红外测温仪毕业设计总结.docx

红外测温仪毕业设计总结.docx

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红外测温仪毕业设计总结

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况。

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义。

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0.76～100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、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——0～5V，1～5V，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。

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Flash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）FlashROM；

·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，主要接收5~14um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

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0~5V,增加一些外部电路后，输入模拟电压为±5V。

此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，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D0~D7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EEPROM存储器。

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，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，进行整体调试。

软件的调试主要有语法错误和逻辑错误两类。

系统软件调试方法如下：

1）软件在各个子程序模块调试都正确后，再将相互有关系的模块逐块组合

起来加以调试，以解决在程序模块连接中可能出现的逻辑错误。

2）对所有程序模块的整体组合调试是在与系统联机后进行的。

致谢

经过将近一个多月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

这次毕业论文能够得以顺利完成，是所有指导过我的老师，帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。

我要在这里对他们表示深深的谢意！

首先感谢我的指导老师——张鹏老师，感谢张老师对本论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给予细心的指引和教导，使我对本次设计有了深刻的认识，并最终得以完成毕业论文，同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多关于单片机和传感器方面的知识，实验技能有了很大的提高。

其次要感谢和我一起作毕业设计的同学们，他们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计。

因为有了他们的努力工作，此次设计的完成才会如此顺利。

感谢我身边所有的朋友与同学们，谢谢你们三年来的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。

这里，对关心、帮助过我的老师和同学们表示衷心地感谢！

最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢！