紅外溫度傳感器及紅外溫度計的設計與研究

物理實驗競賽設計

題目：溫度傳感器及非接觸式體溫計

實驗目的研究一種溫度傳感器的特性，并通過自主設計一種非接觸式體溫計，了解市場上一些非接觸式體溫計的基本原理，豐富知識。經由實驗，學習和掌握單片機知識和軟件的操作，鍛煉自己的動手和動腦的能力。試圖在能完成實驗的基礎上尋找創(chuàng)新點，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。傳感器的選擇及研究基本原理：

我們選擇研究型號為HEIMANN3872熱電堆紅外溫度傳感器。

熱電堆紅外傳感器原理是將多個熱電偶串聯(lián)起來,使其具有較高靈敏度。傳感器內還集成了一個熱敏電阻,以利于溫度補償使用，可以減小環(huán)境溫度帶來的誤差以傳感器制作的非接觸體溫計HEIMANN3872熱釋電紅外線傳感器能在非接觸的條件下檢測出人體輻射的紅外線能量的變化,并將其轉換成電壓信號輸出。

將這個電壓信號加以補償并放大,通過數(shù)模轉化，將信號以數(shù)字信號的形式傳遞給單片機。單片機處理運算，通過液晶模塊輸出溫度數(shù)值。以HEIMANN3872制作的紅外體溫計1.信號采集與放大部分整個過程概括為:紅外傳感器HEIMANN3872采集外界信號引起輸出電壓的變化,電壓經過ICL7650

和TL082的處理放大輸出。2.數(shù)模轉換部分

將處理并放大后的模擬電壓信號通過ADC0804轉換為數(shù)字型號（此處暫時由其他型號模塊代替）以HEIMANN3872制作的紅外體溫計3.單片機接收處理部分

單片機接收數(shù)字信號，并進行事先寫好的函數(shù)，將所得信號轉化成溫度數(shù)字輸出以HEIMANN3872制作的紅外體溫計4.顯示部分

單片機輸出的溫度值通過液晶模塊輸出顯示出來以HEIMANN3872制作的紅外體溫計主要實驗器材：熱釋電紅外溫度傳感器HEIMANN3872STC89C52單片機最小系統(tǒng)ADC0804，

ICL7650，TL082若干電阻和電容液晶顯示模塊等以HEIMANN3872制作的紅外體溫計物理特性研究環(huán)境溫度對實驗結果的影響距離對實驗結果的影響角度對實驗結果的影響物體大小對實驗結果的影響實驗數(shù)據(jù)測量過程中發(fā)現(xiàn)轉化所得數(shù)對應溫度的精確度在不同溫度段不同，范圍在0.2到1.5度左右。在室內，無陽光直接照射傳感器的條件下，傳感器正對亮出與背對亮處的示數(shù)相差不超過1。可以基本認為，在室內，光線對傳感器影響不大。介于外界會產生干擾，環(huán)境溫度對實驗結果有一定影響。我們利用該型號傳感器的特點進行溫度補償，使其影響降至最低。實驗時，我們在早晚和中午對同一溫度的水經行對比測量，測距為4cm,發(fā)現(xiàn)晝夜溫差的影響可以接受。物理特性研究試驗數(shù)據(jù)處理及圖像擬合1.5cm處所有數(shù)據(jù)的圖像擬合(origin)試驗數(shù)據(jù)處理及圖像擬合6cm處所有數(shù)據(jù)的擬合圖像試驗數(shù)據(jù)處理及圖像擬合4cm處所有數(shù)據(jù)的圖像擬合實驗數(shù)據(jù)處理及圖像擬合數(shù)據(jù)斜率對比1.5cm數(shù)據(jù)斜率對比2cm數(shù)據(jù)斜率對比2.5cm數(shù)據(jù)斜率對比3cm數(shù)據(jù)斜率對比3.5cm數(shù)據(jù)斜率對比4cm數(shù)據(jù)斜率對比5cm數(shù)據(jù)斜率對比6cm距離對實驗結果的影響數(shù)據(jù)整體呈一次線性變化，且隨著距離的增加，斜率逐漸減小。實驗在2.5cm到5cm內，測量數(shù)據(jù)可重復性最高，擬合后偏差最小在人體溫度范圍（35至43度）內，我們取偏差較小的4cm為主要研究距離。物理特性研究角度對實驗結果的影響1cm，42C角度對實驗結果的影響2cm，水溫43C角度對實驗結果的影響3cm，43C角度對實驗結果的影響4cm，42C角度對實驗結果的影響5cm角度對實驗結果的影響6cm，41C角度對實驗結果的影響從實驗數(shù)據(jù)中我們可以看出在小距離范圍內，角度變化對實驗結果的影響很小在4cm處左右圖像比較明顯的呈現(xiàn)二次型變化，且隨著距離的增大，圖像彎曲程度越大。物體大小對實驗結果的影響4cm,改變物體直徑，55C（改變紙杯的圓扁）定標后數(shù)據(jù)及圖像53.811653.211552.7114511114310842.8111421094110840.210839.51073910738.210637.5105371043610335.210334.81023410133.910033.510132.810031.8994cm距離處在人體體溫范圍（36~42）內的圖像擬