基于单片机的红外测温仪加热改装设计乔治

基于单片机的红外测温仪加热改装设计乔治

乔治

（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司伊敏换流站021130）

摘要:红外测温仪由于其温度采集值精度高，出现问题时反应快的特点，在变电站中得到了广泛的应用。对于海拉尔极冷地区，红外测温仪可能会出现自动关机的现象，设备温度无法及时得到反馈，极大地威胁着变电站的安全运行。本设计基于STC89C51单片机，结合红外温度传感器实现温度实时监测，并对传统红外测温仪进行加热改装，保证在冬季极寒天气下红外测温设备能够正常工作，同时新增高温报警功能，对保障变电站的正常运行有着重要的意义。

关键词:红外测温仪；单片机；温湿度传感器；数码管；蜂鸣器

0引言

伴随着红外技术不断成熟与日近完善，极大地推动了电气设备故障红外诊断技术的普及于应用，针对海拉尔冬季温度过低问题，本设计是以红外测温仪的改装与控制为目的，对换流站内所用巡查红外测温仪进行改装升级，增加了加装升温功能。

电子设计需综合考虑性能、功耗与经济成本的结合[1-3]，基于以上原则，本设计选用的控制器为STC89C51单片机，环境温度检测传感器采用DS18B20传感器，对红外测温仪所处的环境温度检测，并选用直流加热器作为系统的温度调控设备。若测温仪所处的环境温度低于所设定的最低值，则控制加热器进行加热，保证在冬季极寒天气下红外测温设备能够正常工作，当测试设备温度高于最高报警值，指示灯点亮，蜂鸣器进行报警，提醒巡查员温度出现异常。本设计稳定、可靠，能够在极寒天气下保证红外测温仪的正常工作，对保证变电站的安全稳定运行具有极其重要的意义。

1设计需求分析

改进红外测温仪控制系统，要求系统要能够准确返回当前红外测温仪所处的环境的实时温度，与此同时，为了增加使用体验，环境温度需要实时检测，数据能够进行实时更新与显示；要求能对测温仪温度有一定的调控功能，使得系统

具备有设置调节温度的能力。具体的功能技术要求如下：

（1）能够准确采集到当前红外测温仪所处的环境温度并实时更新显示；

（2）能够通过按键输入，设置温度报警的上下限值；

（3）能够对温度数据进行分析，具有一定的调节能力；

（4）在红外测温仪所处的环境温度高于仪器正常工作温度时，系统不报警，加热器不工作；当周围环境温度比红外测温仪的最低工作温度高不超过10摄氏度时，加热器进行一级微加热，微调温度维持一个动态平衡过程；当红外测温仪的环境温度低于最低值时，低温指示警示灯点亮，直流加热器进行二级加热最大功率的进行温度升温；

（5）当温度低于下限值或者高于上限值时不仅能够进行LED灯提示，能够进行蜂鸣器报警；

2系统硬件组成

本设计在原有红外测温仪的基础上进行深层次改造，改造后的环境输入量为DS12B80检测到的环境温度，即为红外测温仪设备所处的环境温度，利用温度传感器直接进行当前红外侧温仪所处的环境温度的实时检测，把检测到的温度数据传送给单片机，并在数码管上实时更新显示，同时，控制器根据返回的温度进行一系列的调控，在必要条件下控制直流加热器进行加热升温，保证红外测温仪在冬季极寒的极端工作情况下能够正常工作。

本系统主要由温度采集、声光报警、温度调控、按键设置、数码管显示以及主控制器等部分构成。

图1系统设计结构图

（1）单片机控制模块：本设计选用的微控制器是STC89C51单片机，51系列单片机资源丰富、功耗低，为以后的功能扩展提供了空间[4-6]，经过多年的使用和发展，已经得到了广泛的应用，其程序设计简单，工作高效、稳定，功耗低，并且易于维护，在自动控制各域得到了广泛的应用[7-10]。

（2）温度采集模块：该模块主要由DS18B20温度传感器及其附属电路组成，该传感器是一个数字电信号传感器，测量范围在-55~+125度之间，具有测量范围广、精度高、采集稳定等优点，在温度监测领域得到了广泛的应用[11,12]。

（3）声光报警模块：该部分主要由LED、蜂鸣器及其附属电路组成，LED灯具有很好的提示作用，通过观察不同灯的亮灭就可以知道系统当前工作状态；蜂鸣器能够在系统出现紧急状态时发声报警，能更好地提醒工作人员及时处理。

（4）温度调控模块：采用微型直流加热器进行升温，系统根据采集到的温度信息，会对温度进行微调与大功率加热升温等不同的操作方式。

（5）按键输入模块：、在系统中配置的三个与温度调节有关系的按键，第一个按键是进行仪器最大承受温度值与仪器最小承受温度值的选择，在进行温度控制过程时第一步就是按下它，、得到相应的命令信息判断是此时选择的是上限值还是下限值设置，然后进行第二个和第三个按键的点击，这里就分别代表了增加数值与减小数值。

（6）数码管显示模块：温度数据的实时显示部分主要由数码管构成，数码管电路简单，易于控制，工作稳定，适合作为显示模块，适合作文工业环境下的数据显示。

3系统软件设计

在本系统设计中，对微控制器编程选用C语言，采用C语言编程，这种语言的优点是灵活易使用，操作性强，程序表达简洁，执行效率高；并采用Keiluvision4软件作为开发工具，其窗口表达十分清晰，同时，软件所带的编译器与调制工具十分方便易用并且与设计中所选用的STC89C51单片机可以很完美的结合[13,14]，为本设计中软件的编写与调试带来了非常大的方便。

