人體紅外測溫儀 畢業(yè)設計論文

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1、目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章　紅外線測溫儀的研發(fā)背景 1 　紅外測溫儀的實際應用 1 1.2 紅外測溫技術的發(fā)展歷程 1 第二章　人體紅外測溫儀的原理和特點 2 　人體紅外線測溫儀的理論依據(jù) 2 2.2 人體紅外線測溫儀的性能指標及作用 2 2.3 影響溫度測量的主要因素及修正方法 3 2.4 人體紅外線測溫儀的特點 5 第三章 人體紅外測溫儀的硬件設計 6 3.1 總體設計 6 3.1.1 整體框圖設計 6 3.1.2 電路設計 7 3.2 溫度傳感器 8 3.3 放大電路的設計 8 3.4 模數(shù)轉換部分電路

2、9 3.5 LCD1602顯示電路 10 第四章 軟件設計 12 5.1 紅外測溫儀的使用注意事項 15 5.2 改進方案 15 5.3 推廣及應用 15 參考文獻 16 致 謝 17 附錄1 PCB板圖 18 附錄2 3D效果圖 19 附錄3 程序 20 人體紅外測溫儀 摘要:為了克服傳統(tǒng)溫度計測量溫度的主要缺點——需要測量者與被測目標近距離接觸和測量不方便。在顧及儀器測量高精度前提下，以追求最低成本為原則，研制了非接觸式熱釋電紅外測溫儀，實現(xiàn)了對物體表面溫度快速準確的測量。本文也設計了紅外測溫儀的整體系統(tǒng)構架。根據(jù)熱釋電原理，主要針

3、對人體體溫測量進行了具體的設計開發(fā)，開發(fā)包括整體方案，硬件電路，單片機程序和主機程序。并利用設計出來的紅外測溫儀在環(huán)境溫度30℃下對人體溫度和水溫進行了測量，對人體的溫度測量的誤差低于±0.1℃，提高了測量精度。人體測溫儀的設計主要為適應人體體溫快速無接觸測量的需要。主要介紹熱釋電紅外傳感器的工作原理以及最適宜人體紅外線檢測的熱釋電傳感器PM611的優(yōu)點和等效電路，闡述了基于熱釋電傳意器的紅外測溫儀的工作原理，討論了該系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，簡單介紹了測溫系統(tǒng)的適用條件。 關鍵詞：溫度測量，熱釋電，AT89C51 Temperature measuring based on body i

4、nfrared ray Abstract: To decrease the limitation of traditional method of temperature measuring such as close contact between measurer and the target and inconvenience when measuring, we developed a non-contact type piezoelectric infrared thermometer, realizes fast and accurate surface temperature

5、measurements. This article also designed the overall system architecture infrared thermometer. Then under the piezoelectric principle, aimed at human body temperature measurement for a specific design, development including hardware, peripherals technology, SCM, and the host program . Designed by us

6、ing the infrared thermometer at ambient temperature 30℃℃ improve the measurement accuracy. This thermometer mainly applies to no-contact, speedy body-heat measurement. This article mainly introduces operational principles of piezoelectric infrared sensor and the structure of hydroelectrically sensor

7、 PM611.It formulates the theory of the thermometer based on hydroelectrically sensor and studies how to design and implement of the system．Finally，it indicates the conditional demand of the system. Key words: temperature measurement, piezoelectric,AT89C51 第一章　紅外線測溫儀的研發(fā)背景 1.1　紅外測溫儀的實際應用 由于醫(yī)學發(fā)

8、展的需要，在很多情況下，一般的溫度計己經滿足不了快速而又準確的測溫要求，例如車站和機場等人口密度較大的地方進行人體溫度測量。雖然現(xiàn)在國外這種測溫的技術都比較成熟，但是國內這方面的技術還處于發(fā)展階段。因此，為了適應醫(yī)學發(fā)展的需要，有效地進行特殊環(huán)境下的溫度測量，從而有力地控制和預防諸如甲流、非典之類型的特殊疾病的傳播，急需設計一種測溫速度快，準確率高的測溫儀。針對一般的工業(yè)用的紅外測溫儀的精確度不夠高，我們根據(jù)這種紅外線測溫的原理，通過關鍵器件的選擇、瞄準系統(tǒng)的設計以及溫度補償?shù)淖詣诱{節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度，設計了一種用紅外線測溫電路，用于人員密集且流量大的場合進行快速的人體溫度測量。

