紅外測溫儀畢業(yè)設計總結

1、由于醫(yī)學發(fā)展的需要，在很多情況下，一般的溫度計己經(jīng)滿足不了快速而又準確的測溫要求，例如車站和機場等人口密度較大的地方進行人體溫度測量。雖然現(xiàn)在國外這種測溫的技術都比較成熟，但是國內(nèi)這方面的技術還處于發(fā)展階段。因此，為了適應醫(yī)學發(fā)展的需要，有效地進行特殊環(huán)境下的溫度測量，從而有力地控制和預防諸如甲流、非典之類型的特殊疾病的傳播，急需設計一種測溫速度快，準確率高的測溫儀。為了克服傳統(tǒng)溫度計測量溫度的主要缺點需要測量者與被測目標近距離接觸和測量不方便，在顧及儀器測量高精度前提下，以追求最低成本為原則，研制了非接觸式熱釋電紅外測溫儀，實現(xiàn)了對物體表面溫度快速準確的測量。紅外測溫儀的設計主要為適應人體體

2、溫快速無接觸測量的需要。伴隨著人們生活水平的不斷提高以及對生活質量要求的提高，人們對自身的健康狀況越來越關注，而人體的體溫、血壓、脈搏和呼吸是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)，對這些生理指標的監(jiān)控與測量則可以更好的體現(xiàn)人體自身的健康狀況，所以他們在醫(yī)療領域中占有十分重要的地位，也為人民的生活帶來極大的方便。本次設計主要圍繞體溫這一生理指標展開，以AT89S52單片機為控制核心對溫度進行實時采集，開發(fā)設計紅外測溫儀的全過程，根據(jù)紅外線測溫儀的原理，通過關鍵器件的選擇以及溫度補償?shù)淖詣诱{節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度，設計了一種非接觸式人體體溫測試儀，用于人體體溫的快速測量。本次設計的主要內(nèi)容是利用單片機

3、和傳感器完成人體體溫的非接觸式測量。該系統(tǒng)主要應用在人們的日常生活中，對人們了解自身的健康狀況至關重要。整個系統(tǒng)的設計簡潔，準確，快速，方便。設計的核心部分選用AT89S52芯片和PM611紅外溫度傳感器。另外，軟件程序的設計包括數(shù)據(jù)采集程序，A/D轉換程序，顯示程序等。紅外檢測是一種在線監(jiān)測(不停電)式高科技檢測技術，它集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準確、實時、快速等優(yōu)點。任何物體由于其自身分子的運動，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，俗稱“熱像”。紅

4、外診斷技術正是通過吸收這種紅外輻射能量，測出設備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設備發(fā)熱情況。設計的目的與意義生理參數(shù)是人體最重要、最基本的生命指標，對危重病人進行生命指標參數(shù)的監(jiān)測是醫(yī)務工作者及時了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對有生命危險的傷病員進行及時有效的治療和搶救處理，完善病人的醫(yī)療護理以及研究人體對環(huán)境變化的反應都有著重要的意義。此設計的目的是在理論學習的基礎上，通過完成一個涉及MCS-51單片機多種資源應用，并具有綜合功能的小目標板的設計與編程應用，并在進行相關課程設計基礎上進行的一次綜合設計。通過查閱資料，接口設計，程序設計，安裝調試，整理資料等環(huán)節(jié)，從而掌握工程設計方法

5、和組織實踐的基本技能，熟悉開展科學實踐的程序和辦法，為今后從事生產(chǎn)技術工作打下必要的基礎，學會靈活運用已經(jīng)學過的知識，并能不斷接受新的知識，大膽發(fā)明創(chuàng)造的設計理念。因此研制一套可應用于個人家庭、方便攜帶、結構簡單、測量速度快、實時性好的人體體溫測試儀尤為重要。人們可以足不出戶，在家中可隨時對自己生理指標進行測試，監(jiān)測自己的身體狀況，做到提前預防，提高生命質量。紅外基礎理論 紅外線的波長在0.76100m之間，按波長的范圍可分為近紅外、中紅外、遠紅外、極遠紅外四類，它在電磁波連續(xù)頻譜中的位置是處于無線電波與可見光之間的區(qū)域。紅外線輻射是自然界存在的一種最為廣泛的電磁波輻射，它是基于任何物體在常規(guī)

