红外快速人体温度检测装置的设计与开发.doc

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毕业设计（论文）

题目：

红外快速人体温度检测装置的设计与开发

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指导教师职称

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毕业设计（论文）

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；译码显示；超标报警

ABSTRACT

Thesystemisconsistedoftps334infraredtemperaturesensor,highaccuracyamplifier，thesixteenserialdigitalA/DswitchAD7705ofbinarychannels,singlechipofAT89C51,decodingdemonstrationmodule,warningcircuitandsoon.Sothenon-contacttypeinfraredclinicaltemperaturedetectingisrealized．Itcanbeaccuratetomeasurethetemperatureofhumanbodyinashorttime,butifthetemperatureisbeyondsomecertainscope,policeelectriccircuitwouldbeinusetocarryonasupermarktoreporttothepoliceelectriccircuitintime.Thearticlediscussedbasicprincipleoftheinfrarednon-contactclinicalthermometer,hasproposedtheconcretedesignproposal,andhascarriedonthefeasibleprooftest.Wehaveofferedthecircuitdiagram,theprogramflowdiagramandthesourceprogramisalsoattached.Sincewehavetakeadvantageofthesingle-chipandthedigitalcontrolsystem,thefunctionsofthesystemhavebeenimprovedstrikingly.

Keywords:

InfraredTemperatureSensor;FastCheck;A/DSwitch;DecodingDisplay;ExceededAlarm

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

1引言 1

1.1发展概况 1

1.2红外测温仪的优点与缺点 1

1.2.1红外测温仪的优点 1

1.2.2红外测温仪的缺点 2

1.3红外快速人体温度检测装置的研究意义 2

2红外快速人体温度检测装置的框架构思 4

2.1设计思路 4

2.2方案比较 4

2.3系统方框图及测量原理 5

2.3.1系统整体方框图 5

2.3.2测量原理 5

3系统设计与工作原理 7

3.1系统组成 7

3.2单元电路设计 7

3.2.1传感器的选用 7

3.2.2测量电路设计 9

3.2.3信号处理电路设计 11

3.2.4译码显示电路设计 20

3.2.5报警电路 20

3.2.6电源电路的设计 21

3.3系统工作原理 23

4软件设计 24

4.1算法设计 24

4.1.1热敏电阻测量温度算法设计 24

4.1.2热电堆信号算法设计 24

4.2程序设计 24

5结论 27

参考文献 28

致谢 29

附录 30

IV

1引言

1.1发展概况

目前，国内传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表）、医用电子接触式温度计（常用热敏电阻作为它的感温元件）等插入人体内部（舌下、肛门）或置于腋下，通过与人体接触使温度计测出人的体温。

但这些体温计的缺点是测量的速度慢（约2分钟以上）。

读数相对困难，易破碎，且一旦破碎，里面的水银流淌出来会污染环境，在使用时容易因消毒不彻底而引起交叉感染。

红外快速检测人体温度装置，有效地避免国内传统的体温测量的缺点，能够在机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所，快速，准确，没有交叉感染地测出人体温度。

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，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

在2003年全国防“非典”斗争中，中科院上海技术物理研究所在863计划高技术成果的基础上对红外技术应用于非接触式测温进行了深入研究，在短时间内开发成功了“非接触式红外测温仪”，打开了国内“非接触式测量”的新篇章，但由于这种装置受一定因素影响，测量结果还有待进一步进行校正。