9、1.2 紅外測溫技術的發(fā)展歷程 紅外測溫技術在生產過程中、在產品質量控制和監(jiān)測、設備在線故障診斷和安全保護以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要作用。近20年來，非接觸式紅外人體測溫儀在技術上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。非接觸式紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機軟件，每一系列中又有各種型號及規(guī)格。 紅外檢測技術是“九五”國家科技成果重點推廣項目，紅外檢測是一種在線監(jiān)測(不停電)式高科技檢測技術，它集光電成像技術、計算機技術、圖像處理技術

10、于一身，通過接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準確、實時、快速等優(yōu)點。任何物體由于其自身分子的運動，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，俗稱“熱像”。紅外診斷技術是通過吸收這種紅外輻射能量，測出設備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設備發(fā)熱情況。 目前應用紅外診斷技術的測試設備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術將這種看不見的“熱像”轉變成可見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測出設備細微的熱狀態(tài)變化，準確反映設備內部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對

11、發(fā)現(xiàn)設備隱患非常有效。目前，我國也在研發(fā)一種體積小，成本較低，又不受外界環(huán)境溫度干擾的人體紅外測溫儀，對醫(yī)學的發(fā)展有很重大的意義。 第二章　人體紅外測溫儀的原理和特點 2.1　人體紅外線測溫儀的理論依據(jù) ℃)的物體，由于分子的熱運動，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關系符合輻射定律。紅外輻射原理— 輻射定律： （） 式中：為輻射出射度數(shù)，；為斯蒂芬―波爾茲曼常數(shù)，；為物體的輻射率；為物體的溫度，單位；為物體周圍的環(huán)境溫度，單位。測量出所發(fā)射的，就可得出溫度。 利用這個原理制成的

12、溫度測量儀表叫紅外溫度儀表。這種測量不需要與被測對象接觸，因此屬于非接觸式測量。在不同的溫度范圍，對象發(fā)出的電磁波能量的波長分布不同，在常溫（0～100℃）范圍，能量主要集中在中紅外和遠紅外波長。用于不同溫度范圍和用于不同測量對象的儀表，其具體的設計也不同。根據(jù)式（2.1）的原理，儀表所測得的紅外輻射為： 　?。ǎ? 式中：為光學常數(shù)，與儀表的具體設計結構有關；為被測對象的輻射率；為紅外溫度計的輻射率；為被測對象的溫度（K）；為紅外溫度計的溫度（K）；它由一個內置的溫度檢測元件測出。 輻射率是一個用以表達物體發(fā)射電磁波能力的系數(shù)，數(shù)值由0至1.0。所

13、有真實的物體，包括人體各部位的表面，其值都是某個低于1.0的數(shù)值。人體主要輻射波長在9～10的紅外線，通過對人體自身輻射紅外能量的測量，便能準確地測定人體表面溫度。由于該波長范圍內的光線不被空氣所吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量精確地測量人體表面溫度。 通過對人體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定人體表面溫度。紅外溫度測量技術的最大優(yōu)點是測試速度快，1秒以內可測試完畢。紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。 2.2 人體紅外線測溫儀的性能指標及作用 總的來說，測溫范圍、顯示分辨率、精度、工作環(huán)境溫度范圍、重復性、相對濕度、響應時間、電源、響

14、應光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發(fā)射率等都是紅外線測溫儀的性能指標。 1、確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。 2、確定目標尺寸：紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標面積應充滿測溫儀視場。否則背景會干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內輻射能量的比值來確定的。 3、確定距離系數(shù)（光學分辨率）：距離系數(shù)由D：S之比確定，即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處， 而又要測量小的目

15、標，就應選擇高光學分辨率的測溫儀。光學分辨率越高，測溫儀的成本也越高。 4、確定波長范圍 ：目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長對于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。 5、確定響應時間：響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到達最后讀數(shù)的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有 關。 6、信號處理功能：鑒于離散過程（如零件生產）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測溫儀具有多信號處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。 7、環(huán)境條件考慮：測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結果有很大影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度甚至引起

16、損壞。 8、紅外輻射測溫儀的標定：紅外測溫儀必須經過標定才能使它正確地顯示出被測目標的溫度。 2.3 影響溫度測量的主要因素及修正方法 影響紅外人體測溫儀的因素有： 1、測溫目標大小與測溫距離的關系：在不同距離處，可測的目標的有效直徑D是不同的，因而在測量小目標時要注意目標距離。人體紅外測溫儀距離系數(shù)K的定義為：被測目標的距離L與被測目標的直徑D之比，即K=L/D。 2、選擇被測物質發(fā)射率：人體紅外測溫儀一般都是按黑體（發(fā)射率=1.00）分度的，而實際上，物質的發(fā)射率都小于1.00。因此，在需要測量目標的真實溫度時，必須設置發(fā)射率值。物質發(fā)射率可從《輻射測溫中有關物體發(fā)射率的數(shù)

