CN202533177U

CN202533177U - 新型改良红外测温仪的控制电路

Info

Publication number: CN202533177U
Application number: CN2012201509886U
Authority: CN
Inventors: 王保奎
Original assignee: WUHAN DIKAI OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN DIKAI OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-11

Abstract

本实用新型涉及一种新型改良红外测温仪的控制电路，该控制电路包含电源模块、采样模块、输出模块、显示控制模块和处理器模块，本实用新型在控制中引入了自动调零在数据处理中的应用，而且测量环境温度参数参与数据处理，进一步提高探测器响应度和准确度；运算放大器可调增益电路增强了设备的测量精度和抗干扰能力，扩展了设备的测量范围；应用了本实用新型的红外测温设备可以配置成多种输出模式，适用于各种环境。

Description

新型改良红外测温仪的控制电路

技术领域

本实用新型涉及测量温度的计量器具领域，尤其涉及一种能自动调零且具有高测量精度的新型改良红外测温仪的控制电路。

背景技术

测量温度的方法很多，按照测量体是否与被测介质接触可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。

接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值，接触式测温方法的优点是直观可靠，缺点是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。

而非接触测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，其一般通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分之一秒，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度，但这种非接触测温方法由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他介质的影响，一般测温误差较大。根据这两种测温方法，测温仪表也可以分为接触式测温仪表和非接触式测温仪表。

红外测温仪属于非接触式测温的仪器，其通过探测物体的红外辐射来测量物体温度，常用的红外测温仪一般由物镜，滤光片，敏感元件(光电转换传感器)，模拟放大器，A/D转换，数据归一化及线性校正，输出部分组成，具有非接触测量、强抗电磁干扰、量程范围宽、使用方便等等优势，被广泛的使用于工业生产，但其容易受到测量温度的敏感元件(例如光电转换传感器)自身探测能力的影响，难以确保在不同的使用场合消除测量误差，且量程范围也容易受到敏感元件的限制，精度也容易受到影响。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种新型改良红外测温仪的控制电路，以克服上述缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型改良红外测温仪的控制电路，其结构简单，操作方便，能用于不同的使用场合，消除测量误差或者弱信号分辨，可以更大程度的使用敏感元件的近极限参数，增加测温仪的量程范围，提高测量精度。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种新型改良红外测温仪的控制电路，该控制电路包含电源模块、采样模块、输出模块、显示控制模块和处理器模块，其特征在于：

所述电源模块至少包含有A2412S、78M08、79L08、78L05和LM1117，所述AS2412的输入连接至外部电源输入，其输出分别连接至78M08和79L08的输入，所述78L05的输入连接至A2412S的输出以将A2412S输出的正12V电源转换成正5V电源，所述LM1117的输入与78M08的输出相连；所述采样模块至少包含有光敏探测器、调零模块、采样电路和测量模块；所述光敏探测器的输出连接至调零模块的输入，该调零模块由4个OP07的放大电路和2个4066模拟开关电路组成以实现了对光敏探测器生成的电信号的多级放大和对电路的调零，所述测量模块包含有芯片ADT7301以获取工作环境的温度，所述调零模块的输出连接至采样电路的输入以进行采样，所述采样电路是一个以ADS7825为核心的AD采样电路。

其中：所述输出模块是一个以AD420为核心的DA电路。

其中：所述显示控制模块由显示模块、按键处理模块、继电器、激光器控制模块和I2C电路组成；所述显示模块由四位一体的数码管组成以显示温度数值；按键处理模块包含多个按键以实现人工控制，继电器的控制引脚与处理器模块的通用引脚直接相连以实现开关控制；激光器控制模块的开关引脚与处理器模块直接相连以实现发射激光用于瞄准；I2C电路包含24C02，所述24C02与处理器模块的I2C复用引脚直接相连以实现保存数据的功能。

其中：控制电路还可包含通讯模块，该通讯模块包含83485，所述通讯模块与处理器模块的复用USART引脚直接相连以实现458通讯的功能。

其中：所述处理器模块至少包含处理器芯片、复位电路和晶振电路，所述处理器芯片为STM32F103，处理器芯片的复用SPI引脚与测量模块相连以测量工作环境的温度，处理器芯片的通用引脚与按键处理模块相连以实现人工控制设备的功能，处理器芯片的通用引脚与显示模块相连以实现显示温度数字的功能；处理器芯片的复用SPI引脚与输出模块相连以输出一个模拟量；处理器芯片的通用引脚与激光器控制模块相连以实现控制激光器的功能；处理器芯片的通用引脚与继电器相连以实现开关控制的功能；处理器芯片的DA输出引脚与调零模块相连以实现调零控制；处理器芯片的通用引脚与采样电路连接以实现读取AD采样值的功能。

