红外温度传感器及红外温度计的设计与研究

1、物理实验竞赛设计题目：温度传感器及非接触式体温计,实验目的,研究一种温度传感器的特性，并通过自主设计一种非接触式体温计，了解市场上一些非接触式体温计的基本原理，丰富知识。 经由实验，学习和掌握单片机知识和软件的操作，锻炼自己的动手和动脑的能力。 试图在能完成实验的基础上寻找创新点，培养创新意识。,传感器的选择及研究,基本原理： 我们选择研究型号为HEIMANN3872热电堆红外温度传感器。 热电堆红外传感器原理是将多个热电偶串联起来, 使其具有较高灵敏度。传感器内还集成了一个热敏电阻, 以利于温度补偿使用，可以减小环境温度带来的误差,以传感器制作的非接触体温计,HEIMANN3872热释电红外

2、线传感器能在非接触的条件下检测出人体辐射的红外线能量的变化, 并将其转换成电压信号输出。 将这个电压信号加以补偿并放大, 通过数模转化，将信号以数字信号的形式传递给单片机。单片机处理运算，通过液晶模块输出温度数值。,以HEIMANN3872制作的红外体温计,1.信号采集与放大部分 整个过程概括为: 红外传感器HEIMANN3872采集外界信号引起输出电压的变化, 电压经过ICL7650 和TL082的处理放大输出。,2.数模转换部分 将处理并放大后的模拟电压信号通过ADC0804转换为数字型号（此处暂时由其他型号模块代替）,以HEIMANN3872制作的红外体温计,3.单片机接收处理部分 单片

3、机接收数字信号，并进行事先写好的函数，将所得信号转化成温度数字输出,以HEIMANN3872制作的红外体温计,4.显示部分 单片机输出的温度值通过液晶模块输出显示出来,以HEIMANN3872制作的红外体温计,主要实验器材： 热释电红外温度传感器HEIMANN3872 STC89C52单片机最小系统 ADC0804， ICL7650 ，TL082 若干电阻和电容 液晶显示模块等,以HEIMANN3872制作的红外体温计,物理特性研究,环境温度对实验结果的影响 距离对实验结果的影响 角度对实验结果的影响 物体大小对实验结果的影响,实验数据测量过程中发现 转化所得数对应温度的精确度在不同温度段不同

4、，范围在0.2到1.5度左右。 在室内，无阳光直接照射传感器的条件下，传感器正对亮出与背对亮处的示数相差不超过1。可以基本认为，在室内，光线对传感器影响不大。 介于外界会产生干扰，环境温度对实验结果有一定影响。我们利用该型号传感器的特点进行温度补偿，使其影响降至最低。实验时，我们在早晚和中午对同一温度的水经行对比测量，测距为4cm,发现昼夜温差的影响可以接受。,物理特性研究,试验数据处理及图像拟合,1.5cm处所有数据的图像拟合(origin),试验数据处理及图像拟合,6cm处所有数据的拟合图像,试验数据处理及图像拟合,4cm处所有数据的图像拟合,实验数据处理及图像拟合,数据斜率对比,1.5c

5、m,数据斜率对比,2cm,数据斜率对比,2.5cm,数据斜率对比,3cm,数据斜率对比,3.5cm,数据斜率对比,4cm,数据斜率对比,5cm,数据斜率对比,6cm,距离对实验结果的影响,数据整体呈一次线性变化，且随着距离的增加，斜率逐渐减小。 实验在2.5cm到5cm内，测量数据可重复性最高，拟合后偏差最小 在人体温度范围（35至43度）内，我们取偏差较小的4cm为主要研究距离。,物理特性研究,角度对实验结果的影响,1cm，42C,角度对实验结果的影响,2cm，水温43C,角度对实验结果的影响,3cm，43C,角度对实验结果的影响,4cm，42C,角度对实验结果的影响,5cm,角度对实验结果的影响,6cm，41C,角度对实验结果的影响,从实验数据中我们可以看出 在小距离范围内，角度变化对实验结果的影响很小 在4cm处左右图像比较明显的呈现二次型变化，且随着距离的增大，图像弯曲程度越大。,物体大小对实验结果的影响,4cm,改变物体直径，55C（改变纸杯的圆扁）,定标后数据及图像,4cm距离处在人体体温范围（3642）内的图像拟合,预期效果,该红外温度计分为3个模式 能测各种物体-20度至200度以内的表面温度； 能测人体额头温度，并进行一定转化，换算成体温值； 能测口腔温度，并转化成体温值。,目前已完成,1.完成电路