17、據(jù)》中查得。 3、測量溫度時的環(huán)境因素：測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結果有很大的影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度。本設計中正是利用了PM611熱釋電紅外線傳感器可以補償溫度起伏的作用，實現(xiàn)準確測溫。 4、強光背景里目標的測量：若被測目標有較亮背景光（特別是受太陽光或強燈直射），則測量的準確性將受到影響，因此可用物體遮擋直射目標的強光以消除背景光干擾。 5、溫度輸出功能：首先模擬信號輸出——0～5V，1～5V，0～10V，0/4～20毫安，可以加入閉環(huán)控制中。其次高報警、低報警─生產過程中要求控制溫度在某個范圍里，可設置高，低報警值。高報警：在高報警設置打開的情況下，當溫度高

18、于高報警值，相應的LED燈閃爍，蜂鳴器響，并有AH常開繼電器接通。 由于在溫度測量時是在不確定的環(huán)境中進行的，所以外界環(huán)境會對測溫造成一定的影響，對測量結果產生誤差，所以要對環(huán)境溫度有一個修正。 由2.1節(jié)輻射公式可得出熱釋電傳感器的響應公式為： (2.3) 式中：為與熱釋電響應特性及物體表面發(fā)射率有關的常數(shù)，為物體表面溫度，為環(huán)境溫度。根據(jù)表達式（2.3）可以得到不同的標定公式： （1）簡單關系式，即 （2.4） 式中：，應用此公式所作的標定實驗結果

19、見表1，表中數(shù)據(jù)表明， 不僅與 有關，還與 有關。 （2）多項式，即 （2.5） 令 （2.6） 在參考文獻[7]中，取三項，其實驗結果表明，要使測溫儀滿足一定的精度，測溫時的環(huán)境溫度和物體表面溫度要在一定的范圍內，如環(huán)境溫度=30℃，物體表面溫度在180℃以上時，讀數(shù)誤差較大。 由下表1可知：首先應該對物體表面溫度分段定標，因為測量范圍較大，所以不同段的標定系數(shù)相差很大。實際應用中每隔5~10℃就必須標定一個系數(shù)，當采樣電壓峰值落在此區(qū)間時就選擇該系數(shù)。

20、然后再根據(jù)環(huán)境溫度的不同對已選出的標定系數(shù)進行修正，達到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準確測溫的目的。 分析表1可知，當物體表面溫度較低時（78℃以下），環(huán)境溫度對修正系數(shù)的影響較大。所以對此溫度范圍的物體必須進行環(huán)境溫度對標定系數(shù)的修正。而當物體表面溫度較高時，則修正系數(shù)基本由物體表面溫度決定，這樣系數(shù)就不必再依環(huán)境溫度進行校正。這就減少了標定系數(shù)的復雜性 。下圖為表1： 表1 不同環(huán)境溫度下的標定系數(shù) 標準溫度 （℃） 環(huán)境溫度 （℃） 測量值 （V） 系 數(shù) Ka （V/℃）

21、 2.4 人體紅外線測溫儀的特點 人體紅外測溫儀是通過接收人體發(fā)射的紅外線的能量的大小來測量其體溫的儀器。測溫儀內部的靈敏探測元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進行處理，然后轉換成溫度讀數(shù)顯示。所以人體紅外測溫儀具有以下優(yōu)點： 1、非接觸測量：它不需要接觸到人體，只需在額頭前方5厘米左右測溫即可，而且紅外探測器只需感應人體輻射的紅外線。因此，不會干擾人體，也不會為人體帶來損傷。 2、測量范圍廣：因為人體紅外測溫儀是非接觸式測溫，所以測溫儀并不處在較高或較低的溫度場中，而是工作在正常的溫度或測溫儀允許的條件下進行測量的，所以測

22、量范圍比較廣。 3、測溫速度快：即響應時間快。紅外探測器中靈敏元非常靈敏，只要接收到目標―紅外輻射即可在短時間內定溫。 4、準確度高：人體紅外測溫不會與普通測溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測量精度高。 5、靈敏度高：只要人體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測出。而且使用安全及使用壽命長。 6、體積小，方便攜帶。 7、受外界環(huán)境溫度干擾較?。河捎诒驹O計中所使用的紅外探測器是帶補償電路的，所以它可以補償外界環(huán)境溫度的高低起伏。 第三章 人體紅外測溫儀的硬件設計 3.1 總體設計 下圖所示是人體紅外測溫儀系統(tǒng)的總體結構框圖。 紅外探測器 檢測系統(tǒng) 信號處理單