6、環(huán)境下都會產(chǎn)生自身的分子和原子無規(guī)則的運動，并不停地輻射出熱紅外能量，分子和原子的運動愈劇烈，輻射的能量愈大，反之，輻射的能量愈小。 而紅外線測溫儀的性能指標包括：測溫范圍、顯示分辨率、精度、工作環(huán)境溫度范圍、重復性、相對濕度、響應時間、電源、響應光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發(fā)射率等都是紅外線測溫儀的性能指標。影響溫度測量的主要因素 影響紅外人體測溫儀的因素有： 1）測溫目標大小與測溫距離的關系：在不同距離處，可測的目標的有效直徑D是不同的，因而在測量小目標時要注意目標距離。人體紅外測溫儀距離系數(shù)K的定義為：被測目標的距離L與被測目標的直徑D之比，即K=L/D。 2）選擇被測物質發(fā)射率：人體

7、紅外測溫儀一般都是按黑體（發(fā)射率?=1.00）分度的，而實際上，物質的發(fā)射率都小于1.00。因此，在需要測量目標的真實溫度時，必須設置發(fā)射率值。物質發(fā)射率可從輻射測溫中有關物體發(fā)射率的數(shù)據(jù)中查得。 3）測量溫度時的環(huán)境因素：測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結果有很大的影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度。本設計中正是利用了PM611熱釋電紅外線傳感器可以補償溫度起伏的作用，實現(xiàn)準確測溫。 4）強光背景里目標的測量：若被測目標有較亮背景光（特別是受太陽光或強燈直射），則測量的準確性將受到影響，因此可用物體遮擋直射目標的強光以消除背景光干擾。 5）溫度輸出功能：首先模擬信號輸出05V，15V，0

8、10V，0/420毫安，可以加入閉環(huán)控制中。其次高報警、低報警生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個范圍里，可設置高，低報警值。高報警：在高報警設置打開的情況下，當溫度高于高報警值，相應的LED燈閃爍，蜂鳴器響，并有相應繼電器接通或斷開。 紅外線測溫儀的特點 人體紅外測溫儀是通過接收人體發(fā)射的紅外線的能量的大小來測量其體溫的儀器。測溫儀內(nèi)部的靈敏探測元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進行處理，然后轉換成溫度讀數(shù)顯示。所以人體紅外測溫儀具有以下優(yōu)點： 1）非接觸測量：它不需要接觸到人體，只需在額頭前方5厘米左右測溫即可，而且紅外探測器只需感應人體輻射的紅外線。因此，不會干擾人體，也不會為人體帶來損傷。

9、2）測量范圍廣：因為人體紅外測溫儀是非接觸式測溫，所以測溫儀并不處在較高或較低的溫度場中，而是工作在正常的溫度或測溫儀允許的條件下進行測量的，所以測量范圍比較廣。 3）測溫速度快：即響應時間快。紅外探測器中靈敏元非常靈敏，只要接收到目標紅外輻射即可在短時間內(nèi)測溫。 4）準確度高：人體紅外測溫不會與普通測溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測量精度高。 5）靈敏度高：只要人體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測出，而且使用安全及使用壽命長。 6）體積小，方便攜帶。 7）受外界環(huán)境溫度干擾較小：由于本設計中所使用的紅外探測器是帶補償電路的，所以它可以補償外界環(huán)境溫度的高低起伏。 紅外測溫儀的硬

