基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统优选材料.docx
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基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统优选材料.docx
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基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统优选材料
基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度测量系统
1技术指标
设计一个非接触人体表面温度系统,要求:
(1)通过热电堆TP337A来探测人体表面的温度;
(2)由LED数码管显示测量的温度,要求显示温度精度能够达到0.1℃;
(3)可以连续测量人体表面或环境温度。
其整体方案如图1所示:
图1系统硬件设计原理图
2设计方案及其比较
通过技术指标中的硬件设计的原理,及设计要求,提出了以下三种设计方案
2.1方案一
采用TPS333热电堆设计电路,热反应堆和放大部分,如图2所示,由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏,无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理,需要经过放大处理,又因为需要将电压信号放大一千倍,如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题,且放大信号有很强的干扰,所以选择了两级放大。
图2方案一红外与放大模块的设计
2.2方案二
在调试方案一时,电路仍然出现了不稳定的现象,零飘等现象仍然存在一些,说明电路仍然不稳定,为此在方案一的基础的上提出了方案二,如图3,方案一与方案的二的区别在于在两级放大电路的中间加了一个电容,其作用是消除零飘,滤波等一系列作用。
2.3方案三
为了更强劲的抑制零点漂移和抑噪声与干扰的能力,方案三在放大部分采用的是差分放大电路,如图4所示:
图4方案三放大电路模块
3实现方案
3.1电路原理
通过将三种方案进行对比,得出方案二电路的性能更加稳定,且电路简单,所以实现方案采用方案二。
实现的电路图如图3所示,对于热电堆部分,因为红外温度测量技术的最大的优点是测量速度快,1秒内就可测试完毕,由于它只接受人体对外发射的红外辐射,没有任何其他物理和化学因数作用于人体,所以对人体无任何伤害,在方案中采用的是TPS333热电堆,由于热电堆直接测量产生的电压范围只有几毫伏到几十毫伏,无法由A/D转换芯片PTCF8591直接处理,需要经过放大处理,又因为需要将电压信号放大一千倍,如果采用一级放大会出现零点漂移等一系列的问题,且放大信号有很强的干扰,所以选择了两级放大。
在两级放大电路的中间加入一个电容为了的使电路更加稳定,起滤波的作用。
其放大的倍数为
。
系统的硬件由单片机模块、TPS-333温度传感器模块、LM358电压信号放大器模块、A/D转换模块、LED数码管显示模块,硬件的设计流程是TPS-333红外温度传感器将红外信号转换为电压信号,由于输出的电压信号很微弱,所以采用LM358组成的运算放大器进行前置放大,然后将放大的电压信号发送到由PCF8591组成的A/D转换电路,再将转换后得到的数字信号送至单片机进行处理,最后将处理后的结果送至LCD数码管显示屏进行实时温度的显示,
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