人體紅外測溫儀 畢業(yè)設(shè)計論文

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1、目 錄摘要.IAbstract.II第一章紅外線測溫儀的研發(fā)背景 .11.1紅外測溫儀的實際應(yīng)用.11.2 紅外測溫技術(shù)的發(fā)展歷程.1第二章人體紅外測溫儀的原理和特點 .22.1人體紅外線測溫儀的理論依據(jù).22.2 人體紅外線測溫儀的性能指標(biāo)及作用.22.3 影響溫度測量的主要因素及修正方法.32.4 人體紅外線測溫儀的特點.5第三章 人體紅外測溫儀的硬件設(shè)計 .63.1 總體設(shè)計.63.1.1 整體框圖設(shè)計 .63.1.2 電路設(shè)計 .73.2 溫度傳感器.83.3 放大電路的設(shè)計.83.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路.93.5 LCD1602 顯示電路.10第四章 軟件設(shè)計 .125.1 紅外測溫儀

2、的使用注意事項.155.2 改進(jìn)方案.155.3 推廣及應(yīng)用.15參考文獻(xiàn) .16致 謝 .17附錄 1 PCB 板圖.18附錄 2 3D 效果圖 .19附錄 3 程序 .20人體紅外測溫儀人體紅外測溫儀摘要摘要: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(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，實現(xiàn)了對物體表面溫度快速準(zhǔn)確的測量。本文也設(shè)計了紅外測溫儀的整體系統(tǒng)構(gòu)架。根據(jù)熱釋電原理，主要針對人體體溫測量進(jìn)行了具體的設(shè)計開發(fā)，開發(fā)包括整體方案，硬件電路，單片機(jī)程序和主機(jī)程序。并利用設(shè)計出來的紅外測溫儀在環(huán)境溫度30下

3、對人體溫度和水溫進(jìn)行了測量，對人體的溫度測量的誤差低于0.1，提高了測量精度。人體測溫儀的設(shè)計主要為適應(yīng)人體體溫快速無接觸測量的需要。主要介紹熱釋電紅外傳感器的工作原理以及最適宜人體紅外線檢測的熱釋電傳感器PM611的優(yōu)點和等效電路，闡述了基于熱釋電傳意器的紅外測溫儀的工作原理，討論了該系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法，簡單介紹了測溫系統(tǒng)的適用條件。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：溫度測量，熱釋電，AT89C51ITemperature measuring based on body infrared rayAbstract: To decrease the limitation of traditional metho

4、d of temperature measuring such as close contact between measurer and the target and inconvenience when measuring, we developed a non-contact type piezoelectric infrared thermometer, realizes fast and accurate surface temperature measurements. This article also designed the overall system architectu

5、re infrared thermometer. Then under the piezoelectric principle, aimed at human body temperature measurement for a specific design, development including hardware, peripherals technology, SCM, and the host program . Designed by using the infrared thermometer at ambient temperature 30,temperature and

6、 water temperature on the human body were measured on the human body temperature measurement error is less a 0.1 improve the measurement accuracy. This thermometer mainly applies to no-contact, speedy body-heat measurement. This article mainly introduces operational principles of piezoelectric infra

7、red sensor and the structure of hydroelectrically sensor PM611.It formulates the theory of the thermometer based on hydroelectrically sensor and studies how to design and implement of the systemFinally，it indicates the conditional demand of the system.Key words: temperature measurement, piezoelectri

8、c,AT89C510第一章紅外線測溫儀的研發(fā)背景1.1紅外測溫儀的實際應(yīng)用由于醫(yī)學(xué)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(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)計一種測溫速度快，準(zhǔn)確率高的測溫儀。針對一般的工業(yè)用的紅外測溫儀的精確度不夠高，我們根據(jù)這種紅外線測溫的原理，通過關(guān)鍵器件的選擇、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計以及溫度補(bǔ)償?shù)淖詣诱{(diào)節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度

9、，設(shè)計了一種用紅外線測溫電路，用于人員密集且流量大的場合進(jìn)行快速的人體溫度測量。1.2 紅外測溫技術(shù)的發(fā)展歷程紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中、在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備在線故障診斷和安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要作用。近 20 年來，非接觸式紅外人體測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應(yīng)時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。非接觸式紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機(jī)軟件，每一系列中又有各種型號及規(guī)格。 紅外檢測技術(shù)是“九五”國家科技成果重點推廣項目，紅外檢測是一種在線