通过上述结构，本实用新型具有以下技术效果：

1、在控制中引入了自动调零在数据处理中的应用，而且测量环境温度参数参与数据处理，进一步提高探测器响应度和准确度；

2、运算放大器可调增益电路增强了设备的测量精度和抗干扰能力，扩展了设备的测量范围；

3、应用了本实用新型的红外测温设备可以配置成多种输出模式，适用于各种环境。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本实用新型的新型改良红外测温仪的控制电路的示意图。

图2显示了本实用新型的新型改良红外测温仪的处理流程图。

附图标记：

1测量模块；2通讯模块；3I2C电路；4光敏探测器；5调零模块；6采样电路；7处理器模块；8显示模块；9按键处理模块；10电源模块；11继电器；12激光器控制模块；13输出模块。

具体实施方式

参见图1，显示了本实用新型的新型改良红外测温仪的控制电路的结构示意图，该控制电路包含电源模块、采样模块、输出模块、显示控制模块和处理器模块。

所述电源模块10为系统提供电源，其将外部输入的正24V电源转换成为正负8V、正5V、正3.3V电源，所述电源模块10至少包含有A2412S、78M08、79L08、78L05和LM1117，所述A2412S用于将外部输入的正24V电源转换成正负12V，所述AS2412的输入连接至外部电源输入，其输出分别连接至78M08和79L08的输入，所述78M08用于将A2412S输出的正12V电压转换成正8V电源提供给AD采样中的放大器使用，所述79L08用于将A2412S输出的负12V电压转换成负8V电源提供给AD采样中的放大器使用。所述78L05的输入连接至A2412S的输出以将A2412S输出的正12V电源转换成正5V电源提供给AD420(输出模块)使用，所述LM1117的输入与78M08的输出相连以将78M08产生的正8V电源转换成正3.3V电源，该电源提供给数字器件使用。

所述采样模块至少包含有光敏探测器4、调零模块5、采样电路6和测量模块1；所述光敏探测器4将光信号转换为电信号，其输出连接至调零模块5的输入，该调零模块5由4个OP07的放大电路和2个4066模拟开关电路组成，其实现了对光敏探测器4生成的电信号的多级放大和对电路的调零，其中的第一个OP07的负输入直接连接至光敏探测器4的输出，从而将光电转换的电流信号转变为一个电压信号v1，所述测量模块1包含有芯片ADT7301以获取工作环境的温度，处理器模块根据所述工作环境的温度计算调零电压极性和大小，利用处理器模块输出一个调零电压v2，所述调零模块5的第二个OP07利用该调零电压v2实现了对电路的调零工作，其原理为处理器模块的调压电压v2输入到第二个OP07的负输入端，所述第二个OP07将此信号生成一个等大的反相信号v3，将该调零电压v2和反相信号v3输入到第一个4066模拟开关电路中，处理器模块通过控制这个模拟开关实现给电路输出一个可正可负的偏置信号v4，所述电压信号v1和偏置信号v4进入到由第三个OP07组成的加法电路中，实现了对电路的调零工作，并生成一个调零后电压v5，所述调零后电压v5进入到由第四个OP07和第二个4066组成的一个可变增益放大电路中放大生成一个放大信号v6，所述放大信号v6输送给采样电路6进行采样，所述采样电路是一个以ADS7825为核心的AD采样电路，所述ADS7825将放大信号v6转换成一个16位的数字量以提供给处理器模块计算被测物体的温度。

所述输出模块13是一个以AD420为核心的DA电路，处理利用采样模块计算出温度以后，使用所述输出模块13输出一个模拟量。处理器模块根据放大信号v6计算出的温度以一个16位数据的形式通过SPI输入到AD420中，AD420将此数字信号转换成一个模拟信号。模拟信号包括0-5v、4-20ma、0-20ma和0-24ma四种形式。

所述显示控制模块由显示模块8、按键处理模块9、继电器11、激光器控制模块12和I2C电路3组成。所述显示模块8由四位一体的数码管组成以显示温度数值；按键处理模块9包含多个按键以实现人工控制，继电器11的控制引脚与处理器模块的通用引脚直接相连以实现开关控制；激光器控制模块12的开关引脚与处理器模块直接相连以实现发射激光用于瞄准；I2C电路3包含24C02，所述24C02与处理器模块的I2C复用引脚直接相连以实现保存数据的功能。

