一种红外测温系统

技术领域

本申请涉及测温技术领域，特别涉及一种红外测温系统。

背景技术

在疫情防控过程中，体温检测是其中最简单、直接且关键的环节。市场上的测温装置大多为基于红外测温原理的红外测温装置。红外测温原理是：当物体的温度高于绝对零度时，物体会不断向周围辐射红外能量，物体辐射的红外能量的大小及其波长的分布与物体表面温度密切相关，因此通过测量物体辐射的红外能量便能够准确测定物体的表面温度。通过红外测温装置探测人体辐射的红外能量，并经过一系列的信号处理后，可以得到人体的温度值。

虽然红外测温便捷高效，但是红外测温容易受到诸如环境温度、光照条件、测量距离等多种环境因素的影响，进而导致红外测温得到的温度与人体实际温度存在较大偏差，失去体温检测的参考价值。并且，现有的测温门等一体化门式架构的测温装置成本昂贵，不易安装。

有鉴于此，提供一种高精度、低成本、易于安装的红外测温方案已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种红外测温系统，能够实现高精度测温，且成本低、易于安装。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种红外测温系统，包括：

红外测温传感器、测距传感器、环境温度传感器、环境光传感器以及处理器；

所述红外测温传感器，用于测量被测目标的温度；

所述测距传感器，用于测量所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离；

所述环境温度传感器，用于测量环境温度；

所述环境光传感器，用于测量光照强度；

所述处理器，用于根据所述红外测温传感器测量得到的温度数据，计算得到所述被测目标的温度，并根据测量的到所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离数据、环境温度数据以及光照强度数据，对计算得到的所述被测目标的温度进行补偿，得到测温结果。

可选的，所述处理器具体用于根据测量得到的所述光照强度所在的光照区间确定相应的补偿公式，根据所述补偿公式以及测量得到的所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离数据、环境温度数据，对计算得到的所述被测目标的温度进行补偿，得到所测温结果。

可选的，所述处理器包括：

第一处理器与第二处理器；

所述第二处理器，用于读取所述环境温度传感器测量得到的环境温度数据以及所述环境光传感器测量得到的光照强度数据，并将所述环境温度数据与所述光照强度数据发送给所述第一处理器；

所述第一处理器，用于读取所述红外测温传感器测量得到的被测目标的温度数据，以及所述测距传感器测量得到的所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离数据，根据所述红外测温传感器测量得到的温度数据，计算得到所述被测目标的温度，并根据测量的到所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离数据、环境温度数据以及光照强度数据，对计算得到的所述被测目标的温度进行补偿，得到测温结果。

可选的，所述红外测温传感器、所述测距传感器以及所述第一处理器集成为第一功能模块，所述环境光传感器、所述环境温度传感器以及所述第二处理器集成为第二功能模块。

可选的，所述第一功能模块与所述第二功能模块通过无线的方式进行数据通信。

可选的，还包括：

第一支撑部件与第二支撑部件；

所述第一支撑部件，用于支撑所述第一功能模块；

所述第二支撑部件，用于支撑所述第二功能模块。

可选的，所述测距传感器为激光测距传感器。

可选的，所述红外测温传感器为集成有芯片环境温度传感器的多点非接触环境温度传感器。

可选的，所述处理器还用于根据所述测温结果建立红外热图像。

可选的，所述处理器还用于根据测温结果统计进出人数。

本申请所提供的红外测温系统，包括：红外测温传感器、测距传感器、环境温度传感器、环境光传感器以及处理器；所述红外测温传感器，用于测量被测目标的温度；所述测距传感器，用于测量所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离；所述环境温度传感器，用于测量环境温度；所述环境光传感器，用于测量光照强度；所述处理器，用于根据所述红外测温传感器测量得到的温度数据，计算得到所述被测目标的温度，并根据测量的到所述红外测温传感器与所述被测目标之间的距离数据、环境温度数据以及光照强度数据，对计算得到的所述被测目标的温度进行补偿，得到测温结果。

可见，本申请所提供的红外测温系统，在利用红外测温传感器测量得到被测目标的温度的同时，还利用测距传感器、环境温度传感器以及环境光传感器分别测量得到红外测温传感器与所述被测目标之间的距离、环境温度以及光照强度，进而由处理器根据红外测温传感器测量得到的温度数据计算得到被测目标温度，并进一步根据测量得到的红外测温传感器与被测目标之间的距离、环境温度以及光照强度，对计算得到的被测目标的温度进行补偿，从而获得精准的测温结果。另外，本申请所提供的红外测温系统的成本较低且更易于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种红外测温系统的示意图；

图2为本申请实施例所提供的另一种红外测温系统的示意图；

图3为本申请实施例所提供的红外测温系统的应用场景示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种红外测温系统，能够实现高精度测温，且成本低、易于安装。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种红外测温系统的示意图，参考图1所示，红外测温系统主要包括：

红外测温传感器10、测距传感器20、环境温度传感器30、环境光传感器40以及处理器50。

红外测温传感器10，用于测量被测目标的温度。

在一种具体的实施方式中，红外测温传感器10为集成有芯片环境温度传感器的多点非接触温度传感器。

具体而言，红外测温传感器10具体可选用MLX90621BAB红外测温传感器。MLX90621BAB红外测温传感器是多点非接触式温度测量的16x4像素阵列传感器，相较于单点非接触式温度测量，测量误差更小，测量结果更加准确。并且MLX90621BAB红外测温传感器不仅可以测量被测目标的温度，其器件内部还集成了测量芯片环境温度的传感器，测量得到的芯片环境温度可以对测量得到的被测目标的温度进行补偿计算。

针对MLX90621BAB红外测温传感器的操作流程包括：系统上电；系统上电后，系统等待预设时长(例如5ms)来使MLX90621BAB红外测温传感器完成上电。MLX90621BAB红外测温传感器完成上电后，MLX90621BAB红外测温传感器进行初始化设置。MLX90621BAB红外测温传感器在完成初始化设置后，进行被测目标温度测量和芯片环境温度测量，并将测量结果存储在器件的随机存取存储器中。对地址为0X92的寄存器的第10bit位进行判断，如果该位的数值为1，则读取芯片环境温度和被测目标的温度的数据，如果该位为0，则重新对MLX90621BAB红外测温传感器进行初始化。计算芯片环境温度和被测目标的温度。

其中，MLX90621BAB红外测温传感器的初始化流程如下：读取MLX90621BAB红外测温传感器的EEPROM，该EEPROM存储MLX90621BAB红外测温传感器的初始配置数据和各阶段补偿计算时的补偿因子数据。存储从EEPROM中读取的数据。由于EEPOM中一共包含256个字节的数据，如果每次读取EEPROM将会占用一定的时间，因此在读取EEPROM后将读取的数据存储在处理器50的内存中，后续可以在使用EEPROM的数据时直接从内存中读取。配置MLX90621BAB红外测温传感器的振荡器微调值，具体通过将数据写进地址为0X93的寄存器中实现振荡器微调值的配置，其中振荡器微调值从EEPROM的地址为0XF7的内存中读取。配置MLX90621BAB红外测温传感器，具体通过将要配置的数据写进地址为0X92的寄存器中实现。所要配置的内容包括传感器内部数据的刷新率(范围为0.5HZ～512HZ)以及传感器数据的分辨率(范围为15位到18位)。配置完成后将地址为0X92的寄存器的第10bit位设置为1。