10、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”。紅外診斷技術(shù)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)熱情況。目前應(yīng)用紅外診斷技術(shù)的測試設(shè)備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測

11、出設(shè)備細(xì)微的熱狀態(tài)變化，準(zhǔn)確反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患非常有效。目前，我國也在研發(fā)一種體積小，成本較低，又不受外界環(huán)境溫度干擾的人體紅外測溫儀，對醫(yī)學(xué)的發(fā)展有很重大的意義。1第二章人體紅外測溫儀的原理和特點2.1人體紅外線測溫儀的理論依據(jù)自然界一切溫度高于絕對零度(-273.15)的物體，由于分子的熱運動，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內(nèi)的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。紅外輻射原理 輻射定律： （2.1）440()ETT式中： 為輻射出射度數(shù)，；為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，E3W/m；為物體的輻射率；為物體的溫度，單位；為物8245.67

12、*10 W/(m)KTK0T體周圍的環(huán)境溫度，單位。測量出所發(fā)射的 ，就可得出溫度。KE利用這個原理制成的溫度測量儀表叫紅外溫度儀表。這種測量不需要與被測對象接觸，因此屬于非接觸式測量。在不同的溫度范圍，對象發(fā)出的電磁波能量的波長分布不同，在常溫（0100）范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長。用于不同溫度范圍和用于不同測量對象的儀表，其具體的設(shè)計也不同。根據(jù)式（2.1）的原理，儀表所測得的紅外輻射為： （2.2）441212()EATT 式中：為光學(xué)常數(shù)，與儀表的具體設(shè)計結(jié)構(gòu)有關(guān)；為被測對象的輻射率；A1為紅外溫度計的輻射率；為被測對象的溫度（K） ；為紅外溫度計的溫21T2T度（K） ；

13、它由一個內(nèi)置的溫度檢測元件測出。輻射率是一個用以表達(dá)物體發(fā)射電磁波能力的系數(shù)，數(shù)值由 0 至 1.0。所有真實的物體，包括人體各部位的表面，其值都是某個低于 1.0 的數(shù)值。人體主要輻射波長在 910的紅外線，通過對人體自身輻射紅外能量的測m量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。由于該波長范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量精確地測量人體表面溫度。通過對人體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。紅外溫度測量技術(shù)的最大優(yōu)點是測試速度快，1 秒以內(nèi)可測試完畢。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、顯示輸出等部分組成。2.2 人體紅外線測溫儀的性能指標(biāo)

14、及作用總的來說，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)。21、確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標(biāo)。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。2、確定目標(biāo)尺寸：紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀） 。對于單色測溫儀，在進(jìn)行測溫時，被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿測溫儀視場。否則背景會干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。 3、確定距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：距離系數(shù)由 D：S 之比確定，即測溫儀探頭到目標(biāo)之間的

15、距離 D 與被測目標(biāo)直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處， 而又要測量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。光學(xué)分辨率越高，測溫儀的成本也越高。4、確定波長范圍 ：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應(yīng)波長對于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。5、確定響應(yīng)時間：響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的 95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有 關(guān)。6、信號處理功能：鑒于離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測溫儀具有多信號處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值） 。7、環(huán)境條件考慮：測

16、溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。8、紅外輻射測溫儀的標(biāo)定：紅外測溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測目標(biāo)的溫度。 2.3 影響溫度測量的主要因素及修正方法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)時要注意目標(biāo)距離。人體紅外測溫儀距離系數(shù) 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/D。 2、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，而實際上，物質(zhì)的發(fā)射率都小于 1.00。因此，在需要

17、測量目標(biāo)的真實溫度時，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)確性將受到影響，因此可用物體遮擋直射目標(biāo)的強(qiáng)3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，010V，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，

18、可設(shè)置高，低報警值。高報警：在高報警設(shè)置打開的情況下，當(dāng)溫度高于高報警值，相應(yīng)的 LED 燈閃爍，蜂鳴器響，并有 AH 常開繼電器接通。由于在溫度測量時是在不確定的環(huán)境中進(jìn)行的，所以外界環(huán)境會對測溫造成一定的影響，對測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，所以要對環(huán)境溫度有一個修正。 由 2.1 節(jié)輻射公式可得出熱釋電傳感器的響應(yīng)公式為： (2.3)440()aVS TT式中：為與熱釋電響應(yīng)特性及物體表面發(fā)射率有關(guān)的常數(shù)，為物體表面溫S0T度，為環(huán)境溫度。根據(jù)表達(dá)式（2.3）可以得到不同的標(biāo)定公式： aT（1）簡單關(guān)系式，即 （2.4）1/440aaaVTTTK VS式中：，應(yīng)用此公式所作的標(biāo)定實驗結(jié)果見表 1，表

