红外测温仪毕业设计总结

1、由于医学发展的需要， 在很多情况下， 一般的温度计己经满足不 了快速而又准确的测温要求， 例如车站和机场等人口密度较大的地方 进行人体温度测量。 虽然现在国外这种测温的技术都比较成熟， 但是 国内这方面的技术还处于发展阶段。 因此，为了适应医学发展的需要， 有效地进行特殊环境下的温度测量，从而有力地控制和预防诸如甲 流、非典之类型的特殊疾病的传播，急需设计一种测温速度快，准确 率高的测温仪。为了克服传统温度计测量温度的主要缺点需要测量者与被 测目标近距离接触和测量不方便， 在顾及仪器测量高精度前提下， 以 追求最低成本为原则， 研制了非接触式热释电红外测温仪， 实现了对 物体表面温度快速准确的

2、测量。 红外测温仪的设计主要为适应人体体 温快速无接触测量的需要。伴随着人们生活水平的不断提高以及对生活质量要求的提高， 人 们对自身的健康状况越来越关注，而人体的体温、血压、脉搏和呼吸 是鉴别人体健康状况的重要参数， 对这些生理指标的监控与测量则可 以更好的体现人体自身的健康状况， 所以他们在医疗领域中占有十分 重要的地位，也为人民的生活带来极大的方便。本次设计主要围绕体温这一生理指标展开，以 AT89S52 单片机 为控制核心对温度进行实时采集， 开发设计红外测温仪的全过程， 根 据红外线测温仪的原理， 通过关键器件的选择以及温度补偿的自动调 节来提高红外线测温仪的精确度， 设计了一种非接

3、触式人体体温测试仪，用于人体体温的快速测量。本次设计的主要内容是利用单片机和传感器完成人体体温的非 接触式测量。 该系统主要应用在人们的日常生活中， 对人们了解自身 的健康状况至关重要。整个系统的设计简洁，准确，快速，方便。设 计的核心部分选用 AT89S52芯片和 PM611 红外温度传感器。另外， 软件程序的设计包括数据采集程序， A/D 转换程序，显示程序等。红外检测是一种在线监测 （不停电 ）式高科技检测技术，它集光电 成像技术、计算机技术、图像处理技术于一身，通过接收物体发出的 红外线（红外辐射 ），将其热像显示在荧光屏上，从而准确判断物体表 面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等

4、优点。任何物体由于其 自身分子的运动， 不停地向外辐射红外热能， 从而在物体表面形成一 定的温度场，俗称“热像” 。红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布， 从而判断设备发热情设计的目的与意义生理参数是人体最重要、 最基本的生命指标， 对危重病人进行生 命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一， 它有利于对有生命危险的伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理， 完 善病人的医疗护理以及研究人体对环境变化的反应都有着重要的意此设计的目的是在理论学习的基础上， 通过完成一个涉及 MCS-51 单片机多种资源应用，并具有综合功能的小目标板的设计与编程应

5、 用，并在进行相关课程设计基础上进行的一次综合设计。 通过查阅资 料，接口设计，程序设计，安装调试，整理资料等环节，从而掌握工 程设计方法和组织实践的基本技能，熟悉开展科学实践的程序和办 法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础， 学会灵活运用已经学 过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。因此研制一套可应用于个人家庭、方便携带、结构简单、测量速 度快、实时性好的人体体温测试仪尤为重要。人们可以足不出户，在 家中可随时对自己生理指标进行测试， 监测自己的身体状况， 做到提 前预防，提高生命质量。红外基础理论红外线的波长在 0.76 100m之间，按波长的范围可分为近红 外、中红

6、外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置 是处于无线电波与可见光之间的区域。 红外线辐射是自然界存在的一 种最为广泛的电磁波辐射， 它是基于任何物体在常规环境下都会产生 自身的分子和原子无规则的运动， 并不停地辐射出热红外能量， 分子 和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。而红外线测温仪的性能指标包括： 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。影响温度测量的主要因素影响红外人体测温仪的因素有：1）测温目标大小与测温距离的关系：在不同距离处，可测

7、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/D2）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

