CN211602190U - 一种非接触测温装置 - Google Patents
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Abstract
一种非接触测温装置，包括电源单元（1）、传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）。优点是使用内部集成有低噪声放大器、高分辨率ADC和功能强大的DSP单元的专用单片红外测温芯片，极大的简化了模拟前端电路的设计，无需再增加额外的运算放大器及ADC模数转换器，单片机可直接读取数字信号的温度，整个监测单元的设计得到了极大的简化；不需要与物体直接接触，实时快速地测量物体的温度，精度高；有声光提示信号，并采用OLED显示，功耗低，响应速度快；通过使用无线模块，能将测量数据传输到上位机，以便对测量的温度数据进行显示、保存、统计、分析，并能进行参数配置。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度监测，特别是一种非接触测温装置，属于电子测量技术领域。
背景技术
温度监测在医疗、生物、电气及控制设备、制造各行各业都有着广泛的应用，同时温度也是人体正常的生理指标之一。传统的温度传感器，如RTD、热电偶、数字温度传感器，是利用热传导的原理，需将传感器与被测物体接触，方可实现测温功能。在接触的过程中不可避免的还会带来沾污、形变等诸多问题。而FIR热释电方式，由于其数学关系的非线性，多用于监测人体、生物通过的开关量，不能被直接应用于准确的温度测量。目前也有一些非接触的测温仪器，但功能比较单一，并且价格较贵。
实用新型内容
本实用新型的目的是通过使用内部集成有低噪声放大器、高分辨率ADC 和功能强大的DSP 单元的专用单片红外测温芯片，简化模拟前端电路的设计，结合单片机，提供一种易于制造和使用的非接触测温装置，能实时快速地测量物体的温度，并且精度高，有声光提示信号，可通过无线通信模块将测量数据传输到上位机，以便对测量的温度数据进行显示、保存、统计、分析。
本实用新型的目的是这样实现的：一种非接触测温装置，包括：电源单元（1）、传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）；其中：
电源单元（1）为相关的单元提供稳定的工作电压，与相关的单元构成电气连接；
传感器单元（2）使用红外线测温传感器，将被测点的温度转换为数字信号，与电源单元（1）和单片机单元（3）构成电气连接；
单片机单元（3）内含程序存储器、非易失性可擦写存储器、AD转换电路及控制程序的高性能单片机，在程序的控制下运行，与电源单元（1）、传感器单元（2）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）构成电气连接；
按钮单元（4）用于设置告警温度的数据，与单片机单元（3）构成电气连接；
编程接口单元（5）用于单片机的编程、调试、程序下载，与单片机单元（3）构成电气连接；
提示信号单元（6）用于发出声光提示信号，与单片机单元（3）构成电气连接；
数据显示单元（7）用于显示所测量的温度值及设置的告警温度的数据，与单片机单元（3）构成电气连接；
通信单元（8）采用无线通信模块，用于与外部通讯，以便远程监测所测量的温度或配置相关的告警数据，例如通过上位机对测量的温度数据进行显示、保存、统计、分析，与单片机单元（3）构成电气连接。
本实用新型是按照上述构思使用上述主要部件组合而成的，其原理是通过使用内部集成有低噪声放大器、高分辨率ADC 和功能强大的DSP 单元的专用单片红外测温芯片，简化模拟前端电路的设计，利用单片机实时快速地测量物体的温度，并且有声光提示信号，通过无线通信模块将测量数据传输到上位机，以便对测量的温度数据进行显示、保存、统计、分析。并且可对配置的参数进行查看或重新配置，用户配置的参数存贮在非易失性可擦写数据存储器中。单片机通过编程接口进行编程、调试、程序下载。
本实用新型的优点及效果：
(1)不需要与物体直接接触，实时快速地测量物体的温度，精度高。
(2)使用内部集成有低噪声放大器、高分辨率ADC 和功能强大的DSP 单元的专用单片红外测温芯片，可以极大的简化模拟前端电路的设计，无需再增加额外的运算放大器及ADC模数转换器，单片机可直接读取数字信号的温度，整个监测单元的设计得到了极大的简化。
(3)有声光提示信号，并采用OLED显示，功耗低，响应速度快。
(4)通过使用无线模块，能将测量数据传输到上位机，以便对测量的温度数据进行显示、保存、统计、分析，并能进行参数配置。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1 是本实用新型的电路原理方框图。
图2 是实施例的电源单元电路连接原理图。
图3是实施例的单片机单元、编程接口单元、提示信号单元的电路连接原理图。
图4 是实施例的传感器单元连接原理图。
图5 是实施例的数据显示单元电路连接原理图。
图6 是实施例的通信单元电路连接原理图。