23、元 顯示單元 報警系統(tǒng) 控制器 圖3.1　系統(tǒng)總體結構框圖 由上圖可以看出，紅外探測儀接收到人體發(fā)出的紅外線后，經過檢測系統(tǒng)確定后，再在信號處理單元對所測得的信號進行放大、濾波、再計算，模數(shù)轉換處理傳送到顯示單元顯示出溫度讀數(shù)。如果經過處理后的數(shù)據(jù)大于所設置的預警數(shù)據(jù)，則蜂鳴器報警。如果檢測完信號后送達處理系統(tǒng)處理，所測的數(shù)據(jù)有誤，則可以通過控制器（按鈕）來進行重新檢測，直到顯示正確溫度。 3.1.1 整體框圖設計 熱釋電紅外測溫儀可以這樣設計整體結構框圖，如圖3.2所示。按下開關即可測量，每次測量結果顯示在顯示器上。 當測量按鈕按下時，整個電路開始工作，物體表面輻

24、射的能量經熱釋電傳感器接收后，將熱輻射信號轉化為電信號，經由放大電路放大后（由外界環(huán)境導致的雜亂信號經濾波器過濾后）到達A/D模數(shù)轉換器，89C51單片機作為CPU接收經 A/D轉換后的數(shù)字信號，經數(shù)據(jù)處理后轉換成物體表面溫度顯示在LCD液晶顯示屏上。 傳 感 器 放 大 器 大 器 濾 波 器 波 器 ADC0804轉 換 器 AT89C51 液 顯 LCD1602 圖3.2　總體電路框圖 3.1.2 電路設計 本設計采用89C51系列單片機進行數(shù)據(jù)的采集存儲和處理。由于信號只有一個輸入，為

25、了避免不必要的消耗，本設計A/D轉換器采用的是ADC0804。芯片的CLKIN端和CLKR端配合可以由芯片自身產生時鐘脈沖。測量物體表面輻射能量的熱釋電傳感器選用的是尼賽拉傳感器的PM611型熱釋電傳感器，它有效調節(jié)外界環(huán)境的溫度起伏影響；液晶顯示器（LCD）選用的是2行16個字的液晶顯示屏。 電路的主要功能是將熱釋電傳感器接收的紅外輻射能量轉換為可供A/D轉換器接受的電信號。顯示器(LCD)由74LS02譯碼器驅動，并由89C51單片機通過軟件控制顯示物體表面的溫度。通過軟件程序編制可以實現(xiàn)三位有效數(shù)字的顯示( 100度以下顯示兩位整數(shù)和一位小數(shù)，100度以上顯示三位整數(shù))設計的電路連接圖

26、： 圖 3.3　紅外人體測溫儀電路 3.2 溫度傳感器 本設計的探頭使用的是紅外線傳感器，它能接收人體發(fā)射出的紅外線并使之轉換成電壓信號。設計選用的是PM611單元熱釋電傳感器，這種傳感器雖是單靈敏元，由于他采用一個接收元和二個并聯(lián)的補償元串接的結構，故也能有效地補償環(huán)境溫度起伏，振動等干擾影響。他的工作溫度是-20℃——+70 ℃，特別適合測量人體的溫度。而且PM611各項指數(shù)都比較好，因此選用了他做溫度儀的探頭。如圖3.4所示： 圖3.4　傳感器的內部典型連接電路 3.3 放大電路的設計 由于傳感器探測到的人體紅外線信號較弱，當轉化為電壓后需要通過放大器放大電

27、壓信號。因為探測器測到的信號可能摻雜了外界環(huán)境的某些因素，所以放大電路中要加入低通濾波電路把多余的雜信號過濾掉。如圖3.5所示： 圖3.5　放大部分電路 傳感器輸出的信號經47 μ Hz。第二個放大器是一個低通濾波器，其閉環(huán)增益約為1，截止頻率為7 Hz。第一個，第二個放大器分別把低于0.3Hz和高于7 Hz的信號濾掉，使輸出的信號僅是經過調制器調制的1 Hz紅外輻射信號。通過第二章的原理可知由信號轉換為電壓再轉化成溫度才顯示出來的，那么這個過程將在第三個放大器中完成。通過放大濾波的信號就輸入到模數(shù)轉換器的Vin（+）端，模數(shù)轉換器會把收到的信號進行模數(shù)轉換。 調試：在實驗中

