【正文】 度升高，因為“塞貝克效應”而產生熱電動勢，其輸出電壓和測定點的溫度近似成正比例關系，這是紅外溫度傳感器測量體溫所依據(jù)的基礎。同時為減少太陽光等可見光對傳感器的影響，在傳感器的前面要加上濾光片，只讓紅外光通過。濾光片的波長可通過下式計算：λ=2898/T。式中：λ（181。m）是波長，T（K）是絕對溫度。人體的正常溫度取為37℃，則T=310K；λ=。通常選用波長為6~14181。m的光學濾光片，其帶通特性有利于溫度的測量。（1）遠距離和非接觸測量：紅外測溫不需要與被測物體接觸，可遠距離測量，它特別適合于高速運動物體、旋轉體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測量。同時也適合用于人體溫度的測量。（2）響應速度快：紅外測溫不像常規(guī)溫度計那樣，需要與被測量物體接觸以達到熱平衡狀態(tài)才能得到正確的溫度數(shù)據(jù)。它只要接收到目標的紅外輻射即可測量，其響應速度在毫秒甚至微秒數(shù)量級。（3）靈敏度高：因為物體溫度的微小變化會引起輻射功率的較大變化，容易被紅外測溫傳感器探測，所以紅外測溫的可測溫差很小，可達零點零幾攝氏度。（4）準確度高：紅外測溫是非接觸測量，不破壞物體本身的溫度分布，因此所測溫度相對較為準確。（5）測溫范圍廣：測溫范圍可從負幾十攝氏度到正幾千攝氏度。 本章小結本章主要闡述了紅外線測溫的一些基礎理論和紅外測溫傳感器的測溫特點。紅外測溫可以說是人類發(fā)現(xiàn)紅外線后的一個重要應用，其中紅外線人體測溫儀更是醫(yī)學測量上的重要發(fā)明。隨著科學技術的不斷發(fā)展，紅外線人體測溫技術已經(jīng)非常成熟了，不僅精準、靈敏，而且方便使用和測量?，F(xiàn)在越來越多的這種測溫產品供消費者選購，也越來越多的人們接觸和了解到紅外測溫技術的方便和快捷之處。而且，紅外測溫儀應經(jīng)應用在重大疾病的檢測檢疫中，特別是流動性大和密集的人群聚集地，不僅測溫速度快而且方便快捷，能夠及時發(fā)現(xiàn)病情，及時得到治療。第三章 總體方案設計和選擇 設計方案分析本課題是關于便攜式人體測溫儀的設計與研究，因為研究方向是利用人體發(fā)射出的紅外線來測量人體的溫度，所以從紅外線測溫的原理來測量人體的溫度，并且要考慮系統(tǒng)的便攜性。常見的紅外人體測溫儀主要有兩種：一種是紅外耳溫計，另一種是紅外額溫計；這兩種形式的紅外體溫計各有自己的優(yōu)缺點。其中紅外耳溫計是一種專門用于測量鼓膜溫度的溫度計，通過紅外導波管將由鼓膜發(fā)射的紅外輻射能傳送到熱電堆等熱探測器，將紅外輻射能量轉換為電能后進行電信號處理得到人體溫度信息。由于鼓膜的溫度穩(wěn)定，且可以直接體現(xiàn)人體內部核心溫度，因此當使用方法正確時耳溫計的示數(shù)可以作為醫(yī)學確認。但缺點是由于對使用者提出較高的要求，且使用一次性的探頭蓋，增加了后期的使用成本。而紅外額溫計主要是通過測量人體的體表（額頭等）紅外輻射，經(jīng)過信號處理后得到人體的溫度信息。其優(yōu)點是完全無需與人體接觸（真正意義上的無接觸測量），這就意味著無需使用一次性的探頭蓋，從而節(jié)約使用成本和避免人群交叉感染。但由于人體的體表溫度很容易受到各種因素（溫度、濕度、人體體表的潔凈度等）的影響，比如在寒冷的冬天人體的體表溫度比核心溫度要低得多，而在炎熱的夏天則情況相反。這樣測量得出的溫度數(shù)據(jù)不能反映出人體溫度的真實信息，而且這些因素的影響是不確定的，因此難以通過合適的溫度補償來消除誤差。所以在現(xiàn)實應用中，通常紅外額溫計是用于體溫的初步判斷。這兩種紅外測溫儀實際上應用的原理和內部結構是基本一致的，只是兩者有一些細微的差別而已。紅外額溫計使用起來比較方便，而且可以大規(guī)模測量，比較方便、快捷，但準確性容易受環(huán)境因素的影響。紅外耳溫計的使用方式使得它具有較高的準確性，但對于操作起來比較繁瑣，需要每次都更換探頭，而且對于大量的測量不太現(xiàn)實。所以，整體來說還是選擇紅外額溫計，操作起來比較方便，而且還適合大規(guī)模檢疫中使用。綜上所述，本設計采用測量額頭溫度的方案，即設計一個紅外額溫計。