在国外，非接触式红外测温仪已经非常先进了，自1999年就有许多国家致力于这方面的开发研究，到现在为止很多国家的产品已经达到国际先进水平，并已广泛应用于各个领域。

比如：

美国早在2001年就颁布了有关红外测温仪的计量标准，美国雷泰公司生产的ST系列红外测温仪已达到世界领先水平。

由于红外测温仪测量温度范围宽，除了用于人体温度检测外，还可用于电器的红外测温、供暖的红外测温、运输/汽车维修时的红外测温等各个领域。

因此，它具有广泛的开发前景！

1.2红外测温仪的优点与缺点

1.2.1红外测温仪的优点

（1）非接触测量：

它不需要接触到被测温度场的内部或表面，因此，不会干扰被测温度场的状态，测温仪本身也不受温度场的损伤。

（2）测量范围广：

因其是非接触测温，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。

一般情况下可测量负几十度到三千多度。

（3）测温速度快：

即响应时问快。

只要接收到目标的红外辐射即可在短时间内定温。

（4）准确度高：

红外测温不会与接触式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：

只要物体温度有微小变化，辐射能量就有较大改变，易于测出。

可进行微小温度场的温度测量。

（6）温度分布测量，以及运动物体或转动物体的温度测量。

使用安全及使用寿命长。

（7）安全。

安全是使用红外线测温仪最重要的益处。

不同于接触测温仪，红外线测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标温度，在仪器允许的范围内读取目标温度。

非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区域进行，像蒸汽阀门或加热炉附近，他们不需在冒接触测温时一不留神就烧伤手指的风险。

高于头顶25英尺的供/回风口温度的精确测量就在手边测量一样容易。

红外测温仪有激光瞄准，便于识别目标区域。

1.2.2红外测温仪的缺点

（1）易受环境因素影响（环境温度，空气中的灰尘等）。

（2）对于光亮或者抛光的金属表面的测温读数影响较大。

（3）只限于测量物体外部温度，不方便测量物体内部和存在障碍物时的温度。

1.3红外快速人体温度检测装置的研究意义

随着现代科学技术不断发展成熟与日益完善，红外线测温仪凭借其准确、快速、直观等特点，广泛应用于各行业，实时地在线监测和诊断设备故障。

近20年来，非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大，市场占有率逐年增长。

红外线测温仪技术在生产过程中，在产品质量控制和监测，设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了着重要作用。

这里设计的红外快速检测人体温度装置，由TPS334红外温度传感器、高精度放大器、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，从原理上进行设计计算，并进行初步的制作与调试。

通过自己手动设计与开发红外快速检测人体温度装置，提升我们的动手设计能力，团队合作与学习的能力，同时也让大家熟悉日常生活中接触的先进仪表的基本原理，培养大家科学的人生观和求实的实践观。

2红外快速人体温度检测装置的框架构思

2.1设计思路

本设计中采用的红外传感器是PerkinElmerOptoelectronics的TPS334。

单片机是TI公司的带有LCD驱动的低功耗单片机，可以直接与LCD屏相连而不需要另外的驱动电路，它最多可以显示96段。

ADC采用的是AD公司带有恒定电流源的高精度的16位∑-△AD，它为两路输入，一路与热电堆相连，另一路与热敏电阻相连。

恒定电流源可以用于补偿电路中驱动热敏电阻。

红外传感器的两路输出（热电堆输出电压信号和热敏电阻两端电压信号）送到ADC，然后送到单片机，经单片机查表分别得出热电堆的两端温差和环境温度，并两值相加求出物体的真实温度，并把结果送到LCD进行显示。

2.2方案比较

方案1：

模拟处理方法

模拟电路的处理法就是将热敏电阻和热电堆的信号通过放大器进行比较，得出相应模拟电信号转换成相应温度。

其电路原理图，如图2.1所示。

在有限的温度范围内，热敏电阻的阻值与温度的4次方近似为线性关系。

即，其中Ro,是常数。

由黑体定律知道可以通过调整2个放大器的放大倍数，可使得输出信号只与被测物体温度的4-次方成线性关系，去除由环境温度而产生的输出分量，由此可确定物体温度，因而模拟处理方法的测量精度不高，不能达到测量体温的要求，但灵活性好，可以通过调节放大倍数以适合不同物体的温度测量。

方案2：

数字处理法

数字处理法原理是将热敏电阻和热电堆的信号转换成电信号经放大，通过A/D转换由单片机采集数据在内部计算处理可以得到相应的温度值。

这种数字处理法可以得到更高的精度。

它的精度由传感器的性能和A/D转换的位数决定。

数字处理法的框图如图2-2所示。

方案比较与论证：

方案1的精度得不到保证，一般只能用于工业上，不能用于人体温度测量。

方案2采用数字处理法，通过对信号进行放大，提高A