毕业论文-红外快速检测人体温度装置的设计与研制.doc

1、编号: 200600802079 毕业设计题 目 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 指导教师 王春玲 学生姓名 秦军红 学 号 200600802079 专 业 电子信息工程 教学单位 物理系 （盖章） 二O一O年 六月 一日目 录摘要及关键词引言1. 设计思路与原理方框图1.1设计思路1.2系统方框图及测量原理2. 器件选择2.1红外器件的选择2.2 LM358放大器件2.3温度传感器DS18B202.4 A/D转换器TLC5492.5 AT89C51单片机2.6显示器件LM016L3.电路设计3.1复位电路设计3.2上下限温度控制电路3.3报警电路3.4显示电路3.5 P7187红外传感电路4. 系统的调试仿真5.源程序参考文献致谢 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 秦军红(德州学院物理系，山东德州253023)摘 要 系统由红外热释传感器、温度传感器DS18B20、高精度放大器、A/D转换器TLC549、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

2、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。具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好等优点；同时也有测量值受被测物体发射率、反射热源、气氛干扰影响的弱点。关 键 词 红外热释传感器；温度传感器；快速检测；非接触测量；A/D转换器；单片机；译码显示；超标报警Abstract This system by infrared pyroelectric sensor， temperature sensor DS18B20, high accuracy amplifier，A/D switch TLC549, AT89C51 microcomputer master control part constitution ,decoding demonstration module and warning circuit . Realized the non-contact type infrared clinic

3、al thermometerIt can be accurate in shorter time to measure a temperature of human body, but at measure the temperature outrun some one scope be in use to report to the police electric circuit to carry on a super mark to report to the police namely. In the article discussed the infrared non- contact type clinical thermometer basic principle, proposed the concrete design proposal, and has carried on the feasible proof. And we have produced the circuit diagram and the program flow diagram and atta

4、ch the source program. Follow-on trend of abroad digitize was at present complied with in the design of this system, and the exploit singly merit of piece machine and numerical control system makes the each side function of system get the notable raise. With a temperature high resolution, fast response, non-disturbance measured target temperature distribution field, high accuracy and stability and good; also have measured values by the measured object emissivity, reflective heat, the atmosphere

5、disturbances weaknesses.Key words Pyroelectric Infrared Sensors， temperature sensor，fast check，non contact measurement, A/D switch，single chip computer, decoding demonstration, excess warning 引言目前，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）。玻璃水银温度计还易碎，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。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，

6、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！ 这里设计的红外快速检测人体温度装置，由红外热释传感器、温度传感器DS18B20、高精度放大器、A/D转换器TLC549、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。1. 设计思路与原理方框图1.1 设计思路本设计中采用的热释电红外传感器是PerkinElmer Optoelectronics的P7187。温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的DS18B

7、20。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。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并将结果送到LCD进行显示。1.2 系统方框图及测量原理 1.2.1 系统方框图根据设计要求，建立总的系统设计框架。总体框架图如1.2-11.2-1红外测温装置袭击框架 1.2.2 测量原理自然界一切温度高于绝对零度(-273.15)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，其辐射能量与物体本身的温度关系符合辐射定律。 E=（T4-T04) (公式一)公式一中：E为辐射出射度，表现物体辐射能力的强弱，单位是Wm3；为斯蒂芬彼尔兹曼常数，5.6

8、710-8W(m2K4)；为物体的辐射率；T为物体的温度，单位K；T0为物体周围的环境温度，单位K。物体的温度越高，辐射功率就越大。相反，物体辐射功率越大，其温度也越高，利用这个公式，我们就可以知道所测量物体的温度。人体主要辐射波长在910m的红红外线，通过对人体量的测量，便能准确的测量人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，因而能更准确的测量人体表面温度。红外测温最大的优点是测量速度快，并由于它只吸收人体对外发射的红外辐射，没有任何化学、生物因素作用于人体，所以可以安全放心使用。红外快速检测人体温度装置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。当人体靠近红外探测器的有效范围后，人体释放的电磁波或红外辐射会被红外热释传感器所吸收，从而引起红外热释传感器输出电压的变化。但因其输出电压信号特别小，所以要经过一定的放大处理。然后经过A/D转换等电路处理后送入单片机，单片机将传送过来的数据信号分析处理，并将起转换为相应大小的温度值显示输出。当显示的温度低于所设置的温度（TTL）就会启动报警电路声光报警；当显示的温度高于所设置的最高温度（TTH），也会启动声光电路报警。图1.2-2是红外测温的系统原理图。 1.2-2系统原理图2 器件选择2.1 红外器件的选择 2.1.1 热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电性不能表现出来。某些晶体(如：PZT，LiTaO3，PVFZ等)的表面接受了红外线的辐射能量，其表面产生温度变化，随着温度的上升或下降，这些物质表面上就会产生电荷的变化。图2.1.1-1为热释电晶体表面电荷随温度变化的移动情况。 图 2.1.1-1 热释电效应图 可见，当红外线照射热释电元件时，其内部极化作用发生很大的变化，其变化部分作为电荷释放出，从外部取出该电荷就变成传感器的输出电压。由此可见，热释电传感器只有在温度变化时才有输出电压。

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