题目人体红外测温仪电路系统设计与实现
学生姓名高凯学号1213024120 所在学院物理与电信工程学院
专业班级通信 1204 班
指导教师赵峰
完成地点物理与电信工程学院实验室
2016年6月5日
陕西理工学院本科毕业设计任务书
院（系）物理与电信工程学院专业班级通信工程（通信1204）学生姓名高凯
一、毕业设计题目人体红外测温仪电路系统设计与实现
二、毕业设计工作自 2015 年 11 月 9 日起至 2016 年 5 月 18 日止
三、毕业设计进行地点：物理与电信工程学院实验室
四、毕业设计应完成内容及相关要求:
设计内容:研究非接触式热释电红外测温仪的原理，实现对物体表面温度快速准确的测量
装置。设计红外测温仪的整体系统构架。根据热释电原理，主要针对人体体温测量进行具体的设
计和实现，具体包括整体方案，硬件电路，单片机程序和主机程序。并利用设计出来的红外测温
仪在环境温度30℃下对人体温度和水温进行了测量,对人体的温度测量的误差低于0。5℃。
设计要点：（1）熟练应用单片机进行电路系统设计；(2）掌握热释电红外测温原理，建立起
测量温度与输出信号之间的函数关系;（3）设计测温电路系统，测温距离不小于10cm；(4)根据电
路原理图,制作电路板,完成样品制作、调试、改进；（5）系统测试与性能分析，分析存在的技术
问题,并提出改进的方法;（6）撰写论文.
六、毕业设计的进度安排:
1.开题报告截止日期：2016年3月18日
完成任务：（1）开题报告撰写，并于指定时间在系统中提交开题报告.(2）完成在系统中下
达的外文翻译原文并提交。
2. 论文(设计）实施阶段截止日期：2016年5月18日
完成任务：(1)查阅文献资料拟定毕业论文（设计）大纲，进行相关实验、调查或文献综述。
（2）4月中旬必须在系统中提交中期检查，教师审核后按照整改意见修改。（3)提交初稿,教师进
行初审,退回修改，直到初稿审核通过，进行定稿阶段。
3。评阅及答辩阶段截止日期：2016年6月13日
完成任务：（1）定稿论文评阅，答辩PPT制作.（2)论文答辩,答辩后按照修改意见对论文进
行终稿定稿。
指导教师签名赵峰专业负责人签名王战备
学院领导签名熊晓军批准日期 2016-01-10
人体红外测温仪电路系统设计与实现
高凯
（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1204班级,陕西汉中 723003)
指导教师:赵峰
［摘要]：传统的测温技术操作方法用起来不太方便，测量时间也较长，而红外测温为测量人体表面温度提供了快速，非接触式手段，可广泛,有效的用于人们体表温度测量。本文通过介绍人体红外测温仪的实现方法来进行改进，结合热释电原理，以STC89C52单片机为其核心控制部件及红外测温探头TN901为基础，对数据进行分析，再通过LCD把结果显示出来，并且设置报警值。与传统的测温方式相比，具有操作方便、响应时间短、使用寿命长、非接触等一系列优点.实验结果表明,在测温距离不低于10cm的情况下，对人体表面温度测量的误差低于0。5℃。
[关键词]:STC89C52单片机红外测温非接触式
Design and implementation of an infrared thermometer
circuit system for human uses
Gao Kai
（Grade 2012，Class 4,Major of Communication Engineering，School of Physics and
Telecommunication
Engineering of Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）
Tutor：Zhao Feng
［Abstract]:Traditional temperature measurement method of operation is not convenient to use and the measurement time is longer, infrared thermometer provides a fast and non-contact means for the body surface temperature , can be used in people body surface temperature measurement widely and effectively.This paper describes the implementation of human infrared thermometer to make improvements，combined with pyroelectric principle. the STC89C52 microcontroller as its core control components and infrared temperature measurement probe TN901 as the basis for the analysis of the data。Then through the LCD to display the results, and set the alarm value。Compared with the traditional temperature measurement method，the method has a series of advantages，such as easy operation, short response time，long service life, noncontact and so on.The experimental results show that the error of the human body surface temperature measurement is less than 0。5 degrees Celsius in the temperature measurement distance is not less than 10cm。
[Keyword] ：The STC89C52 SCM Infrared Temperature Measurement Non contact
目录
引言 0
1.红外测温仪的背景及研究意义 (1)
1。1红外测温技术的发展历程 (1)
1。2红外测温仪的研究意义 (1)
2.系统总体方案选择 (2)
2.1红外测温模块的方案论证 (2)
2.2电源模块选取的方案论证 (2)
2.3控制部分的选择 (2)
3.人体红外测温仪的原理和特点 (4)
3.1人体红外线测温仪的理论依据 (4)
3.2人体红外线测温仪的原理 (4)
3.3人体红外线测温仪的特点 (5)
3。4影响温度测量的主要因素及修正方法 (5)
4。人体红外测温仪的硬件设计 (7)
4.1总体设计 (7)
4。2单元模块设计 (8)
4。2。1红外测温模块 (8)
4.2。2红外测温模块的时序 (9)
4.2。3 LCD1602显示模块 (9)
5。软件设计 (11)
5.1主程序的实现 (11)
5.2红外测温模块程序 (13)
5。3键盘扫描模块程序 (14)
6。系统调试与分析 (17)
6.1系统调试 (17)
6。2结果分析 (18)
致谢 (20)
参考文献 (21)
附录A外文文献原文 (22)
附录B外文文献译文 (33)
附录C主程序 (43)
附录D元器件清单 (49)
附录E电路原理图及实物图 (50)
引言
在国内发展的红外测温仪的起步还是比国外晚一点，而且发展的方向也有些不同的方式,红外波长0。76 ～100 m之间，按波长的限制，可分为近红外，红外，远红外,超远红外四种，它是无线电波，在最后的位置，在电磁波频谱的可见位置之间.红外辐射是最常见的一种是电磁辐射的性质，它通常是基于环境中的任意对象将改变分子的元素和子元素的原子不规则活动，不断辐射红外线能量,分子元素和原子元素的活动愈强烈，辐射的能量愈大,反之,辐射的能量愈小使用红外辐射的方法开始温度检测的仪器是从单一到繁杂渐渐的研发而成的。红外测温仪是在一个点的温度限制为对象的早期检测，然后对检测线的温度,并不能显示物体的形状和表面的温度。直到第二十世纪五十或六十，由于红外探测器的光子探测器的迅速提高和有效出来,导致实验，热成像系统的理论基础.
SARS爆发后，人们越来越重视公共卫生和安全。非接触、高精度医用红外温度计的研发,能够让在公共场合、大流量人群的迅速检测具备首要的意义。它不但具备强大的商业价值，并且又具有重要的社会价值。
由于红外资源及传感器范畴创新的开发，新式测温仪器正逐渐替换传统的检测手法。如今美、英等国正悉力于增强前视红外系统信息处理本领(如智能人工目标分类），便携式个人电脑机可以实时生成高分辨率的图像,以解决缺陷方面的研究和产业化.世界上除少许大型军工企业公司(如美国Honeuwell公司、休斯飞机公司）除外，极多大商业公司(如三菱电气、日本横河（株）、瑞典AGA公司、法国Pyro公司、Sofradier公司、HGH红外系统工程公司等）也正在积极地从事红外测温、热成像能力的科研及产品研发。在中国,近年来，随着中国工业的快速发展加速、产品升级的需求,越来越多的温度计，虽然热电偶(热电阻)一类的接触感温元件仍然具有很大的优势，但非接触红外测温仪已被业界关注。
经过对非接触式红外测温仪资料的搜集，我们可以看到，近年来重要的发展趋势是:非制冷红外自动测温仪有了很大的进步。非制冷红外传感器的研究进展中可以看出，红外阵列传感器应用在过去,是量子型红外探测装置液氮冷却，现在是用于非致冷红外阵列传感器的使用，红外自动温度记录仪具有小，重量轻，价格低的特点。国内外近来成功地研发了具有杰出抵抗干扰的等效温差传感器,它的温度记录精度在0。06℃～0。08℃，这是一个衡量毫米阵列式主动红外温度记录仪的热辐射的标准。近年来，红外自动温度记录仪的快速发展,使温度检测的高分辨率，高精度、高速度成为可能。
1.红外测温仪的背景及研究意义
1.1 红外测温技术的发展历程
在19世纪，英国天文学家赫歇尔F.W.发现红外线。20世纪70年代，热成像系统和CCD成功应用，这世纪末,焦平面阵列（FPA）红外装置已成功应用,红外技术核心是红外探测器。具有光学，光电,量子结构的光子检测器，热探测器与热敏电阻,热电偶，热电类型。从第一代红外探测器和多台设备上扫描成像到第四代的快速发展，带动了相关技术和相应的红外应用技术的飞速发展,红外材料，光学元件加工和涂层，冰柜，特别的信号电路处理,图像处理，系统设计，系统测试。仿真和测试技术，已经形成了比较完整的科研生产体系。
红外探测是一种高科技检测技术在线监控（不间断）的风格，它集光电成像技术，计算机技术，图像处理技术于一身，由于其分子运动的任何对象,不断向外辐射的红外线热，以便在物体表面,以形成一定的温度场，通常被称为“图像"。通过接收对象发射红外线（红外线）时，屏幕上的热图像显示，红外诊断技术是通过测量设备的表面温度和温度场分布的红外辐射能量的吸收，从而判断加热设备的情况.确定表面温度的分布，准精确,实时，快速等特点.