图7 是实施例的按钮单元电路连接原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参看图1，一种非接触测温装置，包括：电源单元（1）、传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）。电源单元（1）为相关的单元提供稳定的工作电压，与相关的单元构成电气连接；传感器单元（2）使用红外线测温传感器，将被测点的温度转换为数字信号，与电源单元（1）和单片机单元（3）构成电气连接；单片机单元（3）内含程序存储器、非易失性可擦写存储器、AD转换电路及控制程序的高性能单片机，在程序的控制下运行，与电源单元（1）、传感器单元（2）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）构成电气连接；按钮单元（4）用于设置告警温度的数据，与单片机单元（3）构成电气连接；编程接口单元（5）用于单片机的编程、调试、程序下载，与单片机单元（3）构成电气连接；提示信号单元（6）用于发出声光提示信号，与单片机单元（3）构成电气连接；数据显示单元（7）用于显示所测量的温度值及设置的告警温度的数据，与单片机单元（3）构成电气连接；通信单元（8）采用无线通信模块，用于与外部通讯，以便远程监测所测量的温度或配置相关的告警数据，与单片机单元（3）构成电气连接。
在上述相关电路及单片机软件的调度下，构成了一种非接触测温装置。
请参看图2，插座CZ1是电源的输入接口，连接到5V直流电源，第1引脚连接到电源的正极，第2引脚连接到电源的负极（GND）。
集成稳压块U1、电容C1、C2组成稳压电路，与电路的其它部分构成电气连接，为相关部分提供工作电源。U1是3.3V稳压集成电路，型号为LD1117S33C。从CZ1取得直流电压，经U1稳压后输出3.3V的VDD电压，为单片机及相关电路供电。
请进一步参看图3，单片机单元由高速、高性能单片机U2构成，型号为C8051F310，其内部集成有振荡器、在系统可编程的FLASH存储器、JTAG调试电路、温度传感器、多达21路的模数转换电路（ADC）、四个通用16位定时器/计数器、硬件SMBus（I2C兼容）、UART串口、PCA模块等，它是本装置的核心控制器件。C3是单片机电源的滤波电容，R1、R2是I2C总线的上拉电阻。
单片机软件的控制方法是：单片机上电后首先进行初始化，设置串口、I2C接口及OLED显示接口；然后读取外部温度传感器单元的数据，与设置的告警提示温度数据进行比较，判断是否正常，若不正常则发出提示信息；并且单片机不断地检测是否有来自上位机的命令数据，若有，则执行相关的命令，给出所测量的温度或根据按钮状态配置相关的告警数据；此外，还根据按钮状态给数据显示单元输出显示的数据，各按钮均未按下时显示实时测量的温度数据。
编程接口单元由插座CZ2、电阻R3组成，与单片机构成电气连接。单片机通过此接口进行仿真、编程操作，如果通过独立的设备对单片机编程，则此接口可以省略。
提示信号单元由发光二极管D1、电阻R4～R6、三极管V1、电容C4、开关S1、蜂鸣器FM1组成，与单片机构成电气连接。当单片机检测到温度超出设定的范围时，通过提示信号单元发出声光提示信号，此时单片机第8引脚输出高电平，通过三极管V1驱动蜂鸣器FM1发声，作为声音提示信号，D1发光作为光提示信号。开关S1可以关闭或打开声音提示信号。
插座CZ3是连接到通信模块的接口，插座CZ4是连接到传感器单元的接口，插座CZ5是连接到OLED显示模块的接口。
请参看图4，传感器单元包括插头CT4、电容C5及数字红外传感器芯片U3，CT4在外部与图3中的插座CZ4对应的电气端子连接。传感器单元根据测量温度的范围选用相应的传感器，例如被测量物体温度范围为-70℃～380℃时，选用MLX90614数字红外传感器芯片；被测量物体温度范围为-40℃～115℃时，选用MLX90615数字红外传感器芯片，其中集成了模数转换／数字控制与输出，将复杂的校准修正算法融入其中，使得传统模拟电荷输出的热释电传感器，具备了数字读取的非接触测温功能，通过校准后的传感器，在测量范围内，可达到0.02摄氏度分辨率，特别是在测量人体温度的范围内保证了0.1摄氏度的精度，具备了精准的医疗测温能力。U3的VDD、VSS、SCL、SDA端分别连接到CT4的第1、4、2、3引脚。
请参看图5，数据显示单元包括插头CT5及OLED模块M1，CT5是间距为2.0mm的18针插头，各插针在电路板中与OLED模块M1的18个引脚对应连接，CT5在外部与图3中的插座CZ5对应的电气端子连接。M1的型号为HGS128647，能够做到快速响应，并能在很低的气温环境及较宽广的温度范围下正常工作，性能优于LCD。
请参看图6，通信单元包括插头CT3及无线通信模块M2，CT3在外部与图3中的插座CZ3对应的电气端子连接。M2的型号为HC-12，M2的VCC、GND、RXD、TXD端分别连接到CT3的第1、4、3、2引脚。通过通信单元，可以与计算机进行通信，在计算机中运行与之配套的软件，对本实用新型装置的温度数据进行显示、保存、统计、分析，并能进行参数配置。并且可对配置的参数进行查看或重新配置，用户配置的参数存贮在非易失性可擦写数据存储器中。当不需要计算机配置或处理数据时，可以不用通信模块。
