紅外測溫儀畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)

1、由于醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，在很多情況下，一般的溫度計(jì)己經(jīng)滿足不 了快速而又準(zhǔn)確的測溫要求，例如車站和機(jī)場等人口密度較大的地方 進(jìn)行人體溫度測量。雖然現(xiàn)在國外這種測溫的技術(shù)都比較成熟， 但是 國內(nèi)這方面的技術(shù)還處于發(fā)展階段。因此，為了適應(yīng)醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要， 有效地進(jìn)行特殊環(huán)境下的溫度測量，從而有力地控制和預(yù)防諸如甲 流、非典之類型的特殊疾病的傳播，急需設(shè)計(jì)一種測溫速度快，準(zhǔn)確 率高的測溫儀。為了克服傳統(tǒng)溫度計(jì)測量溫度的主要缺點(diǎn)一一需要測量者與被 測目標(biāo)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(shí)現(xiàn)了對 物體表面溫度快速準(zhǔn)確的測量。紅外測

2、溫儀的設(shè)計(jì)主要為適應(yīng)人體體 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(zhì)量要求的提高，人們對自身的健康狀況越來越關(guān)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(biāo)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(lǐng)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(shè)計(jì)主要圍繞體溫這一生理指標(biāo)展開，以AT89S52單片機(jī)為控制核心對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，開發(fā)設(shè)計(jì)紅外測溫儀的全過程，根 據(jù)紅外線測溫儀的原理，通過關(guān)鍵器件的選擇以及溫度補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào) 節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度，設(shè)計(jì)了一種非接觸式人體體溫測試 儀，用于人體體溫的

3、快速測量。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是利用單片機(jī)和傳感器完成人體體溫的非 接觸式測量。該系統(tǒng)主要應(yīng)用在人們的日常生活中， 對人們了解自身 的健康狀況至關(guān)重要。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡潔，準(zhǔn)確，快速，方便。設(shè) 計(jì)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(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集程序， A/D轉(zhuǎn)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(shù)，它集光電 成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)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(zhǔn)確判斷物體表 面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。任何物體由于其 自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻

4、射紅外熱能，從而在物體表面形成一 定的溫度場，俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)正是通過吸收這種紅外輻 射能量，測出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布， 從而判斷設(shè)備發(fā)熱情設(shè)計(jì)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(biāo)，對危重病人進(jìn)行生 命指標(biāo)參數(shù)的監(jiān)測是醫(yī)務(wù)工作者及時(shí)了解病情狀況的重要手段之一， 它有利于對有生命危險(xiǎn)的傷病員進(jìn)行及時(shí)有效的治療和搶救處理，完善病人的醫(yī)療護(hù)理以及研究人體對環(huán)境變化的反應(yīng)都有著重要的意此設(shè)計(jì)的目的是在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)涉及MCS-51 單片機(jī)多種資源應(yīng)用，并具有綜合功能的小目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng) 用，并在進(jìn)行相關(guān)課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次綜合設(shè)計(jì)。通過查閱資料，

5、接口設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試，整理資料等環(huán)節(jié)，從而掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的基本技能，熟悉開展科學(xué)實(shí)踐的程序和辦法，為今后從事生產(chǎn)技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)， 學(xué)會靈活運(yùn)用已經(jīng)學(xué) 過的知識，并能不斷接受新的知識，大膽發(fā)明創(chuàng)造的設(shè)計(jì)理念。因此研制一套可應(yīng)用于個(gè)人家庭、方便攜帶、結(jié)構(gòu)簡單、測量速度快、實(shí)時(shí)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(shí)對自己生理指標(biāo)進(jìn)行測試， 監(jiān)測自己的身體狀況，做到提 前預(yù)防，提高生命質(zhì)量。紅外基礎(chǔ)理論紅外線的波長在 0.76100口01之間，按波長的范圍可分為近紅 外、中紅外、遠(yuǎn)紅外、極遠(yuǎn)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

6、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)環(huán)境下都會產(chǎn)生 自身的分子和原子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)， 并不停地輻射出熱紅外能量，分子 和原子的運(yùn)動(dòng)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(biāo)包括：測溫范圍、顯示分辨率、精度、 工作環(huán)境溫度范圍、重復(fù)性、相對濕度、響應(yīng)時(shí)間、電源、響應(yīng)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(biāo)。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(biāo)大小與測溫距離的關(guān)系：在不同距離處，可測的目 標(biāo)的有效直徑D是不同的，因而在測量小目標(biāo)時(shí)要注意目標(biāo)距離。 人體紅外測溫儀距離系數(shù)