红外测温技术在生产过程和产品质量控制和监测中,在机械故障的诊断和安全保护中发挥重要作用。在近20年来,技术的非接触式红外测温仪得到了快速发展，也不断提高性能，功能也不断增强，品种不断增多，适用范围正在扩大.比起接触式测温，红外测温有着响应时间快，非接触，安全性和使用寿命长等优点。
目前，红外诊断技术检测设备的应用程序，如红外测温仪，红外热电视和红外热成像仪等。如使用热成像技术将这种看不到“热”转化为可见光图像直接使测试结果红外热电视和红外热成像仪器，灵敏度高，可检测的热设备微妙的变化，准确地反映设备内部，外部加热，高可靠性,及时发现设备隐患非常有效错误!未找到引用源。。
1.2 红外测温仪的研究意义
由于需要用于医学的发展，在许多情况下，普通温度计满足不了快速和精确的温度测量的要求，诸如用于测量体温火车站和机场在人口密度大的地方。虽然现在国外,这个温度测量技术相对成熟，但技术仍处于发展阶段。因此，为了适应医疗发展的需要,有效地为温度测量的特殊环境，从而有效地控制和预防诸如流，非典型特殊疾病的传播，有必要设计一种快速测定，高温测量精度.一般工业用红外线温度计的精度不够高，我们根据红外线温度测量原理，通过关键部件，其目的是系统设计和自动调节的温度补偿的选择，以提高红外线的精度温度计,设计了一种用于场合人员密集和大流量快速体温测量的红外温度测量电路。
非接触式红外温度计可以通过使用最新的红外技术快速方便地测量物体的表面温度.与对象没有机械接触来进行测量和快速测量温度读数。只需要在对象瞄准进行测量时，按下扳机，在液晶显示读数的温度数据。红外线体温计具有重量轻，体积小，便于使用，携带方便和热，危险或难以到达的对象准确测量的优点，而不会污染或损坏待测定对象。每秒接触温度计测量将需要的时间数分钟，每秒红外测温仪可以测量多个读数。
在温度测量技术上红外线温度传感器的选择是非常重要的，不仅在温度测量使用红外线温度传感器，大面积的温度测量也可以使用红外线温度传感器.本次设计就是使用红外线温度传感器的温度测量技术，它具有高的温度分辨率，响应速度快的优点，而不会干扰测量的目标温度分布场，测量精度高，稳定性好；还有更多类型的红外线温度传感器，发展非常快,技术比较成熟，这是由设计红外温度传感器设计的非接触温度测量仪是主要的原因之一。
2 。系统总体方案选择
2。1 红外测温模块的方案论证
方案一：
在这个方案中，该系统分为红外温度传感器模块,MCU模块，按键模块，报警（蜂鸣器）模块，液晶显示模块和电源模块的模拟。所谓的模拟传感器的输出是一个传感器是模拟的,而不是可以直接进行的数字数据的处理，因此它需要通过一个信号放大和AD转换可被发送到微控制器用于处理。
在这个方案中，要通过红外线温度传感器的模拟接收人体发射红外线，则对应于通过传感器传出感温度的电压值的输出转换后。通过在液晶显示模块放大电路和AD转换电路和发送到微控制器模块进行处理，然后将两个红外线温度传感器输出以显示相应的体温。
方案二：
这个项目的第一个方案的最大区别是：在该方案由TN901红外温度传感器来取代模拟红外温度传感器。由于TN901红外线温度传感器内部集成运算放大电路，AD转换电路,滤波电路和数字信号处理器,所以只能TN901传感器的直接传递到微控制器处理模块和液晶显示模块显示的测定温度数据传感器数据接口。
方案对比和选择：
两种方案比较，相对较低的方案，而是要设计要求和系统电路变得更加复杂，从而使功率增加，以及效率将降低,在工作量增加，但也带来了更多的要求。两种计划的比较,虽然TN901模块成本的第二个计划是高的,但整个系统相对是比较简单的，传感器和MCU可以直接连接.它不仅简化了电路，而不是电源模块带来更多的消费，因此电源效率将提高到一个新水平.
考虑到各方面的问题，我认为方案二更适合这种设计.
2.2。电源模块选取的方案论证
方案一：
采用USB接口进行供电。随着科技的不断发达，电脑等产品的不断升级，电子产品智能化，很多电子产品的供电已经开始慢慢的转向USB供电,USB供电不仅即插即用，而且更环保、更方便、更普遍，更能跟上时代的步伐.
方案二：
由电池供电。电池电源有着悠久的历史，并一直延续到现在，许多遥控器,手电筒等常用的家电产品也已经在使用电池供电,电池供电方便，易于更换电源。
比较方案的选择：
电池供电与USB供电比起来更加便携,但是，在市场上电池的种类繁多，比如干电池、锂电池和纽扣电池等.电量都会很快消耗掉，而且USB供电更方便快捷、即插即用、更环保，并且能符合电子产品的走势，所以还是采取USB供电.
综上所述：本设计采用0。5米的USB供电线作为电源模块部分的设计。
2。3控制部分的选择
从ATS和STC单片机我们可以了解到，51和52单片机占了大多数，但51单片机内存小而且由于设计的更高的要求,所以对于初学者来说,我选择52 ，价格低廉,具有较高的价比。STC89C52是STC 司生产的种低功耗、高性能CMOS8位控制，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，因其拥有灵活的8 位CPU 和在系统可编程Flash 功能，使得STC89C52 为很多嵌入式控制应用系统提供了高效、灵活的解决方案。STC89C52 具有以下所示标准功能：8k 字节Flash，512 字节RAM，32 位I/O 口线,看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3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[1]。此外，STC89C52可
以减少到0赫兹静态逻辑操作，支持两种软件可选省电模式。在空闲模式下CPU停止工作，并允许RAM,定时器/计数器,串行口和中断系统工作。掉电保护模式，信息得以被保存，振荡器被冻结，单片机机器的所有工作停止,直到中断或硬件复位，最高工作频率35MHz时，有6T/12T可选。
P1口是8位双向I/O口内部上拉端口，P1输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑电平。P1口,写入“1"，内部上拉端口电阻升高，这可以被用作输入。作为输入，外部上拉引脚为低电平，由于内部的输出电流(IIL）的阻力.此外,P1。0和P1.2分别定时器/计数器2的外部计数输入(P1。0/ T2）和定时器/计数器2触发输入端口），在闪存编程和低8位地址接收的字节在P1口。
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将作为输出电流(IIL）.在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX＠DPTR）时，P2口送出高八位地址。在此时，P2口使用很强的内部上拉电阻。在使用8位地址（如MOVX＠RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容.在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和控制信号。
综合以上功能我选择STC89C52作为方案的控制部分的单片机.