MLX90621BAB红外测温传感器的温度计算流程如下：

计算MLX90621BAB红外测温传感器的芯片温度，该温度值用T

上式中，PTAT_data是测量得到的芯片环境温度数据，存储在MLX90621BAB红外测温传感器的RAM的地址为0X40中。K

式中，K

对MLX90621BAB红外测温传感器测量得到的温度数据进行偏移补偿，具体是对采集的64个温度数据分别进行偏移补偿，计算公式如下：

V

式中，T

式中，A

B

式中，B

对温度数据进行热梯度补偿，计算公式如下：

V

式中，V

式中，TCG

V

式中，V

式中，A

对温度数据进行发射率补偿，得到补偿的最终数据计算公式如下：

式中，ε的计算公式如下：

式中，ε

计算每个红外数据的灵敏度补偿系数α

α

式中，ksTa的计算公式如下：

式中，ksTa

α

式中，α

α

式中α

计算T

计算测量的被测目标的温度T

由于器件选用的是MLX90621BAB系列，对于BAB类型的器件而言K

将之前计算得到的V

测距传感器20，用于测量红外测温传感器10与被测目标之间的距离。

在一种具体的实施方式中，测距传感器20为激光测距传感器。

具体而言，激光测距传感器20可具体选择ATK-VL53L0X激光测距传感器。针对激光测距传感器的操作流程包括：设置激光测距传感器精度模式，具体通过调用VL53L0X_SetDeviceMode()函数来设置精度模式。执行一次测量，具体通过调用vl53l0x_start_single_test()函数来启动距离测量。获取测量结果，具体通过调用VL53L0X_PerformSingleRangingMeasurement()函数来获得启动测量后测得的距离数据。

激光测距传感器测量到的距离d的计算公式如下：

其中，t是光子飞行的来回时间，c是光速。

环境温度传感器30用于测量环境温度。环境温度传感器30具体可选用SHT30环境温度传感器。针对SHT30环境温度传感器的操作流程包括：设置转换模式为OneShot模式。设置转换模式为单次快速模式，发送的命令为0X2C06。具体通过将不同的命令写进SHT30即可完成上述两个操作。等待时钟线拉低，在OneShot模式下当温湿度转换结束后SHT30会将I2C总线中的SCL拉低，因此处理器50需要等待时钟拉低。读取数据，一次转换的数据包含6个字节的数据。对读取的数据进行CRC8校验，分别对温度湿度的数据进行CRC8校验计算，如果计算的温度数据的CRC8结果和读取的CRC8结果相等，则表示读取到的数据没有错误，可以将读取到的温湿度数据转变成测量的温度和湿度；如果不相等，则说明读取的数据有误，需要重新测量读取。

SHT30测量的环境温度T与湿度RH计算公式如下

式中，S

环境光传感器40用于测量光照强度。环境光传感器40具体可选用TSL25911环境光传感器。针对TSL25911环境光传感器的操作包括：设置器件的模拟增益，具体通过设置地址为0X01的控制寄存器的第4bit和第5bit来实现。设置器件的积分时间，具体通过设置地址为0X01的控制寄存器的第0bit至第3bit来实现。使能内部滤波器，具体通过将地址为0X0C的寄存器设置为1实现。读取转换的光强数据；该步骤可以读取地址为0X14(低8位)和0X15(高8位)的通道0的转换数据，也可以读取地址为0X16(低8位)和0X17(高8位)的通过1的转换数据，二者取大值即可完成一次光强数据的读取。

处理器50，用于根据测量的温度数据得到被测目标的温度，并根据测量得到的红外测温传感器10与被测目标之间的距离数据、环境温度数据以及光照强度数据，对计算得到的被测目标的温度进行补偿，得到测温结果。

其中，在一种具体的实施方式中，处理器50具体用于根据测量得到的光照强度所在的光照区间确定相应的补偿公式，根据补偿公式以及测量得到的红外测温传感器10与被测目标之间的距离数据、环境温度数据，对计算得到的被测目标的温度进行补偿，得到测温结果。