經(jīng)過初步分析可以得知，整個系統(tǒng)可以劃分為幾個大模塊，紅外測溫模塊、單片機處理模塊、外圍電路（輸入按鍵、LCD等）模塊和電源模塊。其中為了提高系統(tǒng)的便攜性，電源模塊采取電池供電的方式。所要設計的系統(tǒng)的幾個基本要求和指標如下所示： （1）利用人體紅外輻射的原理來測量體溫，即采用紅外溫度傳感器； （2）體溫測量的準確度要高； （3）系統(tǒng)采用電池供電，且功耗要低； （4）系統(tǒng)響應速度要快，要在1~2s內完成測溫；（5）要使用簡單，有良好的人機界面；（6）總體成本（硬件成本、設計時間成本等）要低。 方案的選擇方案一：在該方案里，系統(tǒng)可以分為模擬紅外溫度傳感器（內含環(huán)境溫度測量）模塊、放大電路模塊、AD轉換電路模塊、MCU主控模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、LCD模塊和電源模塊（）。所謂的模擬傳感器就是傳感器的輸出量是模擬量，而不是可以直接進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字量，所以它需要通過信號放大和AD轉換等處理后才能傳輸給單片機進行相關的處理。模擬紅外傳感器KEY模塊BUZZER模塊放大電路路AD轉換LCD模塊MCU主控模塊電源模塊（DCDC） 圖31 方案一的方框圖首先模擬紅外溫度傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，經(jīng)過放大電路把接收到的紅外信號放大，再經(jīng)過轉換電路轉換后轉換成電信號，輸出對應的電壓值，傳感器同時通過溫度傳感器測量環(huán)境溫度/傳感器溫度。這兩個紅外溫度傳感器的輸出量通過放大電路和AD轉換電路的處理后傳輸?shù)組CU模塊進行相關的處理計算，最后通過LCD模塊顯示相應的人體溫度。方案二：在本方案中采用模塊化的設計思想。它的硬件結構由STC89C51單片機模塊，紅外測溫模塊，電源模塊，鍵盤模塊和LED顯示模塊組成。STC89C51單片機是本系統(tǒng)的控制中心，它負責控制啟動溫度測量、接收測量數(shù)據(jù)、計算溫度值、并根據(jù)取得的鍵值控制顯示過程；紅外測溫模塊負責溫度數(shù)據(jù)的采集、測量，并將采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)端口傳送給STC89C51單片機；通過鍵盤模塊可以方便地進行測溫及各種操作；LED顯示模塊把測量的溫度值直觀地顯示給觀測者；電源模塊負責本紅外測溫儀電源的供應。此紅外測溫儀系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖32所示單 片 機按鍵電路1602液晶顯示器時鐘電路紅外測溫模塊復位電路 圖32 方案二的系統(tǒng)框圖方案對比和選擇：對于方案一，模擬傳感器的成本相對要低，而且整個系統(tǒng)設計的自由度相對要高一些，但是也使得系統(tǒng)電路變得更為復雜。例如集成運放電路要用到雙電源供電，這就使得電源模塊的設計變得復雜、功耗變大和效率變得更低，這對于使用電池供電的便攜式系統(tǒng)是不利的。同時在軟件設計方面，要涉及到濾波處理、溫度線性校準處理和黑體校定等，這使得設計工作量大大增加。而且對于開發(fā)者的開發(fā)環(huán)境要求較高，不適合作為畢業(yè)設計的課題研究。在方案二中，采用的是模塊化的設計思路，設計起來比較方便，更容易理解。而且采用STC89C51單片機控制，由單片機構成控制核心部分，更便于實現(xiàn)控制，而且電路設計比較簡單，焊接也比較簡單。適合作為畢業(yè)設計的研究對象，雖然成本有點高，但是實用性和穩(wěn)定性更好。綜上所述，通過對比和篩選，方案二更適合作為此次設計課題的研究設計方案。 總體方案設計經(jīng)過論證對比，選擇了方案二的設計。基于STC89C51單片機的紅外測溫儀的硬件設計采用目前使用比較廣泛的模塊化設計思想，將整個系統(tǒng)分成五大模塊：單片機處理模塊、紅外測溫模塊、電源模塊、報警模塊和LCD顯示模塊。