3。人体红外测温仪的原理和特点
3。1 人体红外线测温仪的理论依据
所有自然界的高于绝对零度（-273.15℃）的物体，由于分子的热运动，在不停止对周围空间辐射红外波段的电磁波,通过能量密度的辐射温度依赖性和对象本身与辐射法可得出红外辐射理论,辐射定律为：
)(404T T E -=σε （3.1）
式中：E 为辐射出射度数，3m W ；σ为斯蒂芬―波尔兹曼常数)(1067.5428K m W -*-;ε
为物体的辐射率；T 为物体的温度,单位K ；0T 为物体周围的环境温度，单位K .测量出所发射的E ，就可得出其温度。
这种测量不需要与要被测量的物体接触，因此它属于非接触测量。在不同的温度范围和对象发射电磁波能量波长分布是不同的，在室温下范围，能量主要集中在红外和远红外波长（0至100℃）.对于不同的温度范围和在仪器的不同的测量对象，具体的设计也是不同的。根据式（3.2）的原理,仪器通过红外辐射测量:
)(424121T T A E -=εσε （3.2）
式中：A 为光学的常数,与仪表具体的设计结构有关；1ε为被测对象的辐射率;2ε为红外温度计的辐射率；1T 为被测对象的温度（K ）；2T 为红外温度计的温度（K)；它由一个内置的温度检测元件测出。
辐射率ε是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数,数值由0至1。0.所有真实的物体包括人体各部位的表面，其ε值都是某个低于1。0的数值。我们人体主要辐射波长约在9~10m μ的红外线，通过对人体自身辐射红外能量的测量，便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，所以可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面的温度。
通过在红外能量人体辐射的测量可以精确地测量身体表面温度。红外测温技术的最大优势之一就是测试速度快,不到1秒就可以完成测试。由光学系统，光电检测器，信号放大器和信号处理，显示输出部件红外线温度计. 3.2 人体红外线测温仪的原理
红外测温仪的温度测量是基于黑体辐射定律，传感器是测量温度信息的主要载体，通过传感器把经过的温度信息放大到电路先转换成为毫伏级的电压信号把弱电压信号慢慢放大到单片机能够自由处理的可调控范围之内,然后再通过输入A/D 转换器把电压信号转换成为数字信号然后再通过相应的软件把得到的数字信号成功地输入到主机中去。在使用单片机对信号进行采集的时候一般为
了提高测量的准确度，必须要求在采样的同时对信号进行数字滤波[1]
。所有高于绝对零度的物体的性质已辐射能量，物体的向外辐射能量的改变与按波长的排布与它的表面温度有着相对贴切的因质，物体的温度越高,所发出的红外辐射能力越强。根据黑体光谱辐射亮度的普朗克公式,即：
)11(C 251-⨯=λλλc e M (3.3)
式中第一辐射常数：)(10741833.322
621
m hc c ⨯⨯==-ωπ , 第二辐射常数: )(1010438832hc 2
2k m k c ⨯⨯==- 其中：
k -波尔兹曼常数； h —普朗克常数；
c —电磁在真空中的传播速度。
3.3 人体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.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，测温仪内部的灵敏探测元件将采集的能量信息输送到单片机的微处理器中进行处理，然后转换为温度读数显示在LCD 显示屏中。所以人体红外测温仪的优点有：
(1)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定温。
(2)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。 (3)非接触测量:它不需要接触到人体，只需在额头前方10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.
(4)测量范围广：因为人体红外测温仪是非接触式的，所以测温仪不会处在很高或很低的温度环境中，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.
(5)体积小，方便携带。
(6)灵敏度高：只要人体温度有微小变化，辐射能量就会有较大改变，容易测出来。而且使用寿命长及使用安全。
(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.
3.4 影响温度测量的主要因素及修正方法
影响红外人体测温仪的因素有：
(1)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，所以应该考虑进去，检测仪器接收到的红外辐射包括目 标自身红外辐射和其它部位及周围环境的辐射,以及目标对太阳和环境辐射的反 射与散射.因此为准确对设备进行红外诊断，则必须考虑环境背景的辐射影响,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，实现准确的测温.
(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ε=1.00）来分度的，而实际上，物质的发射率一般都小于1。00，在需要测量目标的真实温度时，必须要设置发射率值.
(3)温度测量范围和测定对象的大小之间的关系：在不同的距离，有效直径D 的衡量的目标是不同的，并且在靶的测量应注意到目标的距离。红外线温度计距离系数K 的定义是测量的距离L 与靶的直径D 的测量比，即，D L k =.
(4)目标的背景光测量：如果用一个明亮的背景光来测量物体（尤其是受阳光直射或强光），测量精度会受到影响,因此可以使用对象遮挡目标直接光消除背景光的干扰。
(5)温度输出功能：首先，我们模拟输出信号 -0〜5V ，1〜5V ，0〜10V ，0/4〜mA 会加入到闭环控制。其次，低报警，高报警,在控制温度在一定范围内所需的生产工艺可设置高低报警值。高报警:高报警设置为打开的情况下，当温度低于上限报警值越高，对应的LED 灯闪烁，继电器接通蜂鸣器会响。
(6)如在温度测量是在一个不确定的环境下,所在外部环境将会对温度测量以及测量误差的结果有一定的影响，所以需要一个校正环境温度。
由节辐射公式可得出热释电传感器的响应公式为：
)(440a T T S V -= (3.4）
式中：S 为与热释电响应特性及物体表面发射率有关的常数，0T 为物体表面温度，a T 为环境温度。根据表达式(3。5）可以得到不同的标定公式：
（1）简单关系式,即
V K T T
T a a a +≈+=140S V (3。5）
式中：34S 1a a T K =，表中数据表明，a K 不仅与a T 有关，还与0T 有关。
（2)多项式，即
140V a T
S T += （3。6)
令
+++=2
10a a aT T a a S （3。7）
其实验结果表明,测温时的环境温度和物体表面温度要在一定的范围内，要使测温仪满足一定的精度,如环境温度0T =30℃，物体表面温度超出180℃以上时，读数误差就会较大。
从表3。1所示：首先，它应该是分段标定物体的表面温度,因为测量范围大，校准系数差异，所以细分的话影响也很大。实际应用中以5℃为间隔，在10℃下对系数校准，采样电压峰值在对系数的选择的时间内间隔下降。然后根据不同的环境温度和已被选定的校准系数，保证在不同的环境温度仍然可以精确的测量温度。
分析表3.1显示，当表面温度较低（78℃）时，经修改的系数受环境温度影响较大。校准系数在这个温度范围对象必须对环境温度修正。当表面温度较高时，修正系数基本上是由物体的表面温度来确定，这样的系数不必根据环境温度校正，这减少了校准系数的复杂性。下面表3。1是不同环境下温度系数：
表3。1 不同环境下的温度系数
标准温度
（℃）
环境温度 (℃） 测量值 (V ） 系 数 Ka （V/℃） 34。00
26。0 2.612 3。061 26.5 2。605 2。879 27。0 2.578 2。704 78.00
26。0 2。961 17.58 26。5 2。948 17.48 27.0 2。935 17.44
120.00 26.0
3.392 27.72 26.5
3。387 27。49 27。0
3。384
27。48
4. 人体红外测温仪的硬件设计
4.1 总体设计
下图4。1所示是人体红外测温仪系统的总体结构框图.
图4.1 系统总体结构框图
由上图4。1可以看出，红外传感器接收到人体发出的红外线后，经过检测系统确定后,再在信号处理模块对所测得到的信号进行放大、滤波、再进行一系列的计算,再由单片机处理传送到显示模块显示出温度读数.当外界温度超过或低于此温度时，1脚会输出高电平或低电平，完成对温度的判断,进而实现对温度的控制或进行报警,如果经过处理后的数据大于所设置的预警数据，则蜂鸣器报警。如果检测完信号后送达处理系统处理，所测的数据有误,则可以通过控制器（按钮）来进行重新检测,直到显示正确温度.