28、通過調節(jié)放大器1輸出端的10KΩ變阻器，使第三個放大器的輸出信號大小發(fā)生改變，當最后一個也就是第三個信號放大器的輸出小于5V時，可以適應下面系列的處理，因此第三個放大器的兩個電位器用來調節(jié)最后信號輸出的大小，確保在高溫時不超過5V。 3.4 模數(shù)轉換部分電路 由于傳感器探測到紅外線后被放大的是模擬信號，然而需要在LCD液顯上顯示出來，所以本設計利用模數(shù)轉換器來實現(xiàn)這個功能。因為只用到了一個輸入信號，所以為了節(jié)省不必要的累贅，采用ADC0804把有用的模擬信號轉換成數(shù)字信號，最后顯示出來。 ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉換芯片。分辨率8位，輸入電壓范圍是0~5V

29、, 增加一些外部電路后，輸入模擬電壓為±5V。此芯片內有輸出鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，不用再加接口電路。ADC0804芯片的外引腳圖如3.6所示，引腳名稱及意義如下： 圖3.6 ADC0804引腳圖 Vin（+）、Vin（-）：芯片的兩個模擬信號輸出端，用來接收單極性、雙極性和差模輸入信號； D0~D7：AD轉換器的數(shù)據(jù)輸出端； AGND：接模擬信號地； DGND：接數(shù)字信號地端； CLK IN：外電路提供時鐘脈沖輸入端； CLK R：內部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLK IN端配合可由芯片自身產生時鐘脈沖，頻率為1/1.1RC；

30、 CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦使用低電平，表示轉換器被選中，則開始工作。 WR：寫信號輸入，低電平有效。當CS、WR同時為低電平時，啟動轉換。 RD：讀信號輸入，低電平有效，當CS、RD同時為低電平時，可以讀取轉換輸出的數(shù)據(jù)。 INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效。如果輸出低電平表示此次轉換已經完成。 本設計采用了CLK R端口和CLK IN端口配合，芯片本身產生時鐘脈沖的方法，A/D轉換器Vin（+）端口接收到經處理過的模擬信號在內部進行模數(shù)轉換，片選端口CS和WR寫信號輸入端口同為低電平時啟動轉換，因為0804內部有輸出鎖存器，轉換后的數(shù)字信號存在鎖存器里，當

31、CS、RD同為低電平時，可以讀取轉換輸出的數(shù)字信號，由A/D模數(shù)轉換器的D0~D7端輸出，接入AT89C51單片機的P1口的P1.7~P1.0,經過程序燒制顯示到液晶顯示屏上。A/D模數(shù)轉換電路連接圖如下圖3.7： 圖3.7 ADC0804模數(shù)轉換電路 3.5 LCD1602顯示電路 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。在本設計采用的字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，這里以常用的2行16個字的1602液晶模塊

32、來介紹它的編程方法。1602采用標準的16腳接口，其中： 第3腳：VEE為液晶顯示器對比度調整端； 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器； 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)； 第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令； 第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線； 第15～16腳：空腳。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模

33、塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表2是DM-162的內部顯示地址。 表2　1602的內部顯示地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 序號 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 第一行 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 第二行 1602液晶模塊內部的字符

34、發(fā)生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。 在軟件中設置溫度的代碼是：℃（00110011B，00110000B，00101110B， 00110000B，01000011B）；℃（00110011B，00110111B，00101110B，00110000B， 01000011B）；60℃（00110110B，00110000B，01000011B）。 在液顯電路連接上，LCD1602顯示模塊可以直接和單片機AT89C51直接接口，液晶顯示的D0~D7八個雙向端口接AT89

35、C51單片機的P0口的P0.0~P0.7，單片機的P0口可以作為通用的輸入，輸出端口使用，此時，若要驅動NMOS或其他拉電流負載時，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效，所以中間接10K的排阻，來決定顯示器高低點位，是否要顯示。 由于VEE端接電源時接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，對比度過低會使屏幕模糊不清，所以使用時可以通過一個10K的電位器來調整它的對比度。LCD1602的RS寄存器選擇端口接單片機的P2.1口，通過軟件程序中對此端口的設置來決定選擇的寄存器。液顯的RW端口直接接單片機的P2.2口，高電平時進行對輸入的數(shù)字信號進行讀數(shù)。使能E端接單

36、片機的P2.3口，使能端由高電平到低電平時開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。下圖3.8是LC D1602顯示電路的連接圖： 圖3.8　LCD顯示電路連接圖 第四章 軟件設計 設計的思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開始測溫后復位各個端口，摁下開關 ，接通電源，確定打開電源后A/D模數(shù)轉換器Vin（+）輸入端讀取經過放大濾波計算后的數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉換，CS片選端、WR寫入端同時設置成低電平，當芯片自身產生一個脈沖時，啟動轉換。然后A/D轉換器的CS、RD同時為低電平0時讀取轉換輸出的數(shù)據(jù)，轉換后的數(shù)據(jù)存入模數(shù)轉換器自身的鎖存器里，由輸出端口D0~D7輸入到單片機的P0口中。讀取三次