8、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 ，0 10V，0/4 20 毫安，可以加入闭环控制中。其次高报警、低报警 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，并有相应继电器接通或断开。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

9、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温 仪允许的条件下进行测量的，所以测量范围比较广。3）测温速度快：即响应时间快。红外探测器中灵敏元非常灵敏， 只要接收到目标红外辐射即可在短时间内测温。4）准确度高：人体红外测温不会与普通测温一样破坏物体本身 温度分布，因此测量精度高

10、。5）灵敏度高：只要人体温度有微小变化，辐射能量就有较大改 变，易于测出，而且使用安全及使用寿命长。6）体积小，方便携带。7）受外界环境温度干扰较小：由于本设计中所使用的红外探测 器是带补偿电路的，所以它可以补偿外界环境温度的高低起伏。 红外测温仪的硬件设计红外测温仪是利用红外传感器对被测目标时的热辐射进行采集， 通过转换电路将红外传感器采集到的光信号转换成电信号， 再将电信 号通过放大电路， A/D 转换等单元电路处理后送到单片机中，最后单 片机将带有数据信息的电信号进行分析处理， 将电信号转变成与之相 对应大小的温度值显示输出。 其中要解决的问题有： 体温信号的非接 触测量、微弱电压信号的

11、放大、传感器的环境温度补偿等。其中体温 测量选用红外热释传感器 PM611、LM324进行电压放大、 ADC0804进 行模数转换，系统控制及数据处理等功能都用 AT89S52单片机实现， 通过驱动共阴极 LED数码管进行显示。 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、报警电路等部分组成。在一个系统的硬件设计中应选择合适型号的单片机后， 进行系统 所需的扩展和配置。 按照系统功能要求进行扩展和配置外围设备。 要 设计合适的接口电路，系统的扩展和配置应遵循以下原则：1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系 统的标准化、 模块化打下良好的基础。本次设计选

12、取的是 AT89S52单片机。2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能 要求，并留有适当余地，以便二次开发。3）系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。4）可靠性及干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。5）单片机外围电路较多时，应考虑其驱动能力。驱动能力不足 时，系统工作不可靠， 可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片 功耗来降低总线负载。6）工艺设计必须考虑安装、调试、维护的方便。单片机的选型为了硬件系统的标准化、模块化、便于二次开发，本次设计 选取的单片机型 号是 AT89S52。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 八位微控制器，具有 8KB 的系统可编程 Fla

13、sh 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器 技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 AT89S52 具有 以下标准功能： 8K 字节 Flash，256字节 RAM ，32位 I/O 口线，看 门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器/计数器，一个 6 向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模 式下， CPU停止工作，允许 RAM 、定时器/计数器、串口、中断继续 工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机 一切工作停止，直到下一个

14、中断或硬件复位为止。1.AT89S52 的主要特点是： 与 MCS-51 单片机产品兼容； 8k 可反复擦写 （1000 次）Flash ROM ； 全静态操作： 0Hz 33Hz ； 三级加密程序存储器； 32 个可编程 I/O 口线； 3个 16 位定时器 /计数器； 8 个中断源；全双工 UART 串行通道； 低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒； 看门狗定时器及双数据指针；掉电标识和快速编程特性；热释电温度传感器的选型本设计的探头使用的是红外线传感器，它能接收人体发射 出的红外线并使之转换成电压信号。 设计选用的是 PM611单元热释电 传感器，它是一种专门用于非接触式测量体温的器件

15、，主要接收 514um之间的红外线。被测物体的辐射能经过窗口和光阑聚焦在接 收元件（热电堆） 的受热片上， 受热片上有 60只串联的热电偶， 每只 热电偶的热端在受热片的中央部位围成一圈， 焊接在一起， 从引线就 可以得到所有电偶的热电势之和。 这种结构设计具有较小的热惯性和 较高的灵敏度，传感器采用负温度系数电热调节器进行环境温度补偿。这种传感器虽是单灵敏元，由于他采用一个接收元和二个并联 的补偿元串接的结构， 故也能有效地补偿环境温度起伏， 振动等干扰 影响。他的工作温度是 -20 +100 ，特别适合测量人体的温度。 而且 PM611各项指数都比较好，因此选用了它做温度仪的探头。放大电路