如下图4.2是电路的电路原理图的处理模块:
图 4.2 红外人体测温仪电路原理图
基于单片机STC89C52红外测温仪是目前使用较多的设计理念的硬件设计的一部分，整个系统分为五个模块:红外测温模块; MCU 处理模块；电源模块；键盘模块和液晶显示模块。可以把一个复杂的问题分解成一种较容易解决的模块划分方法，分别要解决,从而大大简化了设计作品的难
红外传感器
检测 系统
信号处理部分
LCD 显示模块
报警模块
按键模块
度。
红外测温仪是STC89C52单片机为核心器件，芯片模块的工作原理是:加载相应程序STC89C52单片机红外测温模块的数据,送往液晶显示器显示。
如上图4。2中的左是单片机处理模块是通过人工复位开关，只要RST引脚高电平超过10ms 时，芯片进入复位状态，根据实际情况和选择很容易判断复位温度测量数据。使用振荡电路的仪器是一个晶体振荡器电路,如上图4.2在左侧是具体这部分电路的一部分。使用晶体振荡电路是因为它的频率稳定性是良好的，这是红外温度计的非常重要的一项技术要求。
4。2 单元模块设计
4.2。1红外测温模块
在TN901红外测温仪模块,设计具有高精度、低功耗、高灵敏度特性,保证了采用MEMS热电优良特性，可准确测量环境温度，TN901红外测温仪用温度补偿技术，使module。ZyTemp产品承受10℃热冲的影响，产品在温度变化大的环境具有良好的精度。例如：在高达160℃的环境温度情况下，传统的红外测温仪的温度变化的误差，需要建立时间30分钟。TN901产品错误仅0。5℃,只需要很短的时间。而相比TN901只需要3伏电源，大多数其他红外温度测量仪器需要一个9伏的电源电压，TN901的具体性能参数如下表4。1：
表4。1 TN901性能参数表
测试条件—33~220℃/ —27~428℉
工作范围-10～50℃/14～122℉
精度Tobj=15~35℃, Tamb=25℃+/—0。5℃
全范围精度＃AC +/-2%, 2℃
分辨力(—9.9～199.9℃）1/16°C=0.0625 (fall range)
响应时间（90％) 1秒
D：S 1:1
发射率0.01～1 step.01
刷新频率1。4Hz
尺寸12x13.7x35mm
波长5um～14um
重量9克
电源3V或5V可选择
采用非接触方式，解决传统测温接触红外测温模块的问题，具有响应速度快，测量精度高，测量范围宽等优点.它通过红外线温度传感器扫描所述测定对象物,并通过发送到MCU模块口线传输的相应的红外辐射数据,下图4。3是红外线温度测量模块电路图:
图4.3 红外测温模块电路图
面对目前众多的红外检测器件产品,在设计中选择合适的红外检测器已成为一个重要问题。在设计过程中选择红外线检测器件时，首先考虑的是器件的以下性能因素:光谱响应范围、响应速度、有效检测面积、元件数量、制冷方式和检测目标的温度。在深入研究混合高斯背景建模的基础上,为提高人体目标提取的准确性，研究了几种边缘算子,把边缘算子引进混合高斯背景建模对其进行改进,人体目标提取效果有所提高,最终有效实现人体目标的提取。本红外测温仪选用了凌阳公司生产的型号为TN901的红外探测器作为测温模块，它是一种集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，因此简化了本系统的设计[3] .
4。2。2红外测温模块的时序
红外测温模块中，温度测量需接收5个字节的数据，这5个字节中:Item为0x4c表示测量目标温度，为0x66表示测量环境温度。MSB接收温度的高八位数据；LSB接收温度的低八位数据；Sum为验证码，接收正确时Sum＝Item+MSB+LSB；CR为结束标志，当CR为0xodH时表示完成一次温度数据接收[4].
他们的温度的计算方法都相同，无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到Item为0x4cH 或者0x66H同时检测到CR为0x0dH就可以了。
计算公式：
目标温度/环境温度=Temp/16—273。15
其中Temp为十进制,当把它转换成十六进制的高八位为MSB，低八位为LSB；比如MSB为0x14H，LSB为0x2Ah,则Temp十六进制时为0x142aH，十进制时为5162，则测得的温度值为5162/16—273。15=39。475℃.
4。2.3 LCD1602显示模块
1602LCD液晶屏显示模块具有微功耗，体积小,内容丰富的特点，在便携式仪器和低功耗应用中具有优势，因为系统超薄，重量轻的原因变得越来越被广泛的应用。在该设计中,字符类型LCD 模块是一个5×7点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示容量可以分为116个字符，2行16个字符，220个字等，这里是常用采用2行16个字来介绍它，method。1602是标准的接口，标准的14英尺（不需要背光源）或16英尺（带背光）接口，每个引脚的界面如下表4。2:
表4。2 1602LCD引脚图
编号符号引脚说明编号符号引脚说明
1 VSS 电源地9 D
2 数据
2 VDD 电源正极10 D
3 数据
3 VL 液晶显示偏压11 D
4 数据
4 RS 数据/命令选择12 D
5 数据
5 R/W 读/写选择13 D
6 数据
6 E 使能信号14 D
7 数据
7 D0 数据15 BLA 背光源正极
8 D1 数据16 BLK 背光源负极
在液晶显示电路连接,LCD1602显示模块可直接与SCT89C52单片机直接接口相连，D0〜D7端口的液晶显示器连接到P0.0〜P0。7 SCT89C52单片机的端口，单片机P0口可以作为通用输入，输出端口的使用,在这个时候，如果要驱动的NMOS或其它拉伸负载电流，需要一个外部上拉电阻，以使高电平有效,所以中间连接10K电位器来决定显示的高电平和低电平是否显示.
由于V型端与电源连接时，电源相对最弱，接地电源相对较高,过高会导致“重影”，对比度过低就会使屏幕模糊，所以在使用的时候可以通过一个10K的电位器来调节与P2.1端口的单片机连接时RS注册其contrast.LCD1602选择端口,通过软件程序来确定寄存器的选择。P2.2液晶RW端口直接连接到单片机，高功率时读取输入端口数字信号。电子端与P2.3的单片机相连,启动低功耗时将显示读数的执行情况。下图4.4是LCD1602液晶显示器的电路连接图。
图4.4 LCD显示电路连接图
液晶显示模块是一个缓慢的显示装置,所以前每个指令必须确认从工作状态到空闲状态的模块，否则指令失败。要显示字符时先输入地址显示字符，那就是告诉模块在哪里显示字符，表4。3是DM-162的内屏地址。
表4。3 1602的内部显示地址
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 序号
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液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码。在软件中设置温度的代码是:30.0℃(00110011B，00110000B,00101110B，00110000B，01000011B）；37.0℃（00110011B,00110111B，00101110B，00110000B，01000011B）；60℃(00110110B，00110000B，01000011B）。
5. 软件设计
5.1主程序的实现
根据所述室的要求红外线人体温度测量系统的设计,该设计是在LCD1602的MCU和显示收集的数据,在LCD显示温度后MLX90615红外线温度传感的装置.不在设定范围内任意的一组数据时，该蜂鸣器报警之内到传感器设定的温度和湿度，感应范围内，比设定值高或低时报警。实现以确定的温度和湿度满足这些基本功能.人体目标特征提取是进行目标识别的关键前提，特征序列的好坏直接影响入侵探测系统人体目标识别的效果，本探测系统结合入侵探测实际,主要提取人体目标的辐射特征、不变矩阵特征以及人体形状特征，利用基于RBF神经网络，并优化其网络模型，实现人形目标的识别,识别准确性得到提高,能有效降低虚警率[4] .
设计的思想是在第一系统初始化，并显示子程序,每个端口温度数据重置，按下开关，接通电源,以确定当电源接通时的A/D转换器的VIN（+)输入放大后读取和滤波计算从模拟信号到数字信号，片选CS的数据转换后，WR读出结束也被设置为低电平时，芯片本身产生脉冲，转换就会开始。然后通过A / D转换的CS，RD和0低电平时读取转换的输出数据，存储在模拟到数字转换器闩锁装置的转换后的数据，端口D0〜D7是SCM P0口输入到一个组成部分。读取正确的数据写入EEPROM的MCU内存后阅读三次。同时，计数器加1，继续读取下一组数据。如果取得数据后，读满三次不正确，MCU复位，重新阅读后复位。
中断INT0被设置为外部中断，之后读出在EEPROM中的数据的中断,然后通过液晶屏显示，通过读出的数据来判断，AT89C52 P3口是多功能的I/O口或具有第二功能，其第二功能是作为控制口，所以此设计中使用的P3。0串行端口输入来控制报警系统中,如果数据大于人体，蜂鸣器报警的表面温度高，显示温度为30〜60℃下，当所测量的温度低于下限，或最高温度和报警系统报警更高的范围内。一个二阶的操作信号中断子程序将返回后执行.主程序流程图在图中，如图5.1所示。
主程序主要实现以下功能：
(1)在给产品上电后时能自动初始化设备，引导程序能够正确执行。
(2)保持环境温度显示的同时，采样覆盖在热释电探测器视场的物体表面的红外辐射的数据，再对采样进行转换，并比较各值，直到它的值为热释电探测器响应的峰值电压为止。
如图5。1是软件设计部分的中断子程序流程图,主要实现以下功能：
(1)当红外测温仪上电后，STC89C52单片机自动复位，开始运行该程序.该程序首先对
STC89C52初始化。
(2)然后给定引导显示，然后判断是否键输入，如果没有输入键，则继续判断;如果按键输入，判断是红外测温。如果是要返回到引导显示,是红外线温度测量，接收的数据，并显示温度值的计算,并等待温度测量命令的结束。判断温度测量结束与否,如果没有继续的温度，接收到的最终命令返回显示引导来判断。
(3)读取温度超过高预警温度或低于低限度值时，蜂鸣器报警，没超过直接显示所测温度.