37、數(shù)據(jù)，滿三次后讀數(shù)正確的寫入單片機EEPROM存儲器。同時計數(shù)器加1，繼續(xù)讀取下一組數(shù)據(jù)。如果讀數(shù)滿三次后數(shù)據(jù)不正確，則要對單片機進行清零，復位后重新測量讀數(shù)。 ℃，則蜂鳴器報警。顯示溫度的范圍是30~60℃，當所測溫度高于下限或者上限溫度時，報警系統(tǒng)報警。執(zhí)行完一次子命令后運行中斷信號，子程序返回。主程序流程圖如圖4.1所示。 主程序主要實現(xiàn)以下功能： 1、開機或復位時能自動初始化設備，引導程序正確執(zhí)行。 2、開機或復位之后啟動A/D轉換，對環(huán)境溫度進行采樣，并在顯示器上顯示當前環(huán)境溫度。 3、保持環(huán)境溫度顯示的同時，對覆蓋熱釋電探測器視場的物體表面的紅外輻射進行轉換和

38、采樣，并比較各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測器響應的峰值電壓為止。 如圖4.2是軟件設計部分的中斷子程序流程圖，主要實現(xiàn)以下功能： 1、A/D采樣子程序完成對熱釋電傳感器放大電路輸出信號的采樣。要實現(xiàn)準確測溫就必須得到輸出信號的峰值，但在實際電路中，由于探測器響應延時不盡相同，且電路的延時也很難準確計算，所以要準確采集到峰值是十分困難的。為此，我們只有對輸出信號不斷地進行采樣，并比較各樣值，取其中的最大者作為峰值的近似值 2、數(shù)據(jù)處理子程序完成對采樣值的計算處理。中間又經過了ADC0804數(shù)模轉換器將結果轉換為可供LCD顯示的代碼。 3、讀取溫度時超過預警溫度，蜂鳴器報警

39、，沒超過直接顯示所測溫度。 4、液晶顯示子程序完成最后的溫度。 外部中斷0初始化 顯示子程序 復位 讀取數(shù)據(jù) 寫入EEPROM（超過37.0度） 計數(shù)器加1 計數(shù)器清零 數(shù)據(jù)正確 滿三次 啟動鍵打開 結束 N Y Y N Y 開始 N 圖4.1 主程序流程圖 讀取指令 讀取EEPROM（超過37度） 報警 發(fā)送數(shù)據(jù) LCD顯示 中斷返回 Y N 外部中斷入口 圖 中斷子程序流程圖 第五章　小結 5.1 紅外測溫儀的使用注意事項 1、必須準確確定被測物體的發(fā)射率； 2、避免周圍環(huán)境高溫物體

40、的影響； 3、對于透明材料，環(huán)境溫度應低于被測物體溫度； 4、測溫儀要垂直對準被測物體表面，在任何情況下，角度都不能超過30℃； 5、不能應用于光亮的或拋光的金屬表面的測溫，不能透過玻璃進行測溫； 6、正確選擇跟離系數(shù)，目標直徑必須充滿視場； 7、如果紅外測溫儀突然處于環(huán)境溫度差為20℃ 或更高的情況下，測量數(shù)據(jù)將不準確，溫度平衡后再取其測量的溫度值。 5.2 改進方案 由于普通紅外測溫儀只限于測量物體外部溫度，不方便測量物體內部和存在障礙物時的溫度，所以可以在其檢測頭部加一段光導纖維，并在其前端裝一個小視角的透鏡，這樣被測物體的輻射能經過透鏡到光導纖維內部。在光導纖維里面經

41、過多次反射傳至檢測器。因為光纖可以自由彎曲，使輻射能自由轉向，這就解決了物體內部溫度的測量問題，可以測量有障礙物擋住的角落等地方的溫度。 5.3 推廣及應用 由于SARS和H1NI甲流的出現(xiàn)(其相似并發(fā)病癥狀之——發(fā)燒)，這樣，紅外測溫儀就用于人體溫度的測量和大量人群的初步篩檢。但是非接觸式人體紅外測溫儀測量的是表體溫度而非精確體溫，所以有關人體表面溫度和傳統(tǒng)的用體溫計測得的腋下溫度之間的相關性還正在研究之中，且發(fā)表的相關文章少之又少。到目前為止，還沒有任何結論性的證據(jù)表明，其中一種溫度可以可靠地、一致性地表示為另一種溫度。 本文通過研究部分受試人員的溫度測試結果發(fā)現(xiàn)：手持式紅外側溫儀