19、中數(shù)據(jù)表明，314aaKST 不僅與 有關(guān)，還與 有關(guān)。 aKaT0T（2）多項式，即 （2.5）1/440aVTTS令 （2.6）201 aaSaaTaT在參考文獻(xiàn)7中，取三項，其實驗結(jié)果表明，要使測溫儀滿足一定的精度，S測溫時的環(huán)境溫度和物體表面溫度要在一定的范圍內(nèi)，如環(huán)境溫度=30，aT物體表面溫度在 180以上時，讀數(shù)誤差較大。由下表 1 可知：首先應(yīng)該對物體表面溫度分段定標(biāo)，因為測量范圍較大，所以不同段的標(biāo)定系數(shù)相差很大。實際應(yīng)用中每隔 510就必須標(biāo)定一個系數(shù)，當(dāng)采樣電壓峰值落在此區(qū)間時就選擇該系數(shù)。然后再根據(jù)環(huán)境溫度的不同對已選出的標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正，達(dá)到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準(zhǔn)

20、確測溫的目4的。 分析表 1 可知，當(dāng)物體表面溫度較低時（78以下） ，環(huán)境溫度對修正系數(shù)的影響較大。所以對此溫度范圍的物體必須進(jìn)行環(huán)境溫度對標(biāo)定系數(shù)的修正。而當(dāng)物體表面溫度較高時，則修正系數(shù)基本由物體表面溫度決定，這樣系數(shù)就不必再依環(huán)境溫度進(jìn)行校正。這就減少了標(biāo)定系數(shù)的復(fù)雜性 。下圖為表 1：表表 1 不同環(huán)境溫度下的標(biāo)定系數(shù)不同環(huán)境溫度下的標(biāo)定系數(shù)2.4 人體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(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：1、非接觸測量：它不需

21、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(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(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間內(nèi)定溫。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、

22、受外界環(huán)境溫度干擾較?。河捎诒驹O(shè)計中所使用的紅外探測器是帶補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)溫度 （）環(huán)境溫度（）測量值（V）系 數(shù) Ka（V/） 26.0 2.613 3.061 26.5 2.605 2.879 34.00 27.0 2.588 2.704 26.0 2.960 17.57 26.5 2.948 17.47 78.00 27.0 2.925 17.44 26.0 3.392 27.71 26.5 3.388 27.59 120.00 27.0 3.384 27.485償電路的，所以它可以補(bǔ)償外界環(huán)境溫度的高低起伏。6第三章 人體紅外測溫儀的硬件設(shè)計3.1 總體設(shè)計下圖 3.1 所示是人體紅外測溫儀系統(tǒng)

23、的總體結(jié)構(gòu)框圖。紅外探測器檢測系統(tǒng)信號處理單元顯示單元報警系統(tǒng)控制器圖 3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 由上圖可以看出，紅外探測儀接收到人體發(fā)出的紅外線后，經(jīng)過檢測系統(tǒng)確定后，再在信號處理單元對所測得的信號進(jìn)行放大、濾波、再計算，模數(shù)轉(zhuǎn)換處理傳送到顯示單元顯示出溫度讀數(shù)。如果經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)大于所設(shè)置的預(yù)警數(shù)據(jù)，則蜂鳴器報警。如果檢測完信號后送達(dá)處理系統(tǒng)處理，所測的數(shù)據(jù)有誤，則可以通過控制器（按鈕）來進(jìn)行重新檢測，直到顯示正確溫度。3.1.1 整體框圖設(shè)計熱釋電紅外測溫儀可以這樣設(shè)計整體結(jié)構(gòu)框圖，如圖 3.2 所示。按下開關(guān)即可測量，每次測量結(jié)果顯示在顯示器上。 當(dāng)測量按鈕按下時，整個電路開始工作，物