16、由于传感器探测到的人体红外线信号较弱， 当转化为电压后需要 通过放大器放大电压信号。 因为探测器测到的信号可能掺杂了外界环 境的某些因素， 所以放大电路中要加入低通滤波电路把多余的杂信号 过滤掉。模数转换电路由于传感器探测到红外线后被放大的是模拟信号，然而需要在 LED上显示出来，所以本设计利用模数转换器来实现这个功能。因为 只用到了一个输入信号，所以为了节省不必要的累赘，采用 ADC0804 把有用的模拟信号转换成数字信号，最后显示出来。ADC0804是用 CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。 分辨率 8 位，输入电压范围是 05V, 增加一些外部电路后，输入模 拟电压为 5V。此

17、芯片内有输出锁存器，当与计算机连接时，转换电 路的输出可以直接连接在 CPU数据总线上，不用再加接口电路。整体电路本设计采用 AT89S52 系列单片机进行数据的采集存储和处理。 由于信号只有一个输入，为了避免不必要的消耗，本设计 A/D 转换 器采用的是 ADC0804 。芯片的 CLKIN 端和 CLKR 端配合可以由芯片 自身产生时钟脉冲。 测量物体表面辐射能量的热释电传感器选用的是 尼赛拉传感器有限公司的 PM611 型热释电传感器，它有效调节外界 环境的温度起伏影响，显示器采用 4片 8 位 LED 数码管。 红外测温仪的软件设计主程序设计设计的思路是首先初始化系统， 然后显示子程序

18、， 开始测温后复 位各个端口，摁下开关 ，接通电源，确定打开电源后 A/D 模数转换 器 Vin （+）输入端读取经过放大滤波计算后的数据进行模数转换， CS片选端、 WR写入端同时设置成低电平，当芯片自身产生一个脉冲 时，启动转换。然后 A/D转换器的 CS、RD同时为低电平 0 时读取转 换输出的数据， 转换后的数据存入模数转换器自身的锁存器里， 由输 出端口 D0D7输入到单片机的 P0口中。读取三次数据，满三次后读 数正确的写入单片机 EEPRO存M 储器。同时计数器加 1，继续读取下 一组数据。如果读数满三次后数据不正确，则要对单片机进行清零， 复位后重新测量读数。主程序主要实现以下

19、功能：1）开机或复位时能自动初始化设备，引导程序正确执行。2）开机或复位之后启动 A/D 转换，对环境温度进行采样，并在 显示器上显示当前环境温度。3）保持环境温度显示的同时，对覆盖热释电探测器视场的物体 表面的红外辐射进行转换和采样， 并比较各采样值， 直到采样值为热 释电探测器响应的峰值电压为止。子程序主要实现以下功能：1）A/D采样子程序完成对热释电传感器放大电路输出信号的采 样。要实现准确测温就必须得到输出信号的峰值，但在实际电路中， 由于探测器响应延时不尽相同， 且电路的延时也很难准确计算， 所以 要准确采集到峰值是十分困难的。 为此，我们只有对输出信号不断地 进行采样，并比较各样值

20、，取其中的最大者作为峰值的近似值2）数据处理子程序完成对采样值的计算处理。中间又经过了 ADC0804数模转换器将结果转换为可供 LED显示的代码。3）读取温度时超过预警温度，蜂鸣器报警，没超过直接显示所 测温度。4) 显示子程序完成最后的温度显示系统调试系统硬件调试绘制完成原理图之后，根据原理图焊接电路板。焊接完成后，首 先目测焊点是有虚焊或漏焊现象， 再用万用表测量各个芯片间连接和 电源与地间的连接是否正确，系统硬件调试方法如下：1) 对印刷电路板质量检查、测试，是否同印刷制电路板图一 致。对所用的元器件质量检查。两者无误后进行下一步。2) 按照印刷电路板上的器件名称、表识焊接好各个元器件。3) 采用万用表、示波器、信号发生器等一般调试工具和测试软 件对硬件电路电气性能测试，看是否能正常工作。系统软件调试软件调试采用模块化调试方法， 每一模块逐一调试， 然后再将所 有模块组合一起