(4)液晶显示子程序完成最后的温度。
图5。1 主程序流程图主程序如下：
void main（)
｛
time_init（）;//初始化定时器
Outside_Init（）；//外部中断初始化
Init_LCD（）；//温度显示初始化
Init_T(）；//循环读码
init_eeprom（);//读eeprom数据
xianshi(）;
while（1)
{
if（Menu_Flag==0)；//没有菜单标签则显示主界面
｛
if（flag_one==1）
{
qingping（);
flag_one=2;
Init_T（);
xianshi（);
}
//读取目标温度
TN_IRACK_UN();
TN_IRACK_EN();
TN_GetData(0x4c）；
MBTemp=Temp;
Display(MBTemp)；
｝
if(Menu_Flag==1)//显示控制界面
{
if(flag_one==2)
｛
flag_one=3；
FMQ=1; // 蜂咛器不报警。
baojinxianshi1（）;
write_com(0x80+0x40+4);
write_date(’T’);
write_date('H'）；
write_date(’：'）;
write_date（’0'+tempH/10)；
write_date（’0’+tempH%10）；
write_date(’.'）;
write_date('0’)；
｝
key（);
}
if（Menu_Flag==2) //显示控制界面
｛
if（flag_one==3）
｛
flag_one=1；
FMQ=1; // 蜂咛器不报警.
baojinxianshi2(）；
write_com(0x80+0x40+4）；
write_date（’T'）；
write_date(’L'）;
write_date(’：')；
write_date（'0'+tempL/10);
write_date('0'+tempL%10）；
write_date（’.’);
write_date（’0'）；
}
key(）;
｝
｝
5。2红外测温模块程序
该红外线温度测量模块和一个脉冲信号的数据输出信号分别与单片机的P1.0和P1。1端口，温度控制端P1。2访问端口相连。其程序流程图如图5。2，该模块首先定义一个字符阵列，用于读出存储到数据帧，然后开始测量温度并读出的数据,该数据是在沿输送机的脉冲下降。数据的五个字节读到后，判决后第一个字节是0x4c0x66还是0X0D，并计算温度的返回值,或继续读数据。
目录 中文摘要............................................................ - 2 -英文摘要............................................................ - 2 -1 引言......................................................... - 3 -1.1 课题研究的背景及意义.............................................. - 3 -1.2 数字式测温和红外测温技术的发展现状................................ - 4 - 1.3红外测温的特点.................................................... - 5 - 2 系统的方案设计与论证 ............................................. - 5 -2.1 单片机选择与论证.................................................. - 5 -2.2 红外传感器选择与论证.............................................. - 6 - 2.3 显示模块选择与论证................................................ - 6 - 3 系统硬件的设计................................................... - 6 -3.1 STM32F103系列微控制器概述....................................... - 7 -3.2 MLX90614红外测温模块设计........................................ - 9 -3.3 DS18B20温度检测模块设计 ........................................ - 10 -3. 4 LCD1602显示模块设计............................................ - 11 -3. 5 按键控制模块设计................................................. - 12 -3.6复位电路设计..................................................... - 13 -3.7电源电路设计..................................................... - 13 -3.8报警电路设计..................................................... - 14 - 3.9本章总结......................................................... - 15 - 4 系统的软件设计.................................................. - 1 5 -4.1 主程序流程图的设计............................................... - 1 6 -4.2 部分程序流程图的设计............................................. - 1 7 - 4.3 程序实现......................................................... - 20 - 5 系统调试........................................................ - 27 -5.1 系统软件调试..................................................... - 27 - 5.2 系统硬件调试..................................................... - 30 - 6 总结............................................................ - 31 -谢辞................................................ 错误!未定义书签。参考文献..................................................... - 32 -
目录 摘要.............................................................. I Abstract ......................................................... II 第一章红外线测温仪的研发背景 (1) 1.1红外测温仪的实际应用 (1) 1.2红外测温技术的发展历程 (1) 第二章人体红外测温仪的原理和特点 (2) 2.1人体红外线测温仪的理论依据 (2) 2.2人体红外线测温仪的性能指标及作用 (2) 2.3影响温度测量的主要因素及修正方法 (3) 2.4人体红外线测温仪的特点 (5) 第三章人体红外测温仪的硬件设计 (6) 3.1总体设计 (6) 3.1.1 整体框图设计 (6) 3.1.2 电路设计 (7) 3.2温度传感器 (8) 3.3放大电路的设计 (8) 3.4模数转换部分电路 (9) 3.5LCD1602显示电路 (10) 第四章软件设计 (12) 5.1红外测温仪的使用注意事项 (15) 5.2改进方案 (15) 5.3推广及应用 (15) 参考文献 (16) 致 (17) 附录1 PCB板图 (18) 附录2 3D效果图 (19) 附录3 程序 (20)
人体红外测温仪 摘要: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。本文也设计了红外测温仪的整体系统构架。根据热释电原理，主要针对人体体温测量进行了具体的设计开发，开发包括整体方案，硬件电路，单片机程序和主机程序。并利用设计出来的红外测温仪在环境温度30℃下对人体温度和水温进行了测量，对人体的温度测量的误差低于±0.1℃，提高了测量精度。人体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。主要介绍热释电红外传感器的工作原理以及最适宜人体红外线检测的热释电传感器PM611的优点和等效电路，阐述了基于热释电传意器的红外测温仪的工作原理，讨论了该系统的设计与实现方法，简单介绍了测温系统的适用条件。 关键词：温度测量，热释电，AT89C51
题目人体红外测温仪电路系统设计与实现 学生姓名高凯学号1213024120 所在学院物理与电信工程学院 专业班级通信 1204 班 指导教师赵峰 完成地点物理与电信工程学院实验室 2016年6月5日
陕西理工学院本科毕业设计任务书 院（系）物理与电信工程学院专业班级通信工程（通信1204）学生姓名高凯 一、毕业设计题目人体红外测温仪电路系统设计与实现 二、毕业设计工作自 2015 年 11 月 9 日起至 2016 年 5 月 18 日止 三、毕业设计进行地点：物理与电信工程学院实验室 四、毕业设计应完成内容及相关要求: 设计内容:研究非接触式热释电红外测温仪的原理，实现对物体表面温度快速准确的测量 装置。设计红外测温仪的整体系统构架。根据热释电原理，主要针对人体体温测量进行具体的设 计和实现，具体包括整体方案，硬件电路，单片机程序和主机程序。并利用设计出来的红外测温 仪在环境温度30℃下对人体温度和水温进行了测量,对人体的温度测量的误差低于0。5℃。 设计要点：（1）熟练应用单片机进行电路系统设计；(2）掌握热释电红外测温原理，建立起 测量温度与输出信号之间的函数关系;（3）设计测温电路系统，测温距离不小于10cm；(4)根据电 路原理图,制作电路板,完成样品制作、调试、改进；（5）系统测试与性能分析，分析存在的技术 问题,并提出改进的方法;（6）撰写论文. 六、毕业设计的进度安排: 1.开题报告截止日期：2016年3月18日 完成任务：（1）开题报告撰写，并于指定时间在系统中提交开题报告.(2）完成在系统中下 达的外文翻译原文并提交。 2. 论文(设计）实施阶段截止日期：2016年5月18日 完成任务：(1)查阅文献资料拟定毕业论文（设计）大纲，进行相关实验、调查或文献综述。 （2）4月中旬必须在系统中提交中期检查，教师审核后按照整改意见修改。（3)提交初稿,教师进 行初审,退回修改，直到初稿审核通过，进行定稿阶段。 3。评阅及答辩阶段截止日期：2016年6月13日 完成任务：（1）定稿论文评阅，答辩PPT制作.（2)论文答辩,答辩后按照修改意见对论文进 行终稿定稿。 指导教师签名赵峰专业负责人签名王战备 学院领导签名熊晓军批准日期 2016-01-10