24、體表面輻射的能量經(jīng)熱釋電傳感器接收后，將熱輻射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)由放大電路放大后（由外界環(huán)境導(dǎo)致的雜亂信號經(jīng)濾波器過濾后）到達(dá) A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，89C51 單片機(jī)作為 CPU 接收經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換成物體表面溫度顯示在 LCD 液晶顯示屏上。傳 感 器放 大 器大器濾 波 器波器ADC0804轉(zhuǎn) 換 器AT89C51液 顯 LCD1602圖 3.2總體電路框圖73.1.2 電路設(shè)計本設(shè)計采用 89C51 系列單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集存儲和處理。由于信號只有一個輸入，為了避免不必要的消耗，本設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是 ADC0804。芯片的 CLKIN 端和 CL

25、KR 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(diào)節(jié)外界環(huán)境的溫度起伏影響；液晶顯示器（LCD）選用的是 2 行 16 個字的液晶顯示屏。電路的主要功能是將熱釋電傳感器接收的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為可供 A/D 轉(zhuǎn)換器接受的電信號。顯示器(LCD)由 74LS02 譯碼器驅(qū)動，并由 89C51 單片機(jī)通過軟件控制顯示物體表面的溫度。通過軟件程序編制可以實現(xiàn)三位有效數(shù)字的顯示( 100 度以下顯示兩位整數(shù)和一位小數(shù)，100 度以上顯示三位整數(shù))下圖 3.3是整個設(shè)計的電路連接圖：8圖 3.3紅外人體測溫儀電路3

26、.2 溫度傳感器本設(shè)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(zhuǎn)換成電壓信號。設(shè)計選用的是 PM611 單元熱釋電傳感器，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(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，振動等干擾影響。他的工作溫度是-20+70 ，特別適合測量人體的溫度。而且 PM611 各項指數(shù)都比較好，因此選用了他做溫度儀的探頭。如圖 3.4 所示：圖 3.4傳感器的內(nèi)部典型連接電路3.3 放大電路的設(shè)計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

27、要加入低通濾波電路把多余的雜信號過濾掉。如圖 3.5 所示：9圖 3.5放大部分電路 傳感器輸出的信號經(jīng) 47 F 電容耦合到第一個同相放大器，它的閉環(huán)增益為 2324 之間。同時第一個放大器還兼做高通濾波器，其截止頻率為 0.3 Hz。第二個放大器是一個低通濾波器，其閉環(huán)增益約為 1，截止頻率為 7 Hz。第一個，第二個放大器分別把低于 0.3Hz 和高于 7 Hz 的信號濾掉，使輸出的信號僅是經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制的 1 Hz 紅外輻射信號。通過第二章的原理可知由信號轉(zhuǎn)換為電壓再轉(zhuǎn)化成溫度才顯示出來的，那么這個過程將在第三個放大器中完成。通過放大濾波的信號就輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 Vin（+）端，模數(shù)

28、轉(zhuǎn)換器會把收到的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。調(diào)試：在實驗中通過調(diào)節(jié)放大器 1 輸出端的 10K 變阻器，使第三個放大器的輸出信號大小發(fā)生改變，當(dāng)最后一個也就是第三個信號放大器的輸出小于5V 時，可以適應(yīng)下面系列的處理，因此第三個放大器的兩個電位器用來調(diào)節(jié)最后信號輸出的大小，確保在高溫時不超過 5V。3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分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 LCD 液顯上顯示出來，所以本設(shè)計利用模數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后顯示出來。ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的

29、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5V。此芯片內(nèi)有輸出鎖存器，當(dāng)與計算機(jī)連接時，轉(zhuǎn)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。ADC0804 芯片的外引腳圖如 3.6 所示，引腳名稱及意義如下：10圖 3.6 ADC0804 引腳圖Vin（+） 、Vin（-）：芯片的兩個模擬信號輸出端，用來接收單極性、雙極性和差模輸入信號；D0D7：AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端；AGND：接模擬信號地；DGND：接數(shù)字信號地端；CLK IN：外電路提供時鐘脈沖輸入端；CLK R：內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與 CLK IN 端配合可

30、由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖，頻率為 1/1.1RC；CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦使用低電平，表示轉(zhuǎn)換器被選中，則開始工作。WR：寫信號輸入，低電平有效。當(dāng) CS、WR 同時為低電平時，啟動轉(zhuǎn)換。RD：讀信號輸入，低電平有效，當(dāng) CS、RD 同時為低電平時，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)。 INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，低電平有效。如果輸出低電平表示此次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。本設(shè)計采用了 CLK R 端口和 CLK IN 端口配合，芯片本身產(chǎn)生時鐘脈沖的方法，A/D 轉(zhuǎn)換器 Vin（+）端口接收到經(jīng)處理過的模擬信號在內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，片選端口 CS 和 WR 寫信號輸入端口同為低電平時啟動轉(zhuǎn)換，因為 080

