基于C8051F350和藍牙技術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線藍牙技術的紅外測溫系統，實現了非接觸紅外溫度測量電路、LCD顯示電路和無線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，因要與被測物質進行充分的熱交換，需經過一定的時間后才能達到熱平衡，存在著測溫的延遲現象，故在連續生產質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]，不需要與被測物質進行接觸，而是通過測量物體輻射的紅外線來測量溫度的。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，可實現在線非接觸連續測量等眾多優點^[2]，在電子設備故障的檢測和診斷、工業生產、醫療、安檢等諸多領域得到越來越廣泛的應用。

　　基于目前市場上一些紅外測溫設備功能不完善、價格高等缺點，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

　　整個系統分為上、下位機兩部分，兩部分之間通過無線藍牙模塊進行數據傳輸和交換。整個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，設計中可進一步簡化電路，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、藍牙無線數據傳輸電路等構成，實現溫度的采集、處理和傳送功能;上位機部分通過藍牙模塊與串口通信傳輸將數據傳送到PC機，實現信息管理系統的對測溫數據接收、顯示、處理、存儲和查詢等功能。

　　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引腳為環境溫度信號輸出端，環境溫度的大小根據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對該信號進行放大。其放大倍數由一個精密可調電阻(R2)進行調節，本電路放大倍數設為600。

　　環境溫度信號處理電路主要是實現環境溫度檢測電阻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為環境溫度信號。其中，V0由單片機ADC0中的AIN0.2輸入通道進行A/D處理;V1作為下級濾波器的輸入信號完成進一步的濾波。