42、所測得的人體表面溫度與體溫(腋下溫度)相比較，其溫差因人體個體差異而一致性較差。從本設計試驗結果來看，如果將溫差判據(jù)確定為2℃-4℃時，將仍然有35%左右的人員漏查和不必要的進一步待查。而按照現(xiàn)在一些相關單位暫時提出的紅外測溫值修正1℃-3℃，那么可能漏查的人員更多！ 基于普朗克輻射理論的紅外非接觸測溫技術，由于被測物體均非物理憊義上的黑體(發(fā)射率ε=1),而是灰體(發(fā)射率ε(λ,R,……)<1)，而被測物體的發(fā)射率ε(λ,R,……)與輻射波長λ，輻射物體表面粗糙度R，被測物體的材料等有關，因而其測溫的準確度受到限制。相對于工業(yè)用途的紅外測溫來講，人體表面的紅外測溫因每個人的個體差異較大(諸

43、如人體自身對周圍環(huán)境溫度的適應調節(jié)能力，皮膚狀況，化妝，出汗，膚色等)，因而很難準確地(標準體溫計的準確度為±0.15℃)地給出人體溫度。 參考文獻（References） [1] 那彥.電子及通信畢業(yè)設計[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008. [2] 程玉蘭.紅外診斷實用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002. [3] 趙全利，肖興達.單片機原理及應用教程(第二版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008. [4] 彭承琳.生物醫(yī)學傳感器原理及應用[M] .北京；高等教育出版社，2000. [5] 何希才.傳感器及其應用實例[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2004.

44、 [6] 用電路設計[M].成都：電子科技大學出版社，1997. [7] 何志彪，黃光，易新建.熱釋電紅外測溫方程的研究[J].紅外技術，1999. [8] 陳繼述.紅外探測器[M] .北京：國防工業(yè)出版社，1986. [9] 胡乾斌，李光斌，李玲，等單片微型計算機原理與應用[ M] .武漢：華中理工大學出版社，1997. [10] 柳剛，黃竹鄰，周昊，王雙保，易新建.非接觸式紅外研制[M].光電子科技與信息， 2005. [11] 陳永甫.紅外探測與控制電路[M] .北京：人民郵電出版社，2004：290-320. [12] 何希才.傳感器及其應用電路[M] .北京：電子工業(yè)出

45、版社，2001：7—46，177—191. [13] 馬殿閣.多路紅外溫度監(jiān)測儀[J] .電子測量技術，1993(3)：55—56. [14] 劉瑞新.單片機原理及應用教程[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2005.7. [15] 《無線電》雜志社.無線制作精匯[M] .北京：人民郵電出版社，2005. [16] 趙亮.單片機Ｃ語言編程與實例[M] .北京：人民郵電出版社，2003. [17] 閻石.數(shù)字電子技術基礎[M] .北京：高等教育出版社，2006.5. [18] 謝嘉奎.電子線路――非線性部分（第四版）[M] .北京：高等教育出版社，2000. 致 謝 在本次畢業(yè)

46、設計中，我首先非常感我的導師彭嵐峰老師孜孜不倦的指導，做設計的過程中彭老師多次詢問進程，并為我指點迷津。她嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，她循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 感謝何尚平老師，在導師帶實習生去蘇州實習時對我的詢問不耐煩的給我講解、指導，幫助我開拓研究思路、精心點撥、熱忱鼓勵。又給了我很多參考資料。何老師作為一個老師對不是自己的學生耐心之極，很令人欽佩，是優(yōu)秀的師德。 我還要感謝在一起愉快的度過四年生活的謝碧芳同學，葉棟蘭同學，柳諺和曹李華同學，正是由于他的幫助和督促，我才能克服一個個的困難和疑惑，直至今天的順利完成。 附錄

47、1 PCB板圖 附錄2 3D效果圖 正面圖 反面圖 附錄3 程序 # include //頭文件 # include # include # include # include # include # include //測溫頭文件 #include //液晶顯示頭文件 sbit upalarm=P3^0; //上限溫度報警信

48、號 sbit dc_motor_run=P2^6; //超過上限溫度,報警 bit up_one,down_one; //加1和減1標志 bit alarm_up_flag; //上限報警設置標志 bit set_temper_flag; //設置控制標志溫度標志 bit alarm_switch; //報警開關 bit set_temper_dot_flag; unsigned char user_temper=37; //用戶標定溫度 unsigned unsigned ch

49、ar t[2],*pt; //用來存放溫度值,測溫程序就是通過這個數(shù)組與主函數(shù)通信的 unsigned char TempBuffer1[17]={0x2b,0x20,0x30,0x30,0x2e,0x30,0x30,0x20, 0x53,0x45,0x2b,0x20,0x30,0x30,0x2e,0x30,'\0'}; //顯示實時溫度,上電時顯示+ 00.00 SET+ 00 unsigned char TempBuffer0[17]={0x54,0x48,0x3a,0x2b,0x20,0x30,0x30,0x20, 0x

