CN203732175U - 一种超声波测温仪 - Google Patents
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Abstract
一种超声波测温仪，包括超声波发射模块、超声波接收模块、数据处理模块、温度显示模块、4.5V稳压电源和超声波反射面。通过系统中断服务程序测出的超声波传输时间计算推导出区域的温度，利用声速和空气温度的关系来测量区域内的平均气温，测量半径相对较大，同时综合考虑声速与空气湿度的关系，并对声速—温度的关系进行修正，测量分辨率可提高到0.01℃，本实用新型应用市场广阔，尤其在气象（流动气体观测）、密闭装置温度测量领域能发挥一定的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及了一种温度测量装置，尤其涉及了一种超声波测温仪。
背景技术
目前，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。接触式温度测量法的工作方式是测温器件直接与被测对象相接触，待两者之间进行充分的热量交换之后，最后达到热平衡，这时测温器件的温度值就代表了被测对象的温度值，但是温度测量器件有可能会对待测温度场的热量分布产生影响，同时也同样会带来接触不良、测量不准确等影响，另外如果待测区域温度太高或是存在腐蚀性的物质，这种情况会对测温元器件的使用性能和使用周期产生不利影响。而非接触式温度测量法的主要的工作原理是测温元器件与待测对象不接触，两者通过热辐射进行热量交换，故在一定程度上可以避免接触测温法的不足，并且这种方法具有较高的测温上限。另外，非接触式测温法热惯性可达到微秒级，这种特质使得这种方法能够测量快速移动、温度变化迅速的物体，测量的范围也随之扩大，但是由于一些空气粉尘、悬浮颗粒等其他一些介质的影响，非接触式测温法具有较大的测量误差。
市场上大多的电子温度计产品是建立在DS18B20芯片上的，该芯片的测量分辨率达到了0.5℃，但是该芯片的测量半径有限，只能测量芯片附近的温度，已经不能满足科技人员对高灵敏度温度仪的需要。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的就在于提供了一种超声波测温仪，通过系统中断服务程序测出的超声波传输时间计算推导出区域的温度，利用声速和空气温度的关系来测量区域内的平均气温，测量半径相对较大，同时综合考虑声速与空气湿度的关系，并对声速—温度的关系进行修正。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种超声波测温仪，其特征在于：所述的超声波测温仪包括超声波发射模块、超声波接收模块、数据处理模块、温度显示模块、4.5v稳压电源和超声波反射面，所述的超声波发射模块和接收模块分别用于发送和接收超声波信号；所述的超声波反射面用于反射超声波信号；所述的数据处理模块直接与超声波发送模块和接收模块相连，用于实时处理接收到的超声波信息；所述的温度显示模块连接在数据处理模块一端，用于将处理后得到的温度信息显示出来；所述的4.5v的稳压电源用于给超声波发射模块、超声波接收模块、数据处理模块和温度显示模块12供电。
所述的超声波发射模块和接收模块分别包括超声波发射器和超声波接收器；所述的温度显示模块包括显示器。
所述的数据处理模块包括放大电路、锁相环检波电路、定时器、单片机控制模块，该单片机控制模块分别与锁相环检波电路、定时器、显示器连接；所述的锁相环检波电路通过放大电路与超声波接收器连接；所述的单片机控制模块通过放大电路与超声波发射器连接。
所述的数据处理模块的处理器采用的是STC89C52单片机控制系统。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1. 处理器采用STC89C52，该处理器晶振频率为12MHz，该晶振的精度较高，能够获得比较稳定时钟频率，以此达到减小测量误差的目的，STC89C52系列的微控制器具有低功耗、高性能的特点；
2. 通过对相关数据进行精密处理，考虑声速与空气湿度的关系，并对声速—温度的关系进行修正，测量分辨率可提高到0.01℃；
3. 考虑在超声波发射、接收模块上嵌入该温度传感器，用来监测该模块附近的温度，以便于实时与超声波测温仪器测试结果的精确度进行比较；
4. 采用反射波方式，即将超声波发射、接收模块集成在同一端，分两个端口，一个发射，经反射后被一个接收，选用这种方式避免超声波从发射器直接传送到接收器引起直射波触发，简化硬件系统、降低实验成本、操作简便，并且可以大大简化实验环境。
附图说明
图1是系统总体结构框图；
图2是超声波测温仪硬件框图；