31、4內(nèi)部有輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號存在鎖存器里，當(dāng) CS、RD 同為低電平時，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號，由 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 D0D7 端輸出，接入 AT89C51 單片機(jī)的 P1 口的 P1.7P1.0,經(jīng)過程序燒制顯示到液晶顯示屏上。A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接圖如下圖 3.7：11圖 3.7 ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3.5 LCD1602 顯示電路液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。在本設(shè)計采用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個字

32、、2 行 16 個字、2 行 20 個字等等，這里以常用的 2 行16 個字的 1602 液晶模塊來介紹它的編程方法。1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：第 3 腳：VEE 為液晶顯示器對比度調(diào)整端；第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；第 6 腳：E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；第

33、714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線； 第 1516 腳：空腳。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表 2 是 DM-162 的內(nèi)部顯示地址。表表 2 216021602 的內(nèi)部顯示地址的內(nèi)部顯示地址121 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 01 11 11 12 21 13 31 14 41 15 51 16 6序號序號0 00 00 01 10 02 20 03 30 04 40 05 50 06 60 07 70 08

34、80 09 90 0A A0 0B B0 0C C0 0D D0 0E E0 0F F第一第一行行4 40 04 41 14 42 24 43 34 44 44 45 54 46 64 47 74 48 84 49 94 4A A4 4B B4 4C C4 4D D4 4E E4 4F F第二第二行行1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。 在軟件中設(shè)置溫度的代碼是：30.0（00110011B，00110000B，00101110B， 001

35、10000B，01000011B）；37.0（00110011B，00110111B，00101110B，00110000B， 01000011B）；60（00110110B，00110000B，01000011B）。在液顯電路連接上，LCD1602 顯示模塊可以直接和單片機(jī) AT89C51 直接接口，液晶顯示的 D0D7 八個雙向端口接 AT89C51 單片機(jī)的 P0 口的P0.0P0.7，單片機(jī)的 P0 口可以作為通用的輸入，輸出端口使用，此時，若要驅(qū)動 NMOS 或其他拉電流負(fù)載時，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效，所以中間接 10K 的排阻，來決定顯示器高低點位，是否要顯示。由于

36、VEE 端接電源時接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，對比度過低會使屏幕模糊不清，所以使用時可以通過一個 10K 的電位器來調(diào)整它的對比度。LCD1602 的 RS 寄存器選擇端口接單片機(jī)的 P2.1 口，通過軟件程序中對此端口的設(shè)置來決定選擇的寄存器。液顯的 RW 端口直接接單片機(jī)的 P2.2 口，高電平時進(jìn)行對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行讀數(shù)。使能 E 端接單片機(jī)的 P2.3 口，使能端由高電平到低電平時開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。下圖 3.8 是 LC D1602 顯示電路的連接圖：13圖 3.8LCD 顯示電路連接圖14第四章 軟件設(shè)計設(shè)計的思路是首先初始化

37、系統(tǒng)，然后顯示子程序，開始測溫后復(fù)位各個端口，摁下開關(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)過放大濾波計算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CS 片選端、WR 寫入端同時設(shè)置成低電平，當(dāng)芯片自身產(chǎn)生一個脈沖時，啟動轉(zhuǎn)換。然后 A/D 轉(zhuǎn)換器的CS、RD 同時為低電平 0 時讀取轉(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 D0D7 輸入到單片機(jī)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(jī) 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(jī)進(jìn)行清零，復(fù)位后重新測量讀數(shù)。中斷子程序設(shè)置

38、INT0 為外部中斷，中斷后對 EEPROM 里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，然后通過液晶屏顯示出來，讀取時要對數(shù)據(jù)進(jìn)行一個判斷，AT89C51 單片機(jī)的P3 口除了是多功能 I/O 口外還是第二功能口，它的第二功能是作為控制端口使用的，所以本設(shè)計用 P3.0 串行口輸入端來控制報警系統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)大于37.0，則蜂鳴器報警。顯示溫度的范圍是 3060，當(dāng)所測溫度高于下限或者上限溫度時，報警系統(tǒng)報警。執(zhí)行完一次子命令后運行中斷信號，子程序返回。主程序流程圖如圖 4.1 所示。主程序主要實現(xiàn)以下功能： 1、開機(jī)或復(fù)位時能自動初始化設(shè)備，引導(dǎo)程序正確執(zhí)行。 2、開機(jī)或復(fù)位之后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，對環(huán)境溫度進(jìn)行采樣

