无线红外温度传感器的设计

无线红外温度传感器的设计

王展

天地（常州）自动化股份有限公司   江苏 常州  213000

摘要：温度作为一个物理名词，是衡量物体冷热程度的重要指标，在工农业生产过程中起到非常重要的作用。掌握温度的变化情况，做好对温度的测量工作，能够有效提升产品的质量、增强生产效率、减少资源浪费，因此，在日常生活生产中都应当把握好温度这个重要数据。而温度传感器就是进行温度监测的重要设备，也因为温度这个变量在日常生活中被广泛的应用，导致温度传感器也成为数量最多的传感器种类之一，占比超过了五成。在诸多的温度传感器种类当中，无线红外温度传感器因其拥有小巧的体积、精细的测量水平、无需线路连接、利用红外技术等得到了广泛的认可。而本文主要介绍的就是无线红外温度传感器的设计情况，希望可以为大家在无线红外温度传感器设计上提供一些思路。

关键词：无线、红外、温度传感器、设计

引言

目前，温度传感器在生产生活当中的应用程度非常高，例如人们每天出行前关注的天气情况、在大自然当中寻找濒危动植物、因疫情成为常态工作的测温等等，这些都是温度传感器在日常的具体使用。而本文要介绍的无线红外温度传感器就是其中的一个重要类型，它作为非接触式的温度传感器，具有测量准确、不与被测物体直接接触、反应速度快、运行稳定等特点，同时随着科技的进步，如今更多的应用于智能生活体验、智能化电网、智能手机汽车等高技术领域。因此对于无线红外温度传感器的设计来说，应该更加小巧简单、便于制作安装，同时也要兼顾美观、实用等需求。

一、红外的概念以及红外温度传感器的原理

红外指的就是红外线，是通过电磁波的形式表现出来，而且对于数据传输的要求也非常的简单，可以实现无线传输。从被发现到现在，红外走过了漫长的岁月，已经被广泛使用到我们的生产生活当中，像很多电子设备，如鼠标、打印机等都是应用到了红外技术。红外在传输时是通过点对点的方式进行，距离相对较短，而且在中间也不能有阻隔，但是红外的发现为人类在数据传输方式上开阔的眼界。而在自然界中，只要物体的表面温度比绝对零度要高，那么这个物体就是不断的将红外辐射能量向四周传播，红外线虽是肉眼无法看见的光线，但也是客观存在的，而红外辐射其实就是热辐射的一种，红外温度传感器就是利用这一原理设计而来的。在进行设计红外温度传感器时，要重视以下两个指标

（一）性能指标

首先要明确的是温度测量的具体范围，设计红外温度传感器时温度测量的范围是一个非常重要的考量值，只有明确了量程后，才能设计出合适的温度传感器。除了确定好量程外，还需要考虑光学分辨率、波长范围、响应时间、信号处理功能等。

（二）工作条件

红外温度传感器的工作环境变化多端，而环境的不同对于温度传感器的测量结果有很大的影响，因此在设计温度传感器时，工作条件也是其主要需要考虑的指标之一。温度传感器在工作时，无论周围的温度高还是低、是否有粉尘存在等等，都会造成温度传感器的失灵甚至损坏，所以在进行设计时，要考虑好其具体应用的工作场景，研究可行性方案来保护温度传感器的稳定运行。

二、无线红外温度传感器的设计流程

（一）无线频段选择

根据传感器在使用中的确切需求和应用，把用电的多少，传输的远近和数据传播的快慢，所需的成本等综合考虑进去，此设计所选用的频率时433兆赫兹。在配电室中，由于空间封闭，会出现工作环境复杂的情况，而且在室内有很多的装备，这样数据在传输的过程中会走很多弯路。同样的传输路程，433兆赫兹的无线频衰减率是0.577dB/m,915兆赫兹的无线射频衰减率为0.676dB/m，可以发现无线设备运行在433兆赫兹的频率段是有效避免路线弯绕的路线的。同时应用的芯片也是本着低功率，节省成本的角度出发。

（二）硬件设计

在无线红外温度传感器的硬件组成中，主要含有以下几个部分，一是电源供电电路，二是数据采集电路，三是无线数据传输电路。电源供电方面主要就是确定好合理的供电电源电压；数据采集电路要确定好的是物理温度范围，利用现有的状态机测算控制物体的温度；而无线数据传输电路设计时要选择好主控芯片，利用芯片的读写功能对整个模块的通信参数进行设计，加强无线数据的收发能力。

（三）软件设计

软件设计工作关系到温度传感器的运行状态，一个完善的软件对于温度传感器来说至关重要，因此在进行温度传感器软件设计时，要主要考量温度信息的获取、分析能力、对于无线数据的接受发送能力等等。

1.数据采集与处理

在传输字节的过程中，需要跟随一个数据在总线上确认，通过主控制器来控制，以，每一个字节作为单位，进行数据的读取。在每次发送一个字节之后，等待反馈结果，判断对方是否收到，如果对方收到就可以继续发送下一个字节，如果对方没有做出应答，可以对之前的字重新发送，直到对方收到应答为止，再发送下一个字节，如果通过多次的重新发送，依然没有收到对方的回应，就可以结束此次发送。在接收数据的另一端，每次接收一个字节的数据，向发送方传达一个收到信号，接下来就可以接收下一个字节。

2.串行通信协议

串行通信协议主要应用于工业电子设备，是常见的连接方式之一，具有非常明显的优势，例如数据传输自由，没有版权限制，非常容易维护和方便应用，可以将不同的生产者的设备连接在一起组成一个网络，这样就有利于监控的集中使用。串行通信协议的实现分为两种：一个是TCP/IP上，另一个是串行链路上。

三、进行有效性测试

无线红外温度传感器在设计完成后，一定要进行有效性测试，主要的方法就是通过在排除433兆赫兹频段其他设备干扰的情况下，测试无线红外温度传感器的射频能力，只有达到在每一千个数据包发送的丢包率为零的时候，同时数据传输的有效直线距离达到120米，而且能够保证最少达到两层楼的穿透性能，才是一个合格的无线红外温度传感器。

无线红外温度传感器在精度方面的测试也同样重要，在有了比较完美的射频能力后，精度就是无线红外温度传感器比较看重的地方，这种精度测试使用的方法相对简单，通过在市场上选择不同品牌的温度传感器，在同一环境中，测试同一物品的温度，对得出的数据进行对比，如果温度值的误差范围在5摄氏度之内，就说明无线红外温度传感器在精度方面是达标的。

在进行无线红外温度传感器的有效性测试时，为了保证数据的准确性，一定要进行多次大量的实验，不断通过实验得到的数据进行横向纵向对比，找出其在某种特定的环境下功能失效的原因，并通过后续的设计不断完善。

四、结语

温度作为工农业生产的重要衡量指标，其作用非常深远，对于产品的质量、安全等很多方面都起到了决定性的作用，而作为衡量温度的重要设备，无线红外温度传感器在设计方面的复杂程度可以想象，其稳定性、性能指数等直接关系着数据的准确，因此在进行设计时，一定要在原材料质量方面下足功夫，不可选择落后濒临淘汰的材料以次充好。同时，我们也应该注意到，利用红外技术进行温度数据的传播，在当下这个时代多少有些落后，因此应该在未来的发展过程中，不断深入研究，找准方向，通过科学实验，技术革新等方式，来提升红外传输数据的及时准确性，加强红外的传输能力，打破数据传输的局限性，争取设计出更加优质的无线红外温度传感器，以此来帮助工农业的生产，促进生活水平的提高，带动经济的全面发展。

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