红外测温仪系统 1. 引言 温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。因此，实现对温度的实时测定就显的十分重要。然而，传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。但是，在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0. 75～100μm 的红外线.红外测温仪就是利用这一原理制作而成的。因此，红外测温仪具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。 图1 红外测温仪的测温图 2. 红外测温仪系统原理 2.1红外测温原理 一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。 黑体辐射定律：黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1，其它的物质反射系数小于1，称为灰体。应该指出，自然界中并不存在真正的黑体，但是为了弄清和获得红外辐射分布规律，在理论研究中必须选择合适的模型，这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型，从而导出了普朗克黑体辐射的定律，即以波长表示的黑体光谱辐射度，这是一切红外辐射理论的出发点，故称黑体辐射定律。 由于黑体的光谱辐射功率Pb(λΤ)与绝对温度Τ 之间满足普朗克定理： ()1 ex p 251-= -T c c T P b λλλ （1） 其中，Pb(λΤ)—黑体的辐射出射度； λ—波长； T —绝对温度；
摘要 传统的体温测量仪器大多是采用物理原理，大多数是根据水银等随温度升降的热胀冷缩的性质原理设计的，通过读取刻度值来判断温度值，这种方法操作起来不太方便，使用范围比较局限，而且测量所需要的时间较长【1】。为了解决快速测量和高精度的问题，本设计提供了一种新的温度测量方案，本系统是由TS118-3红外线温度传感器、16位双信道串行A/D高精度放大器AD7705、STC89C52单片机、LCD1602液晶显示器、DS1302时钟电路和报警电路等构成，从而实现了非接触式红外快速测温的目的，它能够在较短的时间内准确测量出人体的温度，当测得的温度超出设定范围时即自动启用报警电路进行超标报警，并且还能显示当前测温的时间。运用比较方便，功能较多。 本文对该系统提出了具体的设计方案，讨论了红外线非接触式体温测量的基本原理，进行了方案的可行性论证。同时设计出了电路图和程序流程图并编写有程序控制。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，使得系统的各个方面的性能得到了显著的提高。 关键词：红外线温度传感器；非接触测量；A/D转换器；STC89C52单片机
A Design Of IR-style Temperature measuring system Student:xxx Teacher:xxx Abstract:Most of the conventional temperature measuring instruments is the use of physical principles, most of the mercury with the temperature according to thermal expansion and contraction movements of the nature of the design principles, by reading the scale value to determine the temperature, this method is not very convenient to operate, use of more limited, and the longer time required to measure【1】. In order to solve the problem of rapid measurement and high precision, the design of a new temperature measurement program, the system is composed of infrared temperature sensors TS118-3, 16-bit dual-channel serial A / D precision amplifier AD7705, STC89C52 microcontroller、 LCD1602 LCD monitor, DS1302 clock circuit and alarm circuits, etc., in order to achieve a rapid non-contact infrared temperature measurement purposes, it can be accurate in a short period of time to measure the body temperature, when the measured temperature exceeds the setting range enabled automatically when the alarm circuit excessive alarm, and also displays the current temperature of the time. The use of more convenient, more functions. This article made specific to the system design discussed non-contact infrared temperature measurement principle, carried out the feasibility demonstration. Also designed the circuit and program flow chart and to prepare a program control. The use of the MCU and the advantages of digital control system makes all aspects of system performance is significantly improved. Key words: infrared temperature sensor; non-contact measurement; A/D converter; STC89C52 MCU
红外测温仪的设计 关键词：红外测温仪、非接触式测温、温度测量原理、电路设计、软件算法、外观设计、操作界面、功能、使用场景、案例分析 一、红外测温仪的设计思路 红外测温仪的设计主要涉及温度测量原理、电路设计和软件算法。它的基本原理是利用红外辐射的能量与温度之间的对应关系，通过测量辐射能量来确定被测物体的温度。电路设计方面，红外测温仪需要使用热电堆或光电探测器等敏感元件来检测红外辐射能量，并采用低噪声放大器和滤波器等电路元件来提高测量精度。软件算法方面，则需要实现对采集到的数据进行处理和分析，将红外辐射能量转换为对应的温度值。 二、红外测温仪的外观与功能 红外测温仪的外观设计通常采用手持式或固定式结构，具有方便携带、操作简单的特点。它的操作界面一般包括显示屏、功能键和电源开关等，方便用户查看温度数据和控制仪器操作。此外，红外测温仪还具有多种功能，如温度单位转换、数据存储、高温报警等，可根据不同领域的使用需求进行拓展。
三、红外测温仪的使用场景 红外测温仪在多个领域都有广泛的应用。在工业生产中，它可以用于检测生产设备的运行温度，预防设备故障；在农业生产中，可以用于监测动植物的生长温度，提高农业产量；在医疗卫生领域，可以用于快速准确地测量病患的体温，协助医生进行诊断和治疗。 四、案例分析 1、工业生产领域：某工厂采用红外测温仪检测传送带上的产品温度，以确保产品质量和生产安全。红外测温仪能够在短时间内准确地测量产品温度，避免了传统接触式测温方法的不足，提高了生产效率和产品质量。 2、农业生产领域：某农场使用红外测温仪监测大棚内蔬菜的生长温度，根据温度变化及时调整大棚内的环境，使得蔬菜生长更加良好，提高了农产品的产量和品质。 五、总结 红外测温仪是一种非常实用的测温仪器，具有广泛的应用前景。通过了解红外测温仪的设计思路、外观与功能以及使用场景，我们可以更好地了解它的优势和应用价值。在未来的发展中，随着技术的不断进
摘要 温度的测量应用十分广泛。测温方式一般可分为接触式和非接触式。接触式测温优点是简单、可靠、测量精度高，但它必须让它的测温传感器和被测物体接触测量它们之间达到热平衡之后的温度，所以缺点是响应时间长。而且在很多应用领域中要求测量温度的传感器不能与被测物体接触，这就需要一种非接触式的测温方式来满足要求。红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体温度的，不需和被测物体接触且具有不影响被测物体温度场、温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、稳定性好等特点。本论文正是应上述实际需求而设计的红外测温仪。 本文介绍了红外测温仪测温的基本原理和实现方法，提出了以STC89C51单片机为其核心控制部件的红外测温系统。详细介绍了该系统的实现方式和构成，给出了软件的设计流程图和硬件原理图。该系统主要红外测温传感器、时钟芯片、单片机、液晶显示、电源管理等部分组成。红外测温传感器汇集其视场内目标的红外辐射能量并把红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。STC89C51单片机负责控制启动接受时钟电路的时钟信号、温度测量、接收测量数据、并按照单片机中的温度值计算算法计算出目标的温度值和日期时间再通过LCD把结果显示出来。 关键词：单片机，红外测温，设计