通過劃分模塊的方法，可以把一個復雜的問題分割成幾個相對容易解決的問題，分別予以解決，大大簡化了設計的難度。其中紅外測溫傳感器采用的是TN系列的高敏感測溫產品——TN901。這是一個接收和檢測裝置與一體的集成塊，具有靈敏度高、精度高、低功耗的特點。 本章小結這一章主要分析了課題的設計要求和基本指標，初步確定紅外測溫的設計方向。然后對兩種不同的方案進行了對比和分析，最后決定使用第二個方案作為該課題的最終方案。在該方案里，整個系統(tǒng)從硬件上可以分成五個子模塊：分別是單片機處理模塊、紅外測溫模塊、電源模塊、報警模塊和LCD顯示模塊。第四章 系統(tǒng)硬件設計 單片機處理模塊該紅外測溫儀是以STC89C51單片機為核心控制器件的測溫設備，此單片機模塊的工作原理：加載相應程序的STC89C51單片機把紅外測溫模塊傳來的數(shù)據(jù)加以處理，送LED顯示屏顯示。單片機處理模塊的電路原理圖如圖41所示：圖41 單片機處理模塊電路圖圖42 單片機復位和時鐘電路圖其復位電路和時鐘電路如圖42所示，本單片機處理模塊是通過開關手動復位的，只要在RST引腳出現(xiàn)大于10ms的高電平，單片機就進入復位狀態(tài)，這樣做的目的是便于根據(jù)實際情況而選擇是否復位溫度測量數(shù)據(jù)。而此儀器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖41左邊下部分。采用晶體震蕩電路的原因是因為它的頻率穩(wěn)定性好，而這正是本紅外測溫儀非常重要的技術要求。單片機作為紅外測溫儀的核心控制部件，它關系到整個儀器的性能指標，能否實現(xiàn)測溫功能起著關鍵作用，因此它的選擇是非常重要的。本測溫儀選擇的STC89C51RC單片機，下面是STC89C51RC單片機相關資料信息：STC89C51RC單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，最新的D版本內部集成MAX810專用復位電路。STC89C51RC系列單片機具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，這樣可以省去購買通用編程器，單片機在用戶系統(tǒng)上即可下載/燒錄用戶程序，無須將單片機從生產好的產品上拆下。對于一些尚未定型的設計可以一邊設計一邊完善，加快了設計速度，減少了一些軟件缺陷風險。由于可以在用戶的目標系統(tǒng)上將程序直接下載進單片機看運行結果，故無須仿真器。下圖43是此單片機的引腳圖：圖43 STC89C51單片機引腳圖一、STC89C51RC單片機的特點： 1. 增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU；工作電壓：；3. 工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz；4. 4k的Flash程序存儲器；5. 片上集成512字節(jié)RAM；6. ISP/IAP，無須專用編程器/仿真器；7. 通用I/O口，復位后：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時需加上拉電阻；8. EEPROM功能；9. 看門狗；10. 內部集成MAX810專用復位電路（外部晶體20M以下時，可省略復位電路）；11. 共3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用；12. 外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒；13. 超低功耗，正常工作模式，典型功耗2mA；掉電模式，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序；14. 2個數(shù)據(jù)指針；15. 通用異步串行口（UATR），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UATR；16. 工作溫度范圍：0－75℃/－40～＋85℃；17. 封裝形式：PDIP40/PL