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基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量

作者:陕西保健网
来源:http://www.xapfxb.com/yuer
更新日期:2021-01-26 16:40

劲酒加红牛-克罗米芬 双胞胎

2021年1月26日发(作者:闵耀中)





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

................................. ...............
错误!未定义书签。

6.
参考文献

................................. ...............................
18

武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书


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:

1.
通过热电堆
TPS337A
来探测人体表面的温度;

2.

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℃;

3.
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
TPS 337A
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。


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
A D620
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
LM3 58
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

1
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书


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。


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

1 000
。此外,
AD620
采用
8
引脚
SOIC

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

36V
或±2.3V
~±
18V
。两路电压信号分别连接
A/D
转换芯片< br>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 。


2
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书



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

30V

双电源为 ±
1.5
~±
15V
,而且它的输出电压摆幅比较大,很适合于电池供电。< br>
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< br>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< br>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。


3
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书




4

TPS337A
热电堆管脚图





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。
L M358
芯片引脚图如图
6
所示。


4
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书




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

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< br>A0

A1

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
总线传输。
PCF8591
芯片管脚 图如图
7
所示。



7

PCF8591
芯片管脚图

I2C
总线系统中每一片
PC F8591
通过发送有效地址到该器件来激活。该地址包括固定
部分和可编程部分。可编程部分 必须根据引脚
A0

A1

A2
来设置。地址字节的最后一 位
是用于设置以后数据传输方向的读
/
写位。
PCF8591
的地址 设置如图
8
所示。


5
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书




8

PCF8591
地址设置

发送到
PCF8591
的第二个字节将被存储在控制寄存器,
用于控制器件功能。
其控制字< br>设置如图
9
所示。



9
控制字设置


3.1.4
74LS138
译码器与
74HC573
锁存器说明

对于
74LS138
译码器,当一个选通端(
E1
)为高电平,另两个选通端(< br>/E2
)

(
/E3

为低电平时,可将地址端(< br>A0

A1

A2
)的
二进制编码

Y0

Y7
对应的输出端以低电
平译出。
比如

A2A1A0=110
时,则
Y6
输出端输出低
电平信号

74LS138
译码器芯片引

6
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书


脚图如图
10
所示。



10

74LS138
芯片管脚图

74LS138
译码器真值表如表
1
所示。


1

74LS138
译码器真值表

输入

E1
H
H
H
H
H
H
H
H

对于
74HC573
锁存器,当使 能(
G
)为高时,
Q

输出将随数据(
D
)输入而 变。当使
能为低时,输出将锁存在已建立的数据电平上。
74HC573
锁存器芯片引 脚图如图
11
所示。

/E2
/E3
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
A2
L
L
L
L
H
H
H
H
A1
L
L
H
H
L
L
H
H
输出

A0
/Y0
/Y1
/Y2
/Y3
/Y4
/Y5
/Y6
/Y7
L
H
L
H
L
H
L
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L

7
武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书




11

74HC573
芯片管脚图

74HC573
锁存器真值表如表
2
所示。


2

74HC573
锁存器真值表

/OE
L
L
L
LE
H
H
L
D
H
L
X
Q
H
L
Q0
3.2
最终实现方案

3.2.1
实现方案电路图

热电堆输出 的电压信号经过
LM358
运算放大器放大后直接输出到
PCF8591
的输 入端,
通过单片机的程序代码把将电压模拟信号转换过来的数字信号获取通过
LED
数 码管输出。
在输出时,位选通过
74LS138
译码器将
2
位转换为
4
为二进制,段选通过
74HC573
锁存
器所存输出,其使能端可 通过单片机的一个输出口直接加以控制,决定是输入数据还是锁
存数据。

实现方案的电路图如图
12
所示。



8

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