请参看图7，按钮单元包括电阻R21～R25、电容C21～C25，电容C21与按钮S0并联，与电阻R21串联，接至电源VDD；电容C22与按钮S1并联，与电阻R22串联，接至电源VDD；电容C23与按钮S2并联，与电阻R23串联，接至电源VDD；电容C24与按钮S3并联，与电阻R24串联，接至电源VDD；电容C25与按钮S4并联，与电阻R25串联，接至电源VDD；电容C21用于产生单片机上电复位信号，电容C22～C25是抗干扰电容；标号RST与图3的插座CZ2的引脚3连接，标号SW1～SW4分别与图3单片机U2的引脚14～引脚11连接。通过按钮操作，可在OLED显示屏中显示测量温度、设置告警范围数据等所需的内容。
图2～图7中相同的网络标号或端口构成直接的电气连接。图2所示的电源单元中的+5V电源及VDD电源为图3～图7的电路提供稳定的工作电压，即电源单元（1）为传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）提供稳定的工作电压，与传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）单元构成电气连接。
Claims (6)
1.一种非接触测温装置，其特征在于，包括：电源单元（1）、传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）；其中：
电源单元（1）为传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）提供稳定的工作电压，与传感器单元（2）、单片机单元（3）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）单元构成电气连接；
传感器单元（2）使用红外线测温传感器，将被测点的温度转换为数字信号，与电源单元（1）和单片机单元（3）构成电气连接；
单片机单元（3）内含程序存储器、非易失性可擦写存储器、AD转换电路及控制程序的高性能单片机，在程序的控制下运行，与电源单元（1）、传感器单元（2）、按钮单元（4）、编程接口单元（5）、提示信号单元（6）、数据显示单元（7）、通信单元（8）构成电气连接；
按钮单元（4）用于设置告警温度的数据，与单片机单元（3）构成电气连接；
编程接口单元（5）用于单片机的编程、调试、程序下载，与单片机单元（3）构成电气连接；
提示信号单元（6）用于发出声光提示信号，与单片机单元（3）构成电气连接；
数据显示单元（7）用于显示所测量的温度值及设置的告警温度的数据，与单片机单元（3）构成电气连接；
通信单元（8）采用无线通信模块，用于与外部通讯，以便远程监测所测量的温度或配置相关的告警数据，例如通过上位机对测量的温度数据进行显示、保存、统计、分析，与单片机单元（3）构成电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种非接触测温装置，其特征在于，所述的传感器单元包括插头CT4、电容C5及数字红外传感器芯片U3，CT4与插座CZ4对应的电气端子连接，U3的VDD、VSS、SCL、SDA端分别连接到CT4的第1、4、2、3引脚。
3.根据权利要求1所述的一种非接触测温装置，其特征在于，所述的提示信号单元由发光二极管D1、电阻R4～R6、三极管V1、电容C4、开关S1、蜂鸣器FM1组成，与单片机构成电气连接；当单片机检测到温度超出设定的范围时，通过提示信号单元发出声光提示信号，此时单片机第8引脚输出高电平，通过三极管V1驱动蜂鸣器FM1发声，作为声音提示信号，D1发光作为光提示信号。
4.根据权利要求1所述的一种非接触测温装置，其特征在于，所述的通信单元包括插头CT3及无线通信模块M2，M2的型号为HC-12，M2的VCC、GND、RXD、TXD端分别连接到CT3的第1、4、3、2引脚。
5.根据权利要求1所述的一种非接触测温装置，其特征在于，所述的按钮单元包括电阻R21～R25、电容C21～C25，电容C21与按钮S0并联，与电阻R21串联，接至电源VDD；电容C22与按钮S1并联，与电阻R22串联，接至电源VDD；电容C23与按钮S2并联，与电阻R23串联，接至电源VDD；电容C24与按钮S3并联，与电阻R24串联，接至电源VDD；电容C25与按钮S4并联，与电阻R25串联，接至电源VDD；电容C21用于产生单片机上电复位信号，电容C22～C25是抗干扰电容；标号RST与插座CZ2的引脚3连接，标号SW1～SW4分别与单片机U2的引脚14～引脚11连接。
6.根据权利要求1所述的一种非接触测温装置，其特征在于，所述的数据显示单元包括插头CT5及OLED模块M1，M1的型号为HGS128647。
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