在整个的程序设计中，主要分为四部分，第一部分为总体设计，贯穿始终；第二部分为温度报警程序设计，主要依据温度传感器的采集原理实现环境温度检测；第三部分按键输入部分，主要是根据单片机来进行代码编写进行检测用户输入；第四部分温度调控流程设计，主要是根据单片机对当前温度进行判断然后得出具体的执行功能，下面将逐个进行介绍。

图2系统软件运行流程图

2.1系统初始化

系统上电启动后，需进行初始化功能，该功能由程序代码设计来完成，如系统时钟的校准、各个功能引脚的电平输入、输出设置、对按键模式的响应和对状态提示灯的电流驱动等，都需要在系统初始化这个阶段完成。系统初始化完成后，温度传感器便会实时采集红外测温仪所处的环境的温度，并传送给单片机进行处理，控制器在会根据后续温度报警、按键输入以及温度调控程序进行相应的功能调节，在这个过程中，数码管会对温度进行实时的数据显示。

2.2高低温报警

系统采集到红外测温仪的环境温度后，需要对采集到的温度数据进行实时判断与处理，当红外测温仪所处的环境温度低于系统所设定的最低温度时，指示低温报警的工作灯亮；当红外测温仪所处的环境温度高于系统设定的最高值时，系统便启动高温报警程序，蜂鸣器响，指示高温报警的LED灯亮，从而及时的提醒变电站的值班人员，防止红外测温仪因温度工况不佳出现设备问题。

2.3按键输入以及软件消抖

按键开关是各种电子设备不可或缺的人机接口，在本设计中，按键作为人机交互的重要模块，系统需要更具用户的按键输入，判断出用户指令，并调节系统做出实际的更改。在实际应用中，很大一部分的按键是机械按键，在机械按键的触点闭合和断开时，都会产生抖动，为了保证系统能正确识别按键的开关，就必须对按键的抖动进行处理。本系统软件延时消抖[15]，即当电平变化时，延时1~5ms再进行按键状态检测，从而达到抖动。

2.4低温多级调控

在本系统中，需要实现对环境温度的宏观控制，这一部分的功能电路是由直流加热器升温。根据采集到的温度信息，首先单片机会判断由传感器发送来的数据信息是否在设置的允许范围内，如果在就执行相应的微调措施，动态调节温度；如果红外测温仪温度比设置的温度值低，此时已经处于极低的温度值，此时会启动直流加热器大功率加热；当红外测温仪的温度高于所设定的最高值时，此时加热器停止工作。

3结论

本设计提出了一种基于单片机的红外测温仪加热改装的设计与实现，系统启动后，单片机将传感器传送来的温度数据进行实时处理与显示，在红外测温仪所处的环境温度高于仪器正常工作温度时，系统不报警，加热器不工作；当周围环境温度比红外测温仪的最低工作温度高不超过10摄氏度时，加热器进行一级微加热，微调温度维持一个动态平衡过程；当红外测温仪的环境温度低于最低值时，低温指示警示灯点亮，直流加热器进行二级加热最大功率的进行温度升温，从而保证了红外测温仪在极寒工作情况下能够正常工作。本设计具有以下特点：

（1）能够实时监测红外测温仪所处的环境温度，并实时显示；

（2）能够根据测量到的环境温度值，对红外测温仪选择性的进行多级加热，从而保证极寒情况下红外测温仪能够正常工作。

（3）具有按键输入功能，能够根据变电站所在地的实际情况手动输入温度阈值，具有很好的人机使用体验；

整个系统具有很现实的市场需要以及实际使用价值，该系统功能齐全、工作稳定、运行高效的诸多优点。本款该热改装后的新型红外测温仪，将改善员工使用红外测温仪的体验，能够在极寒天气下保证红外测温仪的正常工作，对保障变电站系统以及设备的安全、稳定对有着重要的实际意义。

参考文献：

[1]黄根春,陈小桥,张望先,电子设计教程[M].北京:电子工业出版社，2007.

[2]李朝青.单品机原理与接口技术[M],北京:北京航空航天大学出版社,1994.

[3]王化祥,张淑英,传感器原理及应用(第2版)[M].天津：天津大学出版社,2002.

[4]阿里，严隽永.8051微控制器和嵌入式系统[M].北京：机械工业出版社，2007.

[5]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计-系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[6]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[7]龙松.基于单片机温度检测系统的设计[J].南方农机，2017，(11)：103.

[8]周鹏.基于STC89C52单片机的温度检测系统设计[J].现代电子技术，2012，(22)：10-13.

[9]王琰,郭燕.基于C51单片机的智能循迹小车设计与实现[J].机电一体化，2013，(08):72-76.

[10]张德娟,邵平凡.基于51单片机的无线信号编解码技术研究[J].微型机与应用，2011，(05)：92-94.

[11]周秀明,曹隽,张春龙.基于DS18B20的单片机温度检测与调节系统设计[J].实验室科学.2011，(01)79-81.

[12]张军.智能温度传感器DS18B20及其应用[J].仪表技术，2010，(4)：68-70.

[13]马忠梅,单片机的C语言应用程序设计(第三版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[14]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京.电子工业出版社，2009.

[15]印健健.基于C语言的抗干扰消抖按键程序设计[J].数字技术与应用，2015，(08)：185.

作者简介：

乔治(1994.1-)，男（汉族），内蒙古兴安盟，职称：助理工程师；研究方向：换流阀及继电保护工作,单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司伊敏换流站。