附图标记说明：超声波接收器1、超声波发射器2、放大电路3、放大电路4、锁相环检波电路5、定时器6、单片机控制模块7、显示器8、超声波发射模块9、超声波接收模块10、数据处理模块11、温度显示模块12、4.5V稳压电源13、超声波反射面14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步说明。
图1所示，一种超声波测温仪，包括超声波发射模块9、超声波接收模块10、数据处理模块11、温度显示模块12、4.5v稳压电源13和超声波反射面14，所述的超声波发射模块9和超声波接收模块10分别用于发送和接收超声波信号；所述的超声波反射面14用于反射超声波信号；所述的数据处理模块11直接与超声波发射模块9和超声波接收模块10相连，用于实时处理接收到的超声波信息；所述的温度显示模块12连接在数据处理模块11一端，用于将处理后得到的温度信息显示出来；所述的4.5v稳压电源13用于给超声波发射模块9、超声波接收模块10、数据处理模块11和温度显示模块12供电。
图2所示，所述的超声波发射模块9和超声波接收模块10分别包括超声波发射器2和超声波接收器1；所述的温度显示模块12包括显示器8；所述的数据处理模块11包括放大电路3、放大电路4、锁相环检波电路5、定时器6、单片机控制模块7，该单片机控制模块7分别与锁相环检波电路5、定时器6、显示器8连接；所述的锁相环检波电路5通过放大电路3与超声波接收器1连接；所述的单片机控制模块7通过放大电路4与超声波发射器2连接。
所述的数据处理模块7的处理器采用的是STC89C52单片机控制系统，所述的显示器8采用的是微型化液晶数字显示器。
实施例：嵌入STC89C52单片机控制系统和微型化液晶数字显示器，再利用MATLAB对相关数据进行精密处理，得到拟合公式，再将其嵌入到硬件平台上。整个系统设计采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成，并在此基础上设计系统的总体方案，如图一,即打开4.5V稳压电源13开关，装置开始工作，超声波发送模块9发出40kHz的信号，经过超声波反射面14的反射，信号由超声波接收模块10的捕获，此时数据处理模块11把接收到的定位信息和超声波信息进行处理，系统进行计算，最后把得到的温度数据通过温度显示模块12显示出来，从而完成测度的测量。具体实施到硬件电路时，如图二,单片机控制模块7发出40kHz的方波信号，经放大电路4放大后通过超声波发射器2输出，产生超声波；超声波反射后由超声波接收器1接收，再将信号由放大电路3放大，通过锁相环检波电路5处理后，单片机启动系统终端外部服务程序，测得超声波在待测区域内传播的时间为t，由系统软件进行处理计算出区域平均温度并送至LCD1602显示器8上面。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种超声波测温仪，其特征在于：所述的超声波测温仪包括超声波发射模块（9）、超声波接收模块（10）、数据处理模块（11）、温度显示模块（12）、4.5v稳压电源（13）和超声波反射面（14），所述的超声波发射模块（9）和超声波接收模块（10）分别用于发送和接收超声波信号；所述的超声波反射面（14）用于反射超声波信号；所述的数据处理模块（11）直接与超声波发射模块（9）和超声波接收模块（10）相连，用于实时处理接收到的超声波信息；所述的温度显示模块（12）连接在数据处理模块（11）一端，用于将处理后得到的温度信息显示出来；所述的4.5v稳压电源（13）用于给超声波发射模块（9）、超声波接收模块（10）、数据处理模块（11）和温度显示模块（12）供电；所述的数据处理模块（7）的处理器采用的是STC89C52单片机控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种超声波测温仪，其特征在于：所述的超声波发射模块（9）和超声波接收模块（10）分别包括超声波发射器（2）和超声波接收器（1）；所述的温度显示模块（12）包括显示器（8）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种超声波测温仪，其特征在于：所述的数据处理模块（11）包括放大电路（3）、放大电路（4）、锁相环检波电路（5）、定时器（6）、单片机控制模块（7），该单片机控制模块（7）分别与锁相环检波电路（5）、定时器（6）、显示器（8）连接；所述的锁相环检波电路（5）通过放大电路（3）与超声波接收器（1）连接；所述的单片机控制模块（7）通过放大电路（4）与超声波发射器（2）连接。
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