《光电技术》课程设计-基于热电堆红外探测器的非接触人体表面温度的测量

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1、武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书目录1.技术指标12.设计方案及其比较12.1方案一12.2方案二22.3方案三22.4方案比较33.实现方案33.1器件说明33.1.1TPS337A热电堆说明33.1.2LM358运算放大器说明43.1.3PCF8591A/D转换器说明53.1.474LS138译码器与74HC573锁存器说明63.2最终实现方案83.2.1实现方案电路图83.2.2方案设计原理及思路94.调试过程及结论164.1电路实物的连接164.2调试结果展示174.3调试结论185.心得体会186.参考文献19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

2、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.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℃；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。

3、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LM35818武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书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

4、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1.3mA)，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。18武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书图3方案三电路图运算放大器LM358内

5、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。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

6、/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3.1.1TPS337A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。18武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书图4TPS337A热电堆管脚图图5热电堆电压-温度曲线3.1.2LM358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

7、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。18武汉理工大学《光电技术》课程设计说明书图6LM358芯片引脚图3.1.3PCF8591A/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