具体而言，预先可利用测距传感器20对被测目标和红外测温传感器10之间的距离进行测量，得到多组距离数据，利用环境温度传感器30对环境温度进行测量得到多组环境温度数据，利用红外测温传感器10对被测目标进行测量，得到多组温度数据。根据测量所得的多组数据进行数据拟合，得到补偿公式。

例如，设定拟合目标即最终输出的被测目标(人体)的温度为37摄氏度，计算红外测温传感器10测量得到的温度与拟合目标之间的温度差，根据温度差、距离数据、环境光强度数据、环境温度数据，利用matlab的cltool工具箱进行数据拟合，得到补偿公式：

temp_out＝-0.2739+0.06266×d+0.05392×ambient_temp+infrared_temp；

其中，temp_out表示补偿之后得到的测温结果，d表示测距传感器20测量得到的红外测温传感器10与被测目标之间的距离，ambient_temp表示环境温度传感器30测量得到的环境温度，infrared_temp表示红外测温传感器10测量得到的被测目标的温度。

另外，进行试验，并通过分析光照强度与补偿计算得到的人体体温之间的关系获知：当光照强度在0-10000lux之间时，光照强度对补偿计算后得人体温度影响不大，人体温度大多一直维持在36℃-37℃之间，处于人体正常的温度范围内，此时认为该区段的光照强度对补偿计算后的人体温度几乎无影响；当光照强度在10000-25000lux之间时，因光照强度的影响使得补偿计算后的人体温度在38℃左右摆动，超出人体正常温度范围，认定当光照强度处于该区间时，在原本补偿计算得到的人体温度基础上进行减1℃操作。当光照强度在25000lux以上时，因光照强度的影响使得补偿计算后的人体温度在38.5℃左右摆动，超出人体正常温度范围，认定当光照强度处于该区间时，在原本补偿计算得到的人体温度基础上进行减1.5℃操作。

由此，得到如下的光照强度区间与相应的补偿公式：

其中，I表示光照强度。

当测量得到光照强度、环境温度、红外测温传感器10与被测目标之间的距离，以及被测目标的温度后，处理器50首先根据测量得到的光照强度所在的光照区间确定相应的补偿公式，进而根据补偿公式以及测量得到的红外测温传感器10与被测目标之间的距离、环境温度，对测量得到的被测目标的温度进行补偿，得到所测温结果。

例如，当光照强度满足0≤I≤10000时，此时根据补偿公式temp_out＝-0.2739+0.06266×d+0.05392×ambient_temp+infrared_temp得到最终的测温结果。

其中，在一种具体的实施方式中，处理器50包括：

第一处理器与第二处理器；

第二处理器，用于读取环境温度传感器30测量得到的环境温度以及光传感器测量得到的光照强度，并将环境温度传感器30测量得到的环境温度与光传感器测量得到的光照强度发送给第一处理器；

第一处理器，用于读取红外测温传感器10测量得到的被测目标的温度，以及测距传感器20测量得到的红外测温传感器10与被测目标之间的距离，并根据测量得到的红外测温传感器10与被测目标之间的距离、环境温度以及光照强度，对测量得到的被测目标的温度进行补偿，得到测温结果。

本实施例中，红外测温系统设置两路处理器50，第二处理器连接环境温度传感器30以及环境光传感器40，负责读取环境温度传感器30与环境光传感器40测量得到的数据，并将所读取的数据发送给第一处理器。第一处理器连接红外测温传感器10以及测距传感器20，负责读取红外测温传感器10与测距传感器20测量得到的数据，接收第二处理器发送的数据，并对读取与接收的数据进行数据处理，得到最终的测温结果。

进一步，在一种具体的实施方式中，红外测温传感器10、测距传感器20以及第一处理器集成为第一功能模块，环境光传感器40、环境温度传感器30以及第二处理器集成为第二功能模块。

参考图2所示，本实施例中，红外测温传感器10、测距传感器20以及第一处理器集成为第一功能模块，且该第一功能模块还包括第一供电电路与第一电池。环境光传感器40、环境温度传感器30以及第二处理器集成为第二功能模块，且该第二功能模块还包括第二供电电路与第二电池。