39、，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，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。 如圖 4.2 是軟件設(shè)計部分的中斷子程序流程圖，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(zhǔn)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(yīng)延時不盡相同，且電路的延時也很難準(zhǔn)確計算，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算處理。中間又經(jīng)過了

40、 ADC0804 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將結(jié)果轉(zhuǎn)換為可供 LCD 顯示的代碼。 3、讀取溫度時超過預(yù)警溫度，蜂鳴器報警，沒超過直接顯示所測溫度。4、液晶顯示子程序完成最后的溫度。15外部中斷 0 初始化顯示子程序復(fù)位讀取數(shù)據(jù)寫入 EEPROM（超過 37.0度）計數(shù)器加 1計數(shù)器清零數(shù)據(jù)正確滿三次啟動鍵打開結(jié)束NYYNY開始N圖 4.1 主程序流程圖16讀取指令讀取 EEPROM（超過37 度）報警發(fā)送數(shù)據(jù)LCD 顯示中斷返回YN外部中斷入口 圖 4.2 中斷子程序流程圖17第五章小結(jié)5.1 紅外測溫儀的使用注意事項1、必須準(zhǔn)確確定被測物體的發(fā)射率；2、避免周圍環(huán)境高溫物體的影響；3、對于透明材料，環(huán)境溫

41、度應(yīng)低于被測物體溫度；4、測溫儀要垂直對準(zhǔn)被測物體表面，在任何情況下，角度都不能超過30；5、不能應(yīng)用于光亮的或拋光的金屬表面的測溫，不能透過玻璃進(jìn)行測溫；6、正確選擇跟離系數(shù)，目標(biāo)直徑必須充滿視場；7、如果紅外測溫儀突然處于環(huán)境溫度差為 20 或更高的情況下，測量數(shù)據(jù)將不準(zhǔn)確，溫度平衡后再取其測量的溫度值。5.2 改進(jìn)方案 由于普通紅外測溫儀只限于測量物體外部溫度，不方便測量物體內(nèi)部和存在障礙物時的溫度，所以可以在其檢測頭部加一段光導(dǎo)纖維，并在其前端裝一個小視角的透鏡，這樣被測物體的輻射能經(jīng)過透鏡到光導(dǎo)纖維內(nèi)部。在光導(dǎo)纖維里面經(jīng)過多次反射傳至檢測器。因為光纖可以自由彎曲，使輻射能自由轉(zhuǎn)向，這

42、就解決了物體內(nèi)部溫度的測量問題，可以測量有障礙物擋住的角落等地方的溫度。5.3 推廣及應(yīng)用由于 SARS 和 H1NI 甲流的出現(xiàn)(其相似并發(fā)病癥狀之發(fā)燒)，這樣，紅外測溫儀就用于人體溫度的測量和大量人群的初步篩檢。但是非接觸式人體紅外測溫儀測量的是表體溫度而非精確體溫，所以有關(guān)人體表面溫度和傳統(tǒng)的用體溫計測得的腋下溫度之間的相關(guān)性還正在研究之中，且發(fā)表的相關(guān)文章少之又少。到目前為止，還沒有任何結(jié)論性的證據(jù)表明，其中一種溫度可以可靠地、一致性地表示為另一種溫度。本文通過研究部分受試人員的溫度測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：手持式紅外側(cè)溫儀所測得的人體表面溫度與體溫(腋下溫度)相比較，其溫差因人體個體差異而一致性

43、較差。從本設(shè)計試驗結(jié)果來看，如果將溫差判據(jù)確定為 2-4時，將仍然有35%左右的人員漏查和不必要的進(jìn)一步待查。而按照現(xiàn)在一些相關(guān)單位暫時提出的紅外測溫值修正 1-3，那么可能漏查的人員更多！基于普朗克輻射理論的紅外非接觸測溫技術(shù)，由于被測物體均非物理憊義上的黑體(發(fā)射率 =1),而是灰體(發(fā)射率 (,R,)1)，而被測物體的發(fā)射率(,R,)與輻射波長 ，輻射物體表面粗糙度 R，被測物體的材料等有關(guān)，18因而其測溫的準(zhǔn)確度受到限制。相對于工業(yè)用途的紅外測溫來講，人體表面的紅外測溫因每個人的個體差異較大(諸如人體自身對周圍環(huán)境溫度的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，皮膚狀況，化妝，出汗，膚色等)，因而很難準(zhǔn)確地(標(biāo)準(zhǔn)