ABSTRACT Temperature measurement is widely used. Temperature measurement methods can be divided into contact and non -contact . Contact temperature advantage is simple, reliable, high accuracy, but the temperature sensor and the object it must be allowed to reach a temperature of -contact measurement after thermal equilibrium between them, so the disadvantage is that the response time is long . And in many fields of application is not required to measure a temperature sensor in contact with the measured object , which requires a non-contact temperature measuring method to meet the requirements. Infrared temperature measurement is to determine the temperature of the object based on the object 's infrared radiation energy , and the object without touching the object and has no impact on the temperature field, temperature , high resolution, fast response, wide temperature range, stable good characteristics . This paper is designed to be above the actual needs of the infrared thermometer . This paper introduces the basic principle and method of infrared thermometer temperature measurement is proposed to STC89C51 microcontroller core control components for infrared temperature measurement system . Details of the implementation and composition of the system , given the software and hardware design flow diagram . The system is mainly infrared temperature sensor , clock chip, microcontroller, LCD , composed power management section. Infrared temperature sensor brings together its field of infrared radiation energy targets and the infrared energy is focused on the photoelectric detector and converted into a corresponding electrical signal . STC89C51 SCM is responsible for controlling start accepting clock circuit clock signal , temperature measurement, receive measurement data and calculation algorithm to calculate the target temperature and the date and time according to the microcontroller temperature value then the results are displayed via LCD . Keywords: microcontroller, infrared temperature measurement, design
1摘要 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。本文主要设计了红外测温仪的整体系统构架，根据热释电原理，主要针对人体体温测量进行了具体的设计开发，包括整体方案，总体电路及各单元电路的设计，软件设计，硬件焊接及系统调试，并利用设计出来的红外测温仪在环境温度30℃下对人体温度进行了测量，对人体的温度测量的误差低于±0.1℃，提高了测量精度。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。此外还介绍了热释电红外传感器的工作原理以及比较适合人体红外检测的热释电传感器PM611的优点和等效电路，阐述了基于热释电传感器的红外测温仪的工作原理，讨论了该系统的设计与实现方法，简单介绍了测温系统的适用条件。 关键词：温度测量热释电PM611
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 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 using the infrared thermometer at ambient temperature 30℃on the human body were measured on the human body temperature measurement error is less a ±0.1℃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 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. Keywords: Temperature Measurement Piezoelectrically PM611
、八、, 刖言 体温是人体生命活动的根本特征，也是观察人体机能是否正常的重要标志之一。目前，人们使用最广泛的水银体温计是根据水银等随温度升降的热胀冷缩的性质，通过读取刻度值来判断温度值，它有诸多的缺陷：传统温度计在使用时要和被测量者接触，而且往往要等待较长的时间，以让其充分受热，当测量结束后还要将水银重新甩入水银泡中，由于水银泡是由很薄的玻璃制成的，极易破碎, 而且其中的水银蒸汽对人体有极强的毒害作用，因此普通的温度计有非常严重的平安隐患。 红外测温为测量人体温度提供了快速，非接触测量手段，可广泛，有效的用于密集人群的体温测量。而且可以以数字的方式显示出测量结果，使测量过程变得直观，而且耗时短，往往在几秒钟之内就能测得结果，而且寿命长，是较为理想的测温仪器。 红外测温的设计，其内容包含了电子技术，检测技术，单片机等多方面的内容，红外测温技术是一门很实用和前沿的技术，做此课题，有利于理论联系实际，更好的掌握这一方面的知识体系，是对学习内容的升华，特别是对单片机控制技术知识的深入理解，对于自身综合素质与工程能力的培养也有重要意义。
目录 一．概述 (1) 1. 红外测温概况 (1) 1.1 红外测温的根底理论 (1) 1.2 红外测温的特点 (1) 1.3 设计的目的和意义 (2) 二．设计的整体思路和框架 (2) 2.1 总体设计 (2) 2.2 系统总体结构框图 (3) 三.AT89S52单片机简介 (3) 四．红外传感器简介 (4) 五.显示模块简介 (5) 六.软硬件调试 (6) 6.1 系统硬件调试 (6) 6.2 系统软件调试 (6) 七................................. 总结7 八. 参考文献 (8)
目录 1 技术指标 (1) 2 设计方案及其比较 (1) 2.1 设计原理 (1) 2.2 设计流程图 (1) 2.3 各模块方案设计 (2) 2.3.1 TP337温度传感器模块 (2) 2.3.2 LM358电压信号放大模块 (4) 2.3.3 AD转换模块 (6) 2.3.4单片机模块 (7) 2.3.5 LED显示模块 (7) 2.4 方案比较 (8) 3 实现方案 (9) 4 调试过程或结论 (9) 4.1 调试过程 (9) 4.2 结论 (11) 5 心得体会 (11) 6 参考文献 (12)
基于热电堆红外探测器的非接触人体表 面温度测量系统设计 1 技术指标 设计一个非接触人体表面温度系统，要求： (1）通过热电堆TP337A来探测人体表面的温度; (2)由LED数码管显示测量的温度，要求显示温度精度能够达到0.1℃； （3）可以连续测量人体表面或环境温度。 2 设计方案及其比较 2。1 设计原理 根据技术指标，热电堆红外探测器探测人体温度系统主要是由单片机模块、TP337温度传感器模块、LM358电压信号放大模块、A/D转换模块、LED数码管显示模块组成。 首先TP337红外温度传感器将红外信号转换为电压信号。由于输出的电压信号很微弱，所以需要用由LM358组成的运算放大电路进行前置放大，然后将放大的电压信号发送至由PCF8591组成的A/D转换电路,再将转换后得到的数字信号送至单片机进行处理，最后将处理的结果送至LED数码管显示屏进行实时测量温度的显示.从而实现温度测量系统的设计。 2.2 设计流程图 根据设计原理，可以画出其流程图,见图1。
基于神经网络身份识别的红外测温系统 的设计与实现 摘要：本文首先介绍了Matlab中一种人脸识别及定位的函数及其原理，然后再利用此函数以及图像降噪等图像处理技术建立一整套流程，用来实现人脸识别及检索其个人身份信息并将其显示。在MATLAB中利用faceDetector函数来实现对采集图像中的目标区域，即人脸进行定位。在实际使用过程中，采集社区或某一群体的人脸图像及身份信息，使用程序进行身份信息的识别。最终通过硬件将所测量的温度与身份信息进行结合，完成全部步骤。 1.技术简介 1.1BP神经网络 前些年新型冠状病毒肺炎疫情情况严峻，主要防控疫情的手段便是对人体体温的测量。在测量体温后，如何准确的将测量对象的身份与测量的温度进行对应，也成为了一个重要问题。本次研究设计的新颖之处是在于开创性的使用了基于Matlab平台的BP神经网络搭建人脸识别系统进行测温的同时使用BP神经网络算法进行人脸识别并将识别的结果与数据库中的人脸数据对比，从而确定测温对象的身份信息。我们所采用的复杂神经网络可以通过自行学习调节优化，进而从海量的样本数据中准确地找出采集的图像信息中人眼难以辨别的重要识别特征。 每当人们在使用智能设备进行人脸图像扫描时，总会因为背景、光照条件等外部因素而影响到设备对人脸识别的准确度。对此，我们认为可对人脸图像预处理，来消除影响因素。并且在此基础上以BP神经网络算法为核心算法，设计一套全新的人脸识别系统。BP神经网络即误差反向传播神经网络，BP神经网络有很强的非线性映射能力，一个3层的BP神经网络就能够很轻易地实现对任意非线性的逼近，较为经典的3层BP神经网络模型。