10、件設計 紅外測溫儀是利用紅外傳感器對被測目標時的熱輻射進行采集，通過轉換電路將紅外傳感器采集到的光信號轉換成電信號，再將電信號通過放大電路，A/D轉換等單元電路處理后送到單片機中，最后單片機將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號進行分析處理，將電信號轉變成與之相對應大小的溫度值顯示輸出。其中要解決的問題有：體溫信號的非接觸測量、微弱電壓信號的放大、傳感器的環(huán)境溫度補償?shù)取Ｆ渲畜w溫測量選用紅外熱釋傳感器PM611、LM324進行電壓放大、ADC0804進行模數(shù)轉換，系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理等功能都用AT89S52單片機實現(xiàn)，通過驅動共陰極LED數(shù)碼管進行顯示。紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯

11、示輸出、報警電路等部分組成。 在一個系統(tǒng)的硬件設計中應選擇合適型號的單片機后，進行系統(tǒng)所需的擴展和配置。按照系統(tǒng)功能要求進行擴展和配置外圍設備。要設計合適的接口電路，系統(tǒng)的擴展和配置應遵循以下原則：1） 盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化打下良好的基礎。本次設計選取的是AT89S52單片機。2）系統(tǒng)擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當余地，以便二次開發(fā)。3）系統(tǒng)中的相關器件要盡可能做到性能匹配。4）可靠性及干擾設計是硬件設計必不可少的一部分。5）單片機外圍電路較多時，應考慮其驅動能力。驅動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設線驅動

12、器增強驅動能力或減少芯片功耗來降低總線負載。6）工藝設計必須考慮安裝、調試、維護的方便。單片機的選型 為了硬件系統(tǒng)的標準化、模塊化、便于二次開發(fā)，本次設計選取的單片機型號是AT89S52。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有8KB的系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。AT89S52具有以下標準功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至

13、0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 1.AT89S52的主要特點是： 與MCS-51 單片機產(chǎn)品兼容；8k可反復擦寫(1000次)Flash ROM；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；三級加密程序存儲器；32 個可編程I/O 口線； 3個16 位定時器/計數(shù)器；8個中斷源；全雙工UART 串行通道；低功耗空閑和掉電模式，掉電后中斷可喚醒；看門狗定時器及雙數(shù)據(jù)指針；掉電標識和快速編程特性；熱釋電溫度傳感器的選型 本

14、設計的探頭使用的是紅外線傳感器，它能接收人體發(fā)射出的紅外線并使之轉換成電壓信號。設計選用的是PM611單元熱釋電傳感器，它是一種專門用于非接觸式測量體溫的器件，主要接收514um之間的紅外線。被測物體的輻射能經(jīng)過窗口和光闌聚焦在接收元件(熱電堆) 的受熱片上， 受熱片上有60只串聯(lián)的熱電偶，每只熱電偶的熱端在受熱片的中央部位圍成一圈，焊接在一起，從引線就可以得到所有電偶的熱電勢之和。這種結構設計具有較小的熱慣性和較高的靈敏度，傳感器采用負溫度系數(shù)電熱調節(jié)器進行環(huán)境溫度補償。 這種傳感器雖是單靈敏元，由于他采用一個接收元和二個并聯(lián)的補償元串接的結構，故也能有效地補償環(huán)境溫度起伏，振動等干擾影響。

15、他的工作溫度是-20+100 ，特別適合測量人體的溫度。而且PM611各項指數(shù)都比較好，因此選用了它做溫度儀的探頭。放大電路由于傳感器探測到的人體紅外線信號較弱，當轉化為電壓后需要通過放大器放大電壓信號。因為探測器測到的信號可能摻雜了外界環(huán)境的某些因素，所以放大電路中要加入低通濾波電路把多余的雜信號過濾掉。模數(shù)轉換電路由于傳感器探測到紅外線后被放大的是模擬信號，然而需要在LED上顯示出來，所以本設計利用模數(shù)轉換器來實現(xiàn)這個功能。因為只用到了一個輸入信號，所以為了節(jié)省不必要的累贅，采用ADC0804把有用的模擬信號轉換成數(shù)字信號，最后顯示出來。ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模