50、54,0x4c,0x3a,0x2b,0x20,0x30,0x30,0x20,'\0'}; //顯示溫度上下限,上電時顯示TH:+ 00 TL:+ 00 unsigned char code dotcode[4]={0,25,50,75}; 因顯示分辨率為0.25,但小數(shù)運算比較麻煩,故采用查表的方法* 再將表值分離出十位和個位后送到十分位和百分位********************/ void sounddelay(); void tempsound(); /***********用戶設定溫度轉換為LCD顯示數(shù)據(jù)************** *功

51、能:將用戶設定溫度user_temper,分離出符號位,百、十、個位 并將它們轉化為ACSII碼,送到液晶顯示緩沖區(qū) void user_temper_LCD(unsigned char temper) { TempBuffer1[10]=0x2b; / /0x2B為"+"的ASCII碼 TempBuffer1[11]=temper/100+0x30; //分離出temper的百十個位 if( TempBuffer1[11]==0x30) TempBuffer1[11]=0xfe;

52、//百位數(shù)消隱 TempBuffer1[12]=(temper%100)/10+0x30; //分離出十位 TempBuffer1[13]=(temper%100)%10+0x30; //分離出個位 TempBuffer1[15]=user_dot_temper+0x30; } /***************溫度轉換為LCD顯示數(shù)據(jù)************ *功能:將報警溫度,分離出符號位,百、十、個位,并將它們轉化為ACSII碼,送到液晶顯示緩沖區(qū) void alarm_LCD( unsigned char TH, unsi

53、gned char TL) { TempBuffer0[3]=0x2b; //0x2B為"+"的ASCII碼 if(TL>0x7f) else TempBuffer0[11]=0x2b; //0x2B為"+"的ASCII碼 TempBuffer0[4]=TH/100+0x30; //分離出TH的百十個位 if( TempBuffer0[4]==0x30) TempBuffer0[4]=0xfe; //百位數(shù)消隱 TempBuffer0[5]=(TH%100)/10+0x30; //

54、分離出十位 TempBuffer0[6]=(TH%100)%10+0x30; //分離出個位 TempBuffer0[12]=TL/100+0x30; //分離出TL的百十個位 if( TempBuffer0[12]==0x30) TempBuffer0[12]=0xfe; / /百位數(shù)消隱 TempBuffer0[13]=(TL%100)/10+0x30; //分離出十位 TempBuffer0[14]=(TL%100)%10+0x30; //分離出個

55、位 } /**********溫度轉換為LCD顯示數(shù)據(jù)**************** *功能:將兩個字節(jié)的溫度值,分離出符號位,整數(shù)及小數(shù) 并將它們轉化為ACSII碼,送到液晶顯示緩沖區(qū) void temper_LCD(void) { unsigned char x=0x00,y=0x00; t[0]=*pt; pt++; t[1]=*pt; } else TempBuffer1[0]=0x2b; //0xfe為變"+"的ASCII碼 t[1]<<=4;

56、 //將高字節(jié)左移4位 t[1]=t[1]&0x70; //取出高字節(jié)的3個有效數(shù)字位 x=t[0]; //將t[0]暫存到X,因為取小數(shù)部分還要用到它 x>>=4; //右移4位 x=x&0x0f; //和前面兩句就是取出t[0]的高四位,t[0]的低四位代表小數(shù) t[1]=t[1]|x; //將高低字節(jié)的有效值的整

57、數(shù)部分拼成一個字節(jié) soundvalue1=t[1]; if(t[1]>user_temper) {dc_motor_run=1;} //如果溫度高于用戶標定溫度,則報警 else {dc_motor_run=0;} TempBuffer1[1]=t[1]/100+0x30; //+0x30 為變 0~9 ASCII碼 if( TempBuffer1[1]==0x30) TempBuffer1[1]=0xfe; //百位數(shù)消隱 TempBuffer1[2]=(t[1]%100)/10+0x30; //分

58、離出十位 TempBuffer1[3]=(t[1]%100)%10+0x30; //分離出個位 t[0]=t[0]&0x0c; //取有效的兩位小數(shù) t[0]>>=2; //左移兩位,以便查表 x=t[0]; y=dotcode[x]; //查表換算成實際的小數(shù) soundvalue2=y; TempBuffer1[5]=y/10+0x30; //分離出十分位 TempBuffer1[6]=y%10+0x30; //分離出百分位 }