设网络实际输入为x=[x1,x2,…,x n]T,其中隐含层有h个神经元， y=[y1,y2,…,y h]T表示隐含层的输出，输出层有m个神经元，它们的实际输出为 z=[z1,z2,…,z m]T,网络目标输出为t=[t1,t2,…,t m]T,隐含层到输出层的激活函数 为f，输出层的激活函数为g。y j表示隐含层到第j个神经元的输出，w ij表示 从神经元i到j的连接权值，θBP表示一个阈值,若将-θBP看作是神经元i的一个常数输入x0与其连接权值w0j的乘积，那么有x0=-1,w0j=θBP,- θBP=x0w0j。 BP神经网络算法的主要思想是：对于n个输入学习样本或称训练样本，与其 对应的m个输出目标样本，利用网络的实际输出与目标输出之间的误差平方和调 整其连接权值，使网络输出层的误差平方和达最小。 1.2红外测温模块 理论上只要温度在绝对零度以上的物体，都会因自身分子运动辐射出红外线。经过红外探测器将物体辐射出的功率信号转换为电信号后，成像的输出信号就可 以依次对应地模拟扫描出该物体表面温度的空间分布，再经过电子系统对其进行 处理，并传输至显示屏，进而得到物体表面热分布相对应的热像图。通这种方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，再对其进行分析判断。 红外测温系统：红外测温仪是由光电探测器、光学系统、信号放大器及显示 输出、信号处理等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，而视 场的大小则是由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦通过在光电探测 器上转变为相应的电信号。经过放大器和信号处理电路，按照仪器内算法和目标 发射率校正后转变为被测目标温度值。 2.项目实现 2.1项目实现流程 在利用BP神经网络进行人脸识别时首先要确定人脸的位置，通过人脸数据 库进行不同人脸形象的采集和抽取，确定人脸特征的特征值，将数据存储在处理
红外测温技术设计方案第一章绪论 1.1 课题研究的目的和意义 随着科技的快速发展和医疗技术的需要，测温技术也在不断地提高和改进。众所周知，体温是一个重要的人体生理参数，不仅是人体生命活动的基本特征，而且也是观测人体机能是否正常运行的重要指标之一。如果能及时知道一个人的体温，也许就能知道这个人的生理参数是否正常运行。所以，体温计无论是日常生活还是临床医疗，都是必不可少的测量器具。 传统的体温计主要是水银式体温计，通过储存在水银球内的水银受热膨胀，然后读取刻度值来判断温度的高低。但是这种温度计测量时间长、准确度低，在遇热或者放置不当时，容易破裂使水银泄露，造成人体接触中毒、污染环境。面对这种传统体温计的不利因素，不仅给人们传达错误的信息，而且还有害健康。因此，需要研究出一种新型的测温技术，改变传统体温计的测温方法，不仅能够方便、快捷、准确的测出人体的温度，而且对人体和环境没有伤害。 利用高科技和不懈的努力，人们终于研究设计出一种新型的测温仪——红外线测温仪。这种新型的测温仪是利用人体发出特定波段的红外线来测量人体的温度，采用高精度的红外温度传感器，能够快速准确的测出人体的平均温度，从而解决了传统体温计的弊端，使测温技术更高效、更快捷。 红外测温技术不仅可以对个人实现快速、准确的测温，而且可以在大规模的检疫站，大流量的人群实现快速测量。不仅节省了时间，也给人们带来了方便。现在，红外测温仪已经被广泛的应用于各个领域，也发挥着越来越大的作用。
1.2 红外测温技术的发展概况 红外线的最早研究是在1800年开始的，首先是英国物理学家F·W·赫胥尔从热的角度来研究各种色光时，发现了红外线。自从赫胥尔发现红外线至今，红外线技术的发展历经了近两个世纪，从那时起，红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时，德国研制出硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，例如高射炮用导航仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统、机载轰炸机探测仪和火控系统等等。此后，美国、英国和前苏联等国竞相发展，特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。半个世纪以来，随着光学技术和半导体技术的发展，红外检测技术也日趋完善，其中红外测温技术也形成了完整的理论并成功地应用于医学、农业和工业等领域。 然而，我国的红外线技术的研究工作是在新中国成立后才开展的。首先研究的是波段工作在1--3um的硫化铅红外探测器，数年之后又相继研究钛酸铅等热电探测器，并得到了一定的应用。改革开放以来，红外技术的研究得到了迅速的发展，开展了从单元、线列到红外线平面的探测器研究工作。上世纪90年代中期，我国研制出第一台热像仪，其技术性能与国外水平相当，为我国红外技术的升级换代起到了重要的作用。目前我国研制出的热像仪，可以满足军队武器系统的各种性能需要。另外，在民用领域各种红外测温仪、红外热像仪、星载红外遥感仪等，也逐渐研制成功，逐渐发展成熟，在日常生活中得到了充分的应用。 在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以其优异的性能，满足了多方面的要求。在产品加工行业,一些需要对温度进行远距离监测的地方，都离不开温度传感器，既实现了远距离监测，也可以及时的进行调控。在食品行业，红外温度可以在不被污染的的情况下实现食物温度的监测和控制，鉴于这种优点，红外温度传感器在食品加工方面别受欢迎。在医疗方面，红外测温技术主要应用于人体温度的测量，对人体机能是否正常运行实时监控。
红外测温计的设计 1 引言去年在我国局部地区流行的SARS 前期症状是高烧38oC 以上(少数长期病患者除外)，红外测温仪可为防止SARS 的扩散和传播提供了快速、非接触测量手段，可广泛、有效地用于人群的体温排查。一时红外测温在我国 迅速红火起来，这里介绍一种采用SPCE061A 和TN 系列传感器实现红外测温的方法。 2 芯片特性简介SPCE061A 是台湾凌阳公司生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便的实现控制和语音播报的系统， 该芯片拥有8 路10 位精度的AD，其中1 路AD 为音频转换通道，并且内置有 自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。2 路10 位精度的DA，只需要外接2 个功放(LM386)即可完成语音的播放。另外，凌阳十六位单 片机具有易学易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中， 支持标准C 语言，可以实现C 语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音播报，这些 都为软件开发提供了方便的条件。 3 系统总体方案介绍系统结构图如下：本系统包括按键部分、音频输出部分和TN 红外测温传感器接入 等三部分。按键部分：按键开始测温，一直按下，听到声音表示测温完毕。 音频输出部分：主要是将SPCE061A 两路音频输出端通过LM386 放大， 经喇叭播放。TN 红外测温传感器接入部分：通过SPCE061A IO 口的控制，将将所测得的温度接受到SPCE061A 中来处理。系统实现的功能：按住按键，听到声音，此时播报测得的环境温度和目标温度。 4 系统硬件设计红外测温传感器如图 4.1 所示。红外测温模块与SPCE061A 的接口如下：V-->3.3v D-->IOA15C-->IOB8G-->GND A-->按键-- >GND音频输出部分详细电路图如图4.25
基于RS3002的手持式红外测温仪设计电路分析 手持式红外测温仪可以实现非接触近距离测量人体的温度，非常方便用于临时快速的体温测量。目前随着疫情的发展，在进出小区，公共场所等地方，都需要用到手持式红外测温仪，润石科技作为一家拥有高性能模拟信号链设计能力的公司，旗下产品线跟红外测温仪、医疗设备等产品具有非常高的匹配度，包括运算放大器，比较器，模拟开关，LDO 等产品。 使用模拟热电堆探头的手持式红外测温仪原理框图如下： 上图中，以电池采用 9V 为例，先通过一个高压 LDO RS3002 把电池电压转为 3V，供整个系统使用，包括为 MCU，背光灯，运放等器件供电，然后再用一个低功耗 LDO RS3236 从 3V 降为 1.5V，这样做的目的是给热电堆提供一个参考电压，让整个测量温度范围可以扩大。为了在不同的环境温度下能够计算正确，MCU 还必须要读取当前的环境温度，实现方式是通过读取热电堆内部的 NTC 电阻与固定100kΩ 电阻分压的电压点来计算的。 由于热电堆的输出电阻较高，因此运放部分的拓扑宜采用同相放大器，放大倍数大概需要 100 倍以上，需要预留低通滤波以降低输出噪声，为了尽量提高温度的分辨率，要求运放的 1/f 噪声小于 5uVpp，同时直流失调电压小于10uV，电路中的运放 RS8551 是润石科技推出的一款自稳零零漂运放，具有超低的失调电压，非常适合用于 DC 或者低频信号放大，其主要参数如下： ◆ 宽工作电压范围：2.5V~5.5V； ◆ 超低失调电压：典型值 1uV，最大值 5uV； ◆ 超低温度漂移：典型值5nV/°C，最大值50nV/°C； ◆ 超低输入偏置电流：50pA；
人体红外测温系统设计 人体红外测温系统设计 一、引言 在当今全球范围内，新冠疫情的肆虐给社会带来了巨大的挑战。为了做好疫情防控工作，尤其是预防病毒感染传播的措施，各个场所需要使用有效的测温系统来筛查出体温异常的人员。传统的体温测量方法需要接触或近距离测量，对工作人员和被测者增加了交叉感染的风险。而人体红外测温系统则可以通过非接触式测温来实现快速、准确、安全地监测人体温度。 二、人体红外测温系统原理 人体红外测温系统基于红外线成像技术和温度测量原理，通过感应人体表面的红外辐射，将红外能量转化为电信号，然后经过处理和分析，从而得到人体温度信息。其主要原理如下： 1. 红外辐射感应 人体表面的皮肤温度主要是通过辐射的方式传递的，而红外线正是人眼无法看见的电磁辐射波段。红外传感器可以感应到人体发出的红外辐射，将其转化为电信号。 2. 红外成像 红外成像技术将感应到的红外辐射转化为可见的图像，显示出人体表面不同部分的温度分布。红外摄像头可以将红外线转化为热图，通过不同颜色的表示来显示人体各个部位的热量。 3. 温度测量 系统根据红外成像得到的图像，通过对图像进行分析和处理，测量出人体不同部位的温度。通过将红外传感器的输出电信号与特定算法结合，可以精确地计算出人体的表面温度。 三、组成部分及工作原理
人体红外测温系统一般由红外传感器、红外摄像头、数据处理器等主要部件组成。其工作原理如下： 1. 红外传感器 红外传感器是系统的核心部件，负责感应人体发出的红外辐射。常用的红外传感器有热电偶和热敏电阻。当人体接近红外传感器时，传感器感应到的红外辐射电信号会随之变化，并将其转化为电流或电压信号。 2. 红外摄像头 红外摄像头通过光学透镜捕捉红外辐射，然后将其转化为电信号。通过调整焦距和放大倍率，可以得到更清晰的红外图像。摄像头还可以通过控制器和电脑进行连接和图像处理。 3. 数据处理器 数据处理器负责接收来自红外传感器和红外摄像头的信号，并对其进行处理和分析。常用的处理方法包括滤波、放大、微分和积分等。最终，处理器会输出测得的人体温度数据，并进行报警或记录。 四、设计要点及实施步骤 1. 设计要点 人体红外测温系统设计需要考虑以下几个要点： - 红外传感器的灵敏度和准确性。传感器应具备高灵敏度和较低的误差，以确保温度测量的准确性。 - 红外摄像头的分辨率和图像质量。摄像头应具备较高的分辨率和图像质量，以便更清晰地显示人体温度分布情况。 - 数据处理器的处理速度和准确性。处理器应具备较快的处理速度和准确的数据分析能力，以确保实时监测和预警的有效性。 2. 实施步骤