16、數(shù)轉換芯片。分辨率8位，輸入電壓范圍是05V, 增加一些外部電路后，輸入模擬電壓為5V。此芯片內(nèi)有輸出鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，不用再加接口電路。整體電路本設計采用AT89S52系列單片機進行數(shù)據(jù)的采集存儲和處理。由于信號只有一個輸入，為了避免不必要的消耗，本設計A/D轉換器采用的是ADC0804。芯片的CLKIN端和CLKR端配合可以由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖。測量物體表面輻射能量的熱釋電傳感器選用的是尼賽拉傳感器有限公司的PM611型熱釋電傳感器，它有效調節(jié)外界環(huán)境的溫度起伏影響，顯示器采用4片8位LED數(shù)碼管。紅外測溫儀的軟件設計主程序設計設計的

17、思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開始測溫后復位各個端口，摁下開關 ，接通電源，確定打開電源后A/D模數(shù)轉換器Vin（+）輸入端讀取經(jīng)過放大濾波計算后的數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉換，CS片選端、WR寫入端同時設置成低電平，當芯片自身產(chǎn)生一個脈沖時，啟動轉換。然后A/D轉換器的CS、RD同時為低電平0時讀取轉換輸出的數(shù)據(jù)，轉換后的數(shù)據(jù)存入模數(shù)轉換器自身的鎖存器里，由輸出端口D0D7輸入到單片機的P0口中。讀取三次數(shù)據(jù)，滿三次后讀數(shù)正確的寫入單片機EEPROM存儲器。同時計數(shù)器加1，繼續(xù)讀取下一組數(shù)據(jù)。如果讀數(shù)滿三次后數(shù)據(jù)不正確，則要對單片機進行清零，復位后重新測量讀數(shù)。主程序主要實現(xiàn)以下功能： 1）開機

18、或復位時能自動初始化設備，引導程序正確執(zhí)行。 2）開機或復位之后啟動A/D轉換，對環(huán)境溫度進行采樣，并在顯示器上顯示當前環(huán)境溫度。 3）保持環(huán)境溫度顯示的同時，對覆蓋熱釋電探測器視場的物體表面的紅外輻射進行轉換和采樣，并比較各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測器響應的峰值電壓為止。 子程序主要實現(xiàn)以下功能：1）A/D采樣子程序完成對熱釋電傳感器放大電路輸出信號的采樣。要實現(xiàn)準確測溫就必須得到輸出信號的峰值，但在實際電路中，由于探測器響應延時不盡相同，且電路的延時也很難準確計算，所以要準確采集到峰值是十分困難的。為此，我們只有對輸出信號不斷地進行采樣，并比較各樣值，取其中的最大者作為峰值的近似值 2

19、）數(shù)據(jù)處理子程序完成對采樣值的計算處理。中間又經(jīng)過了ADC0804數(shù)模轉換器將結果轉換為可供LED顯示的代碼。 3）讀取溫度時超過預警溫度，蜂鳴器報警，沒超過直接顯示所測溫度。4）顯示子程序完成最后的溫度顯示。系統(tǒng)調試系統(tǒng)硬件調試繪制完成原理圖之后，根據(jù)原理圖焊接電路板。焊接完成后，首先目測焊點是有虛焊或漏焊現(xiàn)象，再用萬用表測量各個芯片間連接和電源與地間的連接是否正確，系統(tǒng)硬件調試方法如下：1） 對印刷電路板質量檢查、測試，是否同印刷制電路板圖一致。對所用的元器件質量檢查。兩者無誤后進行下一步。2）按照印刷電路板上的器件名稱、表識焊接好各個元器件。3）采用萬用表、示波器、信號發(fā)生器等一般調試工具和測試軟件對硬件電路電氣性能測試，看是否能正常工作。系統(tǒng)軟件調試軟件調試采用模塊化調試方法，每一模塊逐一調試，然后再將所有模塊組合一起，進行