基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量.doc

目 录 1. 技术指标 1 2. 设计方案及其比较 1 2.1 方案一 1 2.2 方案二 2 2.3 方案三 2 2.4 方案比较 3 3. 实现方案 3 3.1 器件说明 3 3.1.1 TPS337A热电堆说明 3 3.1.2 LM358运算放大器说明 4 3.1.3 PCF8591 A/D转换器说明 5 3.1.4 74LS138译码器与74HC573锁存器说明 6 3.2 最终实现方案 8 3.2.1 实现方案电路图 8 3.2.2 方案设计原理及思路 9 4. 调试过程及结论 16 4.1 电路实物的连接 16 4.2 调试结果展示 17 4.3 调试结论 18 5. 心得体会 18 6. 参考文献 19 基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量 1. 技术指标 设计一个非接触人体表面温度系统，要求： 通过热电堆TPS337A来探测人体表面的温度； 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℃； 可以连续测量人体表面或环境温度。 2. 设计方案及其比较 2.1 方案一 通过TPS337A检测人体红外波产生温差电动势，将环境温度与检测到的人体温度分为两路电压信号，完成环境温度的补偿。再经过A/D转换芯片将数字信号发送到单片机输出，最后通过LED数码管显示。放大器采用AD620运算放大器以及LM358运算放大器。具体电路图如图1所示。 图1 方案一电路图 信号采集电路有两部分组成：体温信号放大电路和环境温度信号处理电路。体温信号放大电路是由仪用放大器AD620和参考电压电路组成；环境温度信号处理电路是由运算放大器LM358构成的电压跟随器组成。三路输出信号其中最上方为放大后的热电堆电压信号，也就是将要处理的体温信号，中间为参考电压，最下方为环境温度信号。 2.2 方案二 通过TPS337A检测人体红外波产生温差电动势，直接将输出电压通过放大器输出电压信号，再经过A/D转换芯片将数字信号发送到单片机输出，最后通过LED数码管显示。放大器采用AD620运算放大器。具体电路图如图2所示。 图2 方案二电路图 运算放大器AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至1000。此外，AD620采用8引脚SOIC和DIP封装，尺寸小于分立式设计，并且功耗较低(最大电源电流仅1.3 mA)，因此非常适合电池供电的便携式(或远程)应用，其工作电压为4.6V～36V2.3V～18V。两路电压信号分别连接A/D转换芯片的输入。 2.3 方案三 通过TPS337A检测人体红外波产生温差电动势，直接将输出电压通过两级放大器输出电压信号，消除零点漂移，再经过A/D转换芯片将数字信号发送到单片机输出，最后通过LED数码管显示。放大器采用LM358运算放大器。具体电路图如图3所示。 图3 方案三电路图 运算放大器LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。其单电源为3～30V1.5～15V，而且它的输出电压摆幅比较大，很适合于电池供电。 2.4 方案比较 方案一中将环境温度与人体体表温度补偿，考虑比较充分全面，但是在实际的操作过程中较为繁琐，可视为理想方案。 方案二中采用AD620运算放大器，电压输出信号有两路，但此后通过A/D转换芯片的输入有两路输入，则在代码的编写方面较为繁琐。 方案三中采用LM358运算放大器，两级放大消除了零点漂移是的输出电压信号更为稳定，而且放大倍数通过电阻直接计算确定，输出信号只有一路，直接连接到A/D转换芯片的输入口。整个电路相对较为简单，而且整体效率也很高，是很好的实行方案。 综上所述，方案三可作为最后的实现方案，可在其基础上进行调试。 3. 实现方案 3.1 器件说明 3.1.1 TPS337A热电堆说明 热电堆TPS337A的管脚图如图4所示。2脚与4脚之间为热敏电阻，1脚与3脚输出电压，其中3脚和4脚接地。热电堆TPS337A的电压与温度对应关系如图5所示。 图4 TPS337A热电堆管脚图 图5 热电堆电压-温度曲线 3.1.2 LM358运算放大器说明 LM358是双运算放大器。内部包括两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合用于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。LM358芯片引脚图如图6所示。 图6 LM358芯片引脚图 3.1.3 PCF8591 A/D转换器说明 PCF8591是单片、单电源低功耗8位CMOS数据采集器件，具有四个模拟输入、一个模拟输出和一个串行I2C总线接口。3个地址引脚A0、A1和A2用于变成硬件地址。器件的地址、控制和数据通过两线双向I2C总线