一种基于SOC的高精度红外测温系统的设计

　　2．4 SOC级微处理器特性本系统所采用的是 SOC级 STC系列单片机，指令代码完全兼容传统 51单片机，工作频率可达48HZ，本设计中使用的微处理器为 6时钟周期，故其工作频率相当于普通 51单片机的96MHZ，为本系统提供了速度保证。另外，本设计选用的 STC89C58RD含有 32K的程序存储区，并在内部扩展了 32K的数据 FLASH存储器，从而使本设计能方便的扩展相关功能，如参数的记忆功能等。该微处理器还支持 IAP与ISP，不需专用的编程器，通过普通串口即可调试程序。抗干扰也是选用该单片机的理由之一，本设计主要应用于对工业设备进行温度监控，故抗干扰十分重要。

　　3．系统软件设计

　　红外线温度检测系统的软件设计主要有如下几个主要模块：初始化模块﹑I/O口查询模块﹑AD转化模块﹑数据处理模块﹑数据纠正模块﹑显示驱动模块等。另外还一个中断程序处理模块：0外部中断，主要用于参数设定。

　　软件设计流程如图 3所示。

　　整个程序采用 c51编写，初始化模块主要是初始化各路报警信号，将发射率等参数设定成默认的值并显示。主程序不断通过 I/O口查询模块扫描 AD转换模块送过来的 12位数字信号，本程序中采用的是 SPI总线的通信方式，串行的接口方式节约了大量 IO口。接受过来的数字信号通过数据处理模块处理之后按查表的方式得出温度值，把该温度值经过数据纠正模块纠正后送显示模块显示，并将数据传给上位机界面进行显示，从而完成了一路温度测量。在程序的运行过程中，随时可以对发射率，报警值等参数进行设定。当功能键按下的时候触发单片机的 0外部中断，在中断程序中对参数设定按键进行扫描，并将结果存储起来。每路测温结束后系统通过 RS485将温度值传送给上位机，在 VB界面上显示。

　　1 实验数据处理及发射率整定

　　2 实验数据的最小二乘法拟合

　　对于一个测量系统，其精度和准确度是非常重要的。虽然本设计选用 12位AD，给本设计的高精度奠定了基础，但是由于传感器，AD等电子器件自身不可避免的误差和外界的干扰，测量结果难免会有些偏差。因此和研究其他仪器仪表一样，在本设计中，也进行了大量实验，通过对实验数据的处理，进一步提高了准确度。采用的主要方法是曲线拟合的最小二乘法。现将其原理介绍如下：

　　在函数的最佳平方逼近中,函数 f(x)∈C[a,b]，如果 f(x)只在一组离散点集{xi，i=0,1,…,m}上给定，那么我们就需要对实验数据{（xi，yi），i=0,1,…,m}进行曲线拟合，其中，yi= f(xi)。若要求函数 y="S" （(*)x）与所给数据{（xi，yi），i=0,1,…,m}拟合，则误差δi= S *（x）-yi。设Φ 1（x），Φ2（x），…, Φn（x）是C[a,b]上线性无关函数族，在Φ =SPAN{Φ1（x），Φ2（x），…, Φ n（x）}中找一函数S （(*)x），使其误差平方和最小即可。因为实验数据量很大，故在实际运算中，可以借助MATLAB等数学工具，通过调用或者编写相关函数来完成曲线拟合，最后选择适当的结果输出。

　　4．2 发射率ε的整定

　　根据红外测温的原理，我们在检测时，应该首先明确被测物体的发射率。在较高的测温应用中，应实际测定被测对象的发射率ε，否则将造成严重的误差。而对于电力设备，其发射率一般在 0.85-0.95之间。测得的是被测对象的黑体辐射温度，在实际测量应用中，需要把黑体辐射温度 T P换算到真实温度T。换算公式为:T=T Pε-?

　　发射率确定方法如下：首先选定一个被测物体，确定被测物体的真实温度 T（例如温300K），当然也可以选择其它温度，温度值可以通过热电阻或者其它测温设备测出来。然后，将测温系统，对准被测物体，得到一个温度值 T P="T0",通过以上公式，得到ε的设定值；然后将ε值输入系统，再测试，通过微调ε值，直到 T 0= T时，所得到的ε值，就是该物体的实际发射率。同一种被测物体的实际发射率ε，基本上是一样的。如果被测物体的材料，形状有变化，将改变它的发射率，用同样的方法可以测出它的实际发射率。本设计中有发射率设定，调整部分，可以方便调整发射率的值，这样，使用同一个测温设备，通过调整发射率，满足各种材料的测温要求。

　　六.结束语

非接触红外测温仪采用红外技术可快速方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。只需瞄准，即可在显示屏上读出温度数据。红外测温仪重量轻、体积小，使用方便，并能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。另外，红外测温仪每秒可测若干个读数，而接触测温仪每次测量就需要数秒的时间。经实验对比，本测温仪和美国福禄克公司生产的红外测温仪的误差在一度以内，但本测