红外快速检测人体温度装置设计尚俊

本科毕业论文（设计）论文题目 ： 红外快速检测人体温度装置设计姓名 ： 学号 ： 班级 ： 年级 ： 专业 ： 学院 ： 指导教师 ： 完成时间 ： 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。特此声明。作者专业： 作者学号： 作者签名： 2017 年 3 月 24 日武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸红外快速检测人体温度装置设计尚俊The Design of Infrared Rapid Detection of Human Body Temperature DeviceShang, Jun2017 年 03月 24 日武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸1摘 要红外快速人体温度检测装置系统由 TPS334 红外温度传感器、高精度放大器、双通道 16 位串行 A/D 转换器 AD7705、AT89C51 单片机、译码显示模块与报警电路等部分构成，实现非接触式红外快速测温，它能够在较短的时间内准确测量出人体的温度，而在测得温度超出某一范围时即启用报警电路进行超标报警。文中提出了具体设计方案，讨论了红外非接触式体温计的基本原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系统的各方面性能得到了显著的提高。关键词：红外温度传感器；快速检测；A/D 转换器；超标报警武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸IIAbstractInfrared rapid body temperature detection device system by TPS334 infrared temperature sensors, high precision amplifier, dual channel 16 bits serial A/D converter AD7705, AT89C51, decoding display module and alarm circuit components, such as rapid non-contact infrared temperature measurement, it can in A relatively short period of time accurately measure the temperature of the human body, and the measured temperature beyond A certain range is enabled when excessive alarm alarm circuit. This paper puts forward the concrete design scheme, and discusses the basic principle of infrared non-contact thermometer, has carried on the feasibility. The circuit diagram and program flow chart are given with the active program. Due to use of the advantages of the single-chip microcomputer and digital control system, and the various aspects of performance has been significantly improved.Keywords: Infrared Temperature Sensor; Rapid Detection; A/D Converter; Excessive Alarm 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸III目 录摘 要 .IAbstract .II1 引 论 .12 红外测温原理 .12.1 红外测温的基础理论 .12.2 人体红外测温仪的性能指标及作用 .12.3 影响温度测量的主要因素及修正方法 .22.4 人体红外线测温仪的特点 .23 红外快速人体温度检测装置的框架构思 .13.1 设计思路 .13.2 方案初步设计 .13.3 系统方框图及测量原理 .14 系统设计与工作原理 .14.1 系统组成 .14.2 单元电路设计 .15 软件设计 .1结 语 .3致 谢 .4主要参考文献 .5附 录 .6武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸11 引 论在临床医学中，体温是一个及其重要的生理参数。病人的体温为医生提供了极为重要的生理状态的各种信息。传统的水银式体温计和电子式体温计是通过口腔、腋窝、直肠等直接接触体表来测量人体的平均温度。其缺点是测量时间比较长，受测量位置的影响较大，给使用者带来诸多不便。红外辐射式体温仪应用红外线辐射测量原理实现了人体体温的非接触测量，非接触式人体体温测量是一种理想的解决方法，该测量装置不会对人体构成任何威胁。现在市场上普遍应用德国 TPS334 表面温度测量传感器，用其进行非接触式测量的体温仪具有精度高、成本低、安全的特点，市场应用前景广泛。本文设计的红外快速测量人体温度的装置，是由 TPS334 红外温度传感器、双信道 A/D 转换器 AD7705、AT89C51 单片机、LCD1602 液晶显示屏、报警和时钟电路等电路组成，从原理的设计到方案的论证，最后到实际制作和调试，都达到了预期的效果。武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸12 红外测温原理2.1 红外测温的基础理论在自然界中，一切温度高于绝对零度（-273.15C）的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器相关的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量，然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例；双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。2.2 人体红外测温仪的性能指标及作用总体上来说，测温范围、显示分辨率、精度、工作环境温度范围、重复性、相对湿度、响应时间、电源、响应光谱、尺寸、最大值显示、重量、发射率等都是红外线测温仪的性能指标。(1) 确定测温范围：测温范围是测温仪最重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。(2) 确定目标尺寸：红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪（辐射比色测温仪）。对于单色测温仪，在进行测温时，被测目标面积应充满测温仪视场。否则背景会干扰测温读数，造成误差。对于双色测温仪，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。 (3) 确定距离系数（光学分辨率）：距离系数由D ：S之比确定，即测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标直径之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高，测温仪的成本也越高。(4) 确定波长范围 ：目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱相应武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸2波长对于高反射率合金材料，有低的或变化的发射率。(5) 确定响应时间：响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有 关。(6) 信号处理功能：鉴于离散过程（如零件生产）和连续过程不同，所以要求红外测温仪具有多信号处理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。(7) 环境条件考虑：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度甚至引起损坏。(8) 红外辐射测温仪的标定：红外测温仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。2.3 影响温度测量的主要因素及修正方法影响红外人体测温仪的因素有：测温目标大小与测温距离的关系、测量温度时的环境因素、强光背景里目标的测量和温度输出功能。(1) 测温目标大小与测温距离的关系：在不同距离处，可测的目标的有效直径D是不同的，因而在测量小目标时要注意目标距离。人体红外测温仪距离系数K的定义为：被测目标的距离L与被测目标的直径D之比，即K=L/D。 (2) 选择被测物质发射率：人体红外测温仪一般都是按黑体（发射率=1.00）分度的，而实际上，物质的发射率都小于1.00。因此，在需要测量目标的真实温度时，必须设置发射率值。物质发射率可从辐射测温中有关物体发射率的数据中查得。(3) 测量温度时的环境因素：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大的影响，应予考虑并适当解决，否则会影响测温精度。本设计中正是利用了PM611热释电红外线传感器可以补偿温度起伏的作用，实现准确测温。 (4) 强光背景里目标的测量：若被测目标有较亮背景光（特别是受太阳光或强灯直射），则测量的准确性将受到影响，因此可用物体遮挡直射目标的强光以消除背景光干扰。 (5) 温度输出功能：首先模拟信号输出：05V，15V，010V，0/420毫安，可以加入闭环控制中。其次高报警、低报警:在生产过程中要求控制温度在某个范围里，可设置高，低报警值。高报警：在高报警设置打开的情况下，当温度高于高报警值，相应的LED灯闪烁，蜂鸣器响，并有AH常开继电器接通。由于在温度测量时是在不确定的环境中进行的，所以外界环境会对测温造成一定的影响，对测量结果产生误差，所以要对环境温度有一个修正。 武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸32.4 人体红外线测温仪的特点人体红外测温仪是通过接收人体发射的红外线的能量的大小来测量其体温的仪器。测温仪内部的灵敏探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显示。所以人体红外测温仪具有以下优点：(1) 非接触测量：它不需要接触到人体，只需在额头前方5厘米左右测温即可，而且红外探测器只需感应人体辐射的红外线。因此，不会干扰人体，也不会为人体带来损伤。(2) 测量范围广：因为人体红外测温仪是非接触式测温，所以测温仪并不处在较高或较低的温度场中，而是工作在正常的温度或测