其中，第一功能模块与第二功能模块具体可通过无线的方式进行数据通信。例如，第一功能模块与第二功能模块通过WIFI网络进行数据通信。

为方便安装，红外测温系统还可包括第一支撑部件与第二支撑部件；第一支撑组件用于支撑第一功能模块；第二支撑部件用于支撑第二功能模块。

对于支撑部件的材料与结构，本申请不做具体限定，能够起到支撑作用即可。

参考图3所示(图3中，101表示第一功能模块，102表示第二功能模块)，使用时，可将第一功能模块安装在房间内部高度为2m进出门口旁边的墙壁上，用一长0.5m的支撑设备，将第一功能模块沿水平方向架支出去，在支撑设备0.2m处垂直向入口方向弯折，以实现对进入房间的人体腰部以上以及人脸部位的多点非接触式红外温度测量。可将第二功能模块附着于房间外部进出入口旁边高为1.5m处的墙壁上，用以测量房间外部人体(侧重于人体腰部以上以及人脸部位)所处环境中的温度和光照强度。第一功能模块与第二功能模块通过WIFI网络进行数据通信。

系统上电，进行初始化。初始化完成后，系统开始工作。第一功能模块中的红外测温传感器10不断地探测其视场60°×16°角度内所有物体的红外辐射，并测量芯片的环境温度。第一功能模块中的测距传感器20不断进行距离的测量。第二功能模块中的环境温度传感器30、环境光传感器40不断地对房间外部人周围的环境温度与光照强度进行测量。

第一处理器不断地读取红外测温传感器10和测距传感器20测量到的数据，第二处理器不断地读取环境温度传感器30和环境光传感器40测量到的数据，并且第二处理器通过WIFI网络将数据发送给第一处理器。第一处理器你对读取和接收到的数据进行处理计算，得到精准的测温结果。

进一步，在上述实施例的基础上，处理器50还用于根据测温结果建立红外热图像。对于如何根据测温结果即所得温度值建立红外热图像，本申请在此不做赘述，参考现有相关技术即可。

进一步，在上述实施例的基础上，处理器50还用于根据测温结果统计进出人数。

具体而言，当没有人进出房间时，红外测温系统测量的是进出门口周围的环境温度，补偿计算后生成的温度测量数值大致在20-30摄氏度上下，并且建立的64位像素的热图像是没有高温区分布的，每个像素的温度都近似相等。当有人进入房间时，测温装置是对人体腰部以上部位、面部、额头以及周围的环境进行温度测量，补偿计算后的热图像有高温区分布，且生成的温度测量数值大致在35-37摄氏度左右。当有人走出房间时，测温装置是对人体后背、后脑以及周围的环境进行温度测量，补偿计算后的热图像有高温区分布，而生成的温度测量数值大致在30-35摄氏度左右。

根据补偿计算后生成的温度测量数值以及热图像的差异，处理器50(具体可为第一处理器)可以对上述三种情况进行判断识别，并且对进出门口的人数进行统计。当判断是有人进入房间时，人数统计数目加1。当判断是有人走出房间时，人数统计数目减1。

综上所述，本申请所提供的红外测温系统，在利用红外测温传感器测量得到被测目标的温度的同时，还利用测距传感器、环境温度传感器以及环境光传感器分别测量得到红外测温传感器与所述被测目标之间的距离、环境温度以及光照强度，进而由处理器根据红外测温传感器测量得到的温度数据计算得到被测目标温度，并进一步根据测量得到的红外测温传感器与被测目标之间的距离、环境温度以及光照强度，对计算得到的被测目标的温度进行补偿，从而获得精准的测温结果。另外，本申请所提供的红外测温系统的成本较低且更易于安装。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到，在本申请提供的实施例的基本原理下结合实际情况可以存在多个例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的红外测温系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。