7、K的定義為：被測目標(biāo)的距離 L與被測目標(biāo)的直徑D之比，即K=L/D2）選擇被測物質(zhì)發(fā)射率：人體紅外測溫儀一般都是按黑體（發(fā) 射率？=1.00）分度的，而實(shí)際上，物質(zhì)的發(fā)射率都小于 1.00。因此， 在需要測量目標(biāo)的真實(shí)溫度時(shí)，必須設(shè)置發(fā)射率值。物質(zhì)發(fā)射率可從 輻射測溫中有關(guān)物體發(fā)射率的數(shù)據(jù)中查得。3）測量溫度時(shí)的環(huán)境因素：測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果 有很大的影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測溫精度。本設(shè)計(jì) 中正是利用了 PM611熱釋電紅外線傳感器可以補(bǔ)償溫度起伏的作用， 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。4）強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測量：若被測目標(biāo)有較亮背景光（特別是受太陽光或強(qiáng)燈直射），則測量的準(zhǔn)確性將受到影

8、響，因此可用物體遮擋直射目標(biāo)的強(qiáng)光以消除背景光干擾。5溫度輸出功能：首先模擬信號輸出一一 05V, 15V, 0 10V, 0/420毫安，可以加入閉環(huán)控制中。其次高報(bào)警、低報(bào)警一 生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個(gè)范圍里，可設(shè)置高，低報(bào)警值。高報(bào) 警：在高報(bào)警設(shè)置打開的情況下，當(dāng)溫度高于高報(bào)警值，相應(yīng)的LED 燈閃爍，蜂鳴器響，并有相應(yīng)繼電器接通或斷開。紅外線測溫儀的特點(diǎn)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(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)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(diǎn)：1）非接觸測量：它不需要接觸到人

9、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(yīng)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。2）測量范圍廣：因?yàn)槿梭w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(jìn)行測量的，所以測量范圍比較廣。3）測溫速度快：即響應(yīng)時(shí)間快。紅外探測器中靈敏元非常靈敏， 只要接收到目標(biāo)紅外輻射即可在短時(shí)間內(nèi)測溫。4）準(zhǔn)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）

10、受外界環(huán)境溫度干擾較?。河捎诒驹O(shè)計(jì)中所使用的紅外探測 器是帶補(bǔ)償電路的，所以它可以補(bǔ)償外界環(huán)境溫度的高低起伏。紅外測溫儀的硬件設(shè)計(jì)紅外測溫儀是利用紅外傳感器對被測目標(biāo)時(shí)的熱輻射進(jìn)行采集，通過轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號通過放大電路，A/D轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中，最后單 片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號進(jìn)行分析處理， 將電信號轉(zhuǎn)變成與之相 對應(yīng)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(bǔ)償?shù)?。其中體溫測量選用紅外熱釋傳感器 PM611 LM324進(jìn)行電壓放大、ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處

11、理等功能都用 AT89S5彈片機(jī)實(shí)現(xiàn)， 通過驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出、報(bào)警電路等部分組成。在一個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇合適型號的單片機(jī)后， 進(jìn)行系統(tǒng) 所需的擴(kuò)展和配置。按照系統(tǒng)功能要求進(jìn)行擴(kuò)展和配置外圍設(shè)備。 要 設(shè)計(jì)合適的接口電路，系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置應(yīng)遵循以下原則：1）盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)選取的是 AT89S5彈片機(jī)。2）系統(tǒng)擴(kuò)展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便二次開發(fā)。3）系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。4

12、）可靠性及干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)必不可少的一部分。5）單片機(jī)外圍電路較多時(shí)，應(yīng)考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力或減少芯片 功耗來降低總線負(fù)載。6）工藝設(shè)計(jì)必須考慮安裝、調(diào)試、維護(hù)的方便。單片機(jī)的選型為了硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、便于二次開發(fā)，本次設(shè)計(jì) 選取的單片機(jī)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash, 256字節(jié)RAM, 32