其中，控制电路还可包含通讯模块2，该通讯模块2包含83485，所述通讯模块2与处理器模块的复用USART引脚直接相连以实现458通讯的功能。所述处理器模块7主要负责整个控制电路的处理，该处理器模块至少包含处理器芯片、复位电路和晶振电路，所述处理器芯片为STM32F103，所述处理器芯片与其他各模块相连以实现控制整个控制电路的目的。处理器芯片的复用SPI引脚与测量模块1相连以测量工作环境的温度，处理器芯片的通用引脚与按键处理模块9相连以实现人工控制设备的功能，处理器芯片的通用引脚与显示模块8相连以实现显示温度数字的功能；处理器芯片的复用SPI引脚与输出模块13相连以输出一个模拟量；处理器芯片的通用引脚与激光器控制模块12相连以实现控制激光器的功能；处理器芯片的通用引脚与继电器11相连以实现开关控制的功能；处理器芯片的DA输出引脚与调零模块5相连以实现调零控制；处理器芯片的通用引脚与采样电路6连接以实现读取AD采样值的功能。

在处理器芯片上电复位后，处理器芯片初始化外设和系统参数，自动调零，显示输出。初始化外设的主要工作是初始化外设的工作状态，包括输出模拟量的模式，继电器的开关，激光器的开关等。初始化系统参数主要是配置好系统在测温过程中的工作参数，利用I2C电路3储存系统参数，初始化时从I2C电路3中读取系统参数，然后配置系统参数。系统参数包括发射率，滤波系数，工作模式等等。自动调零是利用模块1测量工作环境的温度，根据该温度处理器判断出调零电压的极性和计算出调零电压的大小，并利用处理器内的DAC给采样电路提供一个偏置电压，从而减小温度对测量精度的影响，增强了设备抗干扰能力。测量与输出是利用光敏器件实现光电转换得到电压，并利用放大器进行多级放大，最后使用采样电路6将此电压转换成一个数字量，系统利用这个数字量计算出一个温度，通过软件滤波得到一个滤波温度，并通过输出模块13输出一个与滤波温度相对应的模拟量，然后使用显示模块8显示滤波温度。处理器程序流程图如下(参见图2)：

101：上电复位；

102：初始化CPU，初始化硬件外设及系统参数；

103：自动调零；

104：计算温度；

105：显示温度，输出模拟量。

本实用新型的红外测温设备通过自动调零，可变放大增益，增强了设备的测量精度和抗干扰能力，扩展了设备的测量范围；而且，本实用新型的红外测温设备可以配置成多种输出模式，适用于各种环境。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims

1.一种新型改良红外测温仪的控制电路，该控制电路包含电源模块、采样模块、输出模块、显示控制模块和处理器模块，其特征在于：

所述电源模块至少包含有A2412S、78M08、79L08、78L05和LM1117，所述AS2412的输入连接至外部电源输入，其输出分别连接至78M08和79L08的输入，所述78L05的输入连接至A2412S的输出以将A2412S输出的正12V电源转换成正5V电源，所述LM1117的输入与78M08的输出相连；

所述采样模块至少包含有光敏探测器、调零模块、采样电路和测量模块；所述光敏探测器的输出连接至调零模块的输入，该调零模块由4个OP07的放大电路和2个4066模拟开关电路组成以实现了对光敏探测器生成的电信号的多级放大和对电路的调零，所述测量模块包含有芯片ADT7301以获取工作环境的温度，所述调零模块的输出连接至采样电路的输入以进行采样，所述采样电路是一个以ADS7825为核心的AD采样电路。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述输出模块是一个以AD420为核心的DA电路。

3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：所述显示控制模块由显示模块、按键处理模块、继电器、激光器控制模块和I2C电路组成；所述显示模块由四位一体的数码管组成以显示温度数值；按键处理模块包含多个按键以实现人工控制，继电器的控制引脚与处理器模块的通用引脚直接相连以实现开关控制；激光器控制模块的开关引脚与处理器模块直接相连以实现发射激光用于瞄准；I2C电路包含24C02，所述24C02与处理器模块的I2C复用引脚直接相连以实现保存数据的功能。

4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于：控制电路还可包含通讯模块，该通讯模块包含83485，所述通讯模块与处理器模块的复用USART引脚直接相连以实现458通讯的功能。

5.如权利要求1-4中任一所述的控制电路，其特征在于：所述处理器模块至少包含处理器芯片、复位电路和晶振电路，所述处理器芯片为STM32F103，处理器芯片的复用SPI引脚与测量模块相连以测量工作环境的温度，处理器芯片的通用引脚与按键处理模块相连以实现人工控制设备的功能，处理器芯片的通用引脚与显示模块相连以实现显示温度数字的功能；处理器芯片的复用SPI引脚与输出模块相连以输出一个模拟量；处理器芯片的通用引脚与激光器控制模块相连以实现控制激光器的功能；处理器芯片的通用引脚与继电器相连以实现开关控制的功能；处理器芯片的DA输出引脚与调零模块相连以实现调零控制；处理器芯片的通用引脚与采样电路连接以实现读取AD采样值的功能。