44、體溫計的準(zhǔn)確度為0.15)地給出人體溫度。19參考文獻(xiàn)（參考文獻(xiàn)（References）1那彥.電子及通信畢業(yè)設(shè)計M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.2程玉蘭.紅外診斷實用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.3趙全利，肖興達(dá).單片機(jī)原理及應(yīng)用教程(第二版)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.4彭承琳.生物醫(yī)學(xué)傳感器原理及應(yīng)用M .北京；高等教育出版社，2000.5何希才.傳感器及其應(yīng)用實例M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.6黃賢武，鄭筱霞.傳感器實際應(yīng)用電路設(shè)計M.成都：電子科技大學(xué)出版社，1997.7何志彪，黃光，易新建.熱釋電紅外測溫方程的研究J.紅外技術(shù)，1999.8陳繼

45、述.紅外探測器M .北京：國防工業(yè)出版社，1986. 9胡乾斌，李光斌，李玲，等單片微型計算機(jī)原理與應(yīng)用 M .武漢：華中理工大學(xué)出版社，1997.10柳剛，黃竹鄰，周昊，王雙保，易新建.非接觸式紅外研制M.光電子科技與信息， 2005.11陳永甫.紅外探測與控制電路M .北京：人民郵電出版社，2004：290-320.12何希才.傳感器及其應(yīng)用電路M .北京：電子工業(yè)出版社，2001：746，177191.13馬殿閣.多路紅外溫度監(jiān)測儀J .電子測量技術(shù)，1993(3)：5556.14劉瑞新.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7.15無線電雜志社.無線制作精匯M .北

46、京：人民郵電出版社，2005.16趙亮.單片機(jī)語言編程與實例M .北京：人民郵電出版社，2003.17閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M .北京：高等教育出版社，2006.5.18謝嘉奎.電子線路非線性部分（第四版）M .北京：高等教育出版社，2000.20致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，我首先非常感我的導(dǎo)師彭嵐峰老師孜孜不倦的指導(dǎo)，做設(shè)計的過程中彭老師多次詢問進(jìn)程，并為我指點迷津。她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝何尚平老師，在導(dǎo)師帶實習(xí)生去蘇州實習(xí)時對我的詢問不耐煩的給我講解、指導(dǎo)，幫助我開拓研究思路、精心點撥、熱忱鼓勵。又給了我很

47、多參考資料。何老師作為一個老師對不是自己的學(xué)生耐心之極，很令人欽佩，是優(yōu)秀的師德。 我還要感謝在一起愉快的度過四年生活的謝碧芳同學(xué)，葉棟蘭同學(xué)，柳諺和曹李華同學(xué)，正是由于他的幫助和督促，我才能克服一個個的困難和疑惑，直至今天的順利完成。21附錄 1 PCB 板圖22附錄 2 3D 效果圖正面圖反面圖23附錄 3 程序# include /頭文件# include # include # include # include # include # include /測溫頭文件#include /液晶顯示頭文件sbit upalarm=P30;/上限溫度報警信號sbit dc_motor_run=

48、P26;/超過上限溫度,報警 bit up_one,down_one; /加 1 和減 1 標(biāo)志bit alarm_up_flag; /上限報警設(shè)置標(biāo)志bit set_temper_flag;/設(shè)置控制標(biāo)志溫度標(biāo)志bit alarm_switch;/報警開關(guān)bit set_temper_dot_flag;unsigned char user_temper=37; /用戶標(biāo)定溫度unsigned char TH=30,TL=20,RS=0 x3f; /上限溫度 50,下限 20,分辨率 10 位,也就是 0.25Cunsigned unsigned char t2,*pt;/用來存放溫度值,測溫