13、位I/O 口線，看 門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù) 工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī) 一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。1.AT89S52的主要特點(diǎn)是：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8k可反復(fù)擦寫（1000次）Flash ROM ;全靜態(tài)操作：0Hz33Hz;三級加密程序存儲器；32個(gè)可編程I/O 口線；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；

14、8個(gè)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(shí)器及雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識和快速編程特性；熱釋電溫度傳感器的選型本設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換成電壓信號。設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有較小的熱慣性和 較高的靈敏度，傳感器采用負(fù)

15、溫度系數(shù)電熱調(diào)節(jié)器進(jìn)行環(huán)境溫度補(bǔ)這種傳感器雖是單靈敏元，由于他采用一個(gè)接收元和二個(gè)并聯(lián)的補(bǔ)償元串接的結(jié)構(gòu)，故也能有效地補(bǔ)償環(huán)境溫度起伏，振動(dòng)等干擾 影響。他的工作溫度是-20 +100 C ,特別適合測量人體的溫度。 而且PM61格項(xiàng)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(dāng)轉(zhuǎn)化為電壓后需要 通過放大器放大電壓信號。因?yàn)樘綔y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(zhuǎn)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(shè)計(jì)利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能

16、。因?yàn)?只用到了一個(gè)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(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后顯示出來。ADC080提用CMO集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)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 擬電壓為士 5V。此芯片內(nèi)有輸出鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電 路的輸出可以直接連接在 CPLft據(jù)總線上，不用再加接口電路。整體電路本設(shè)計(jì)采用AT89S52系列單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集存儲和處理。由于信號只有一個(gè)輸入，為了避免不必要的消耗，本設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)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(shí)鐘脈沖。測量

17、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(diào)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(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開始測溫后復(fù) 位各個(gè)端口，掘下開關(guān)，接通電源，確定打開電源后 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換 器Vin （+）輸入端讀取經(jīng)過放大濾波計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， CS片選端、WR!入端同時(shí)設(shè)置成低電平，當(dāng)芯片自身產(chǎn)生一個(gè)脈沖 時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。然后A/D轉(zhuǎn)換器的CS RD同時(shí)為低電平。時(shí)讀取轉(zhuǎn) 換輸出的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入模數(shù)轉(zhuǎn)換器自身的鎖存器里，由輸出端口 D0D確入到單片機(jī)的P0口

18、中。讀取三次數(shù)據(jù)，滿三次后讀 數(shù)正確的寫入單片機(jī)EEPROM儲器。同時(shí)計(jì)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(jī)進(jìn)行清零， 復(fù)位后重新測量讀數(shù)。主程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1）開機(jī)或復(fù)位時(shí)能自動(dòng)初始化設(shè)備，引導(dǎo)程序正確執(zhí)行。2）開機(jī)或復(fù)位之后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，對環(huán)境溫度進(jìn)行采樣，并在 顯示器上顯示當(dāng)前環(huán)境溫度。3）保持環(huán)境溫度顯示的同時(shí)，對覆蓋熱釋電探測器視場的物體 表面的紅外輻射進(jìn)行轉(zhuǎn)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(yīng)的峰值電壓為止。子程序主要實(shí)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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫就必須得

19、到輸出信號的峰值，但在實(shí)際電路中， 由于探測器響應(yīng)延時(shí)不盡相同，且電路的延時(shí)也很難準(zhǔn)確計(jì)算，所以 要準(zhǔn)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(jìn)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）數(shù)據(jù)處理子程序完成對采樣值的計(jì)算處理。中間又經(jīng)過了 ADC080領(lǐng)模轉(zhuǎn)換器將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可供 LED顯示的代碼。3）讀取溫度時(shí)超過預(yù)警溫度，蜂鳴器報(bào)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(diào)試 系統(tǒng)硬件調(diào)試?yán)L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(diǎn)是有虛焊或漏焊現(xiàn)象，再用萬用表測量各個(gè)芯片間連接和 電源與地間的連接是否正確，系統(tǒng)硬件調(diào)試方法如下：1)對印刷電路板質(zhì)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(zhì)量檢查。兩者無誤后進(jìn)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(gè)元器件。3)采用萬用表、示波器、信號發(fā)生器等一般調(diào)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(diào)試軟件調(diào)試采用模塊化調(diào)試方法，每一模塊逐一調(diào)試，然后再將所 有模塊組合一起，進(jìn)行整體調(diào)試。