602采用并口传输数据，能够快速的显示测量值，数码管需要另外加驱动等外围电路，结构较复杂。

2.4 按键模块

该红外测温系统按键模块采用独立按键扫描的方式，当检测到有按键按下的时候，延迟一段时间进行消抖，再次检测是否有按键按下，如果这时仍然检测到按键是按下的状态，那就执行按键操作程序。

总共设立了3个独立按键，分别是设置键B1，增加键B2，减小键B3。按下设置键B1，进入温度上限值设置，通过增加键B2或者减小键B3进行相应数值的设置，增加键或者减小键每按一次则数值改变一次；再次按下设置键B1后，进入温度下限值设置，通过增加键B2或者减小键B3进行相应数值的设置；第三次按下设置键B1后，则完成温度上下限值的设置。

2.5 声光报警模块

当红外检测仪检测到的温度值不在设定好的温度上下限范围内时，单片机就会输出一个报警信号，即驱动蜂鸣器和LED灯发出声光报警的信号，该信号按照一定的频率发出声音和灯光闪烁的报警。该模块主要由蜂鸣器、LED灯、三极管、限流二极管、限流电阻等器件组成。

3 系统软件设计

红外测温系统上电后，单片机进行自动复位，开始运行程序。单片机开始初始化程序，然后输出开机显示，扫描按键程序，判断是否有按键按下，如果有则转入按键设置程序，否则检测测温程序，接收传过来的数据，进行计算后将测量值显示在LCD1602上；同时将测量值和设定的上下限值进行比较，并判断测量值是否在设定值的范围内，如果超出设定值的范围，那么单片机输出声光报警信号。最后等待结束命令，没有则继续显示测量值，当接收到结束命令后就返回开机显示状态，重新进行上述的判断。

4 结论与展望

利用该红外测温仪测量设备温度比较准确，反应时间较快，能够比较真实的反应实际温度。做成手持式仪器能够方便设备巡视人员随时测量发热部位的温度，防止用手直接接触设备，避免巡视人员受到机械伤害的危险，皮带输送机在运行过程中，容易发热的部位如转动的轴承、皮带与外壳的摩擦、电房设备、电机、减速箱和耦合器等，这些发热部位如果没有被及时发现，轻则容易损坏设备，严重时很可能会发生粉尘爆炸，因为粮食输送设备最大的特点是粉尘浓度较大，而且形成密闭的空间，当这样的环境遇到明火极易发生火灾或者粉尘爆炸。因此，我们给测温仪供电时使用电池供电，而且要做成粉尘防爆的密封装置。也可以在特定设备做成固定式装置，接上串口通信模块还能将数据上传至上位操作系统，供中控室人员实时监控设备的发热情况，对异常情况能够及时采取有效措施，保证设备安全运行。

作者简介

黎世静（1985-），男，壮族，广西壮族自治区宁明县人，大学本科学历，现为广东省储备粮管理总公司东莞直属库工程师。研究方向为电气工程及其自动化。

作者单位

广东省储备粮管理总公司东莞直属库 广东省东莞市 523145

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