49、程序就是通過這個數(shù)組與主函數(shù)通信的unsigned char TempBuffer117=0 x2b,0 x20,0 x30,0 x30,0 x2e,0 x30,0 x30,0 x20,0 x53,0 x45,0 x2b,0 x20,0 x30,0 x30,0 x2e,0 x30,0;/顯示實時溫度,上電時顯示+ 00.00 SET+ 00unsigned char TempBuffer017=0 x54,0 x48,0 x3a,0 x2b,0 x20,0 x30,0 x30,0 x20,0 x54,0 x4c,0 x3a,0 x2b,0 x20,0 x30,0 x30,0 x20,0;/顯示

50、溫度上下限,上電時顯示 TH:+ 00 TL:+ 00unsigned char code dotcode4=0,25,50,75;因顯示分辨率為 0.25,但小數(shù)運算比較麻煩,故采用查表的方法*再將表值分離出十位和個位后送到十分位和百分位*/void sounddelay();void tempsound();24/*用戶設(shè)定溫度轉(zhuǎn)換為 LCD 顯示數(shù)據(jù)*功能:將用戶設(shè)定溫度 user_temper,分離出符號位,百、十、個位 并將它們轉(zhuǎn)化為 ACSII 碼,送到液晶顯示緩沖區(qū)void user_temper_LCD(unsigned char temper)TempBuffer110=0

51、x2b; / /0 x2B 為+的 ASCII碼TempBuffer111=temper/100+0 x30; /分離出 temper 的百十個位 if( TempBuffer111=0 x30) TempBuffer111=0 xfe; /百位數(shù)消隱 TempBuffer112=(temper%100)/10+0 x30; /分離出十位 TempBuffer113=(temper%100)%10+0 x30; /分離出個位TempBuffer115=user_dot_temper+0 x30;/*溫度轉(zhuǎn)換為 LCD 顯示數(shù)據(jù)*功能:將報警溫度,分離出符號位,百、十、個位,并將它們轉(zhuǎn)化為 AC

52、SII 碼,送到液晶顯示緩沖區(qū)void alarm_LCD( unsigned char TH, unsigned char TL) TempBuffer03=0 x2b;/0 x2B 為+的 ASCII 碼if(TL0 x7f) else TempBuffer011=0 x2b; /0 x2B 為+的 ASCII 碼TempBuffer04=TH/100+0 x30; /分離出 TH 的百十個位 if( TempBuffer04=0 x30) TempBuffer04=0 xfe; /百位數(shù)消隱 TempBuffer05=(TH%100)/10+0 x30; /分離出十位 TempBuffe

53、r06=(TH%100)%10+0 x30; /分離出個位 TempBuffer012=TL/100+0 x30; /分離出 TL 的百十個位 if( TempBuffer012=0 x30) TempBuffer012=0 xfe; / /百位數(shù)消隱 TempBuffer013=(TL%100)/10+0 x30; /分離出十位25 TempBuffer014=(TL%100)%10+0 x30; /分離出個位/*溫度轉(zhuǎn)換為 LCD 顯示數(shù)據(jù)*功能:將兩個字節(jié)的溫度值,分離出符號位,整數(shù)及小數(shù) 并將它們轉(zhuǎn)化為 ACSII 碼,送到液晶顯示緩沖區(qū)void temper_LCD(void) un

54、signed char x=0 x00,y=0 x00; t0=*pt; pt+; t1=*pt; else TempBuffer10=0 x2b;/0 xfe 為變+的 ASCII 碼 t1=4; /右移 4 位 x=x&0 x0f;/和前面兩句就是取出 t0的高四位,t0的低四位代表小數(shù) t1=t1|x; /將高低字節(jié)的有效值的整數(shù)部分拼成一個字節(jié) soundvalue1=t1; if(t1user_temper) dc_motor_run=1; /如果溫度高于用戶標(biāo)定溫度,則報警 else dc_motor_run=0; TempBuffer11=t1/100+0 x30; /+0 x30 為變 09 ASCII 碼 if( TempBuffer11=0 x30) TempBuffer11=0 xfe; /百位數(shù)消隱 TempBuffer12=(t1%100)/10+0 x30;/分離出十位 TempBuffer13=(t1%100)%10+0 x30; /分離出個位26 t0=t0&0 x0c; /取有效的兩位小數(shù) t0=2; /左移兩位,以便查表 x=t0; y=dotcodex;/查表換算成實際的小數(shù) soundvalue2=y; TempBuffer15=y/10+0 x30;/分離出十分位 TempBuffer16=y%10+0 x30;/分離出百分位