【正文】 具體的設計方案，討論了紅外線非接觸式體溫測量的基本原理，進行了方案的可行性論證。 設計說明書格式要求： 設計說明書應包括：序言、目錄、摘要（中英文）、關 鍵詞（中英文）、中圖分類號、正文（含設計方案論證、設計及其它說明等）、結束語和參考文獻等內(nèi)容，并按照封頁、設計任務書、序言、目錄、摘要、關鍵詞、正文、結束語、參考文獻和封底的順序裝訂。 設計內(nèi)容及要求： 1).搜集有關資料，撰寫畢業(yè)設計開題報告。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 頁 共 38 頁 1 畢業(yè)論文 ﹙ 設計 ﹚ 任務書 院 (系 ) 機械工程學院 專業(yè)班級 測控 092 班 學生姓名 石濤 一、畢業(yè)論文﹙設計﹚題目 紅外人體溫度測量系統(tǒng)的設計 二、畢業(yè)論文﹙設計﹚工作 自 2020 年 11 月 19 日 起至 2020 年 6 月 20 日止 三、畢業(yè)論文﹙設計﹚進行地 點 : 校內(nèi) 四、畢業(yè)論文﹙設計﹚的內(nèi)容要求： 設計課題簡介： 人體溫度是表征人正常生理活動的重要指標之一，也是臨床上診斷疾病需要檢測的生理指標之一。 2).根據(jù)現(xiàn)有條件，在充分了解目前紅外溫度測量原理的基礎上提出合理的系統(tǒng)總體設計方案。 指 導 教 師 張士勇 系 (教 研 室 ) 系 (教研室 )主任簽名 批準日期 接受論文 (設計 )任務開始執(zhí)行 日期 學生簽名 石濤 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 頁 共 38 頁 2 紅外人體溫度測量系統(tǒng)的設計 石濤 （陜西理工學院機械工程學院測控 092班， 陜西 漢中 723003） 指導教師：張士勇 [摘要 ] 傳統(tǒng)的體溫測量儀器大多是采用物理原理，大多數(shù)是根據(jù)水銀等隨溫度升降的熱脹冷縮的性質(zhì)原理設計的，通過讀取刻度值來判斷溫度值，這種方法操作起來不太方便，使用范圍比較局限，而且測量所需要的時間較長 【 1】 。同時設計出了電路圖和程序流程圖并編寫有程 序控制。 A/D converter。 DS1302 與單片機之間的接口 .........錯誤 !未定義書簽。 濾波程序的設計 ....................錯誤 !未定義書簽。 6. 測試方法和數(shù)據(jù)分析 ..................................... 39 測試方法 ...............................錯誤 !未定義書簽。 7. 結 論 .................................................. 40 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 38 頁 1． 緒 論 引言 在臨 床 醫(yī)學 中，體 溫 是一 個 及其重要的生理 參數(shù) 。 2020 年“非典”疫情的爆 發(fā)，對 人體體 溫 測 量技術提出了更高的要求，急需一種更加安全、方便、 衛(wèi) 生 的 非接觸 測 量工具進行測量人體溫度。在 國 外，非接觸式 紅 外 測溫儀 已 經(jīng) 非常先進 了，自 1999 年就有很多 國 家致力于 這方 面的 開發(fā)研 究。因此，它具有 廣泛的 開發(fā) 前景。它是人體生命活動的基本特征，也是觀測人體機能是否正常的重要指標之一。由于醫(yī)學發(fā)展的需要，在很多情況下，傳統(tǒng)的溫度計己經(jīng)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。 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。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。紅外線是一種電磁波，具有與無線電波及可見光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對自然認識的一次飛躍，對研究、利用 和發(fā)展紅外技術領域開辟了一條全新的廣闊道路。其中有些達到實驗室試驗階段，有些已小批量生產(chǎn)，但都未來得及實際使用。半個世紀以來隨著光學技術和半導體技術的發(fā)展，紅外檢測技術也日趨完善。 其中紅外測溫技術也形成了完整的理論并成功地應用于醫(yī)學、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領域。 醫(yī)學上：從傳統(tǒng)的水銀測溫計到紅外溫度測溫儀，再到紅外成像儀等?，F(xiàn)代紅外夜視設備主要有紅外熱像儀， 紅外電視和改進的主動紅外夜視 儀等。 發(fā)展趨勢 和研究方向及研究方法 隨著紅外測溫技術的普遍應用，一種新型的紅外技術 — 智能數(shù)字紅外傳感技術正在悄然興起。比如用在食品烘烤機、理發(fā)吹風機上，紅外傳感器檢測溫度是否過熱，以便系統(tǒng)決定是否進行下一步操作，如停止加熱，或是將食品從烤箱中自動取出，或是使吹風機冷卻等。這可以說是醫(yī)學測量的一個重大進步。 除此之外還要用單片機處理采集的信息及處 理數(shù)據(jù)。C ）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(nèi)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。根據(jù)普朗克輻射定律，凡是絕對溫度大于零度的物體都會向外輻射電磁波，物體的輻射強度與溫度及表面輻射能力有關，輻射的電磁波譜分布與物體溫度密切相關。m）和遠 紅外區(qū)（ 10181。 圖 電磁波波譜圖 Jm 波段內(nèi)，峰值波長約為 。m 紅外波段范圍內(nèi)，根據(jù) Wien定律 λm但是，自然界中存在的實際物體，幾乎都不是黑體，為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻 射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點，故稱 “ 黑體輻射定律 ” 。其數(shù)學表示如下： W =σεT4 （ 22） 其中： σ= 108w/m2而且，只要當溫度有較小變化時，都會使物體發(fā)射的輻射功率發(fā)生很大的變化。因此，實際做紅外檢測時，應盡可能選擇在被測表面法線方向最大值的 cosθ 倍。 該系數(shù)表示實際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值 在大于 0 和小于 1 的數(shù)值 區(qū)間中 。 數(shù)學表示為： ε = M / Mo （ 24） 式中： M 為實際物體的輻射出度， Mo 為相同條件下黑體的輻射出度。 K4)； ε為物體的輻射率； TO為物體的溫度，單位 K； TA 為物體周圍的環(huán)境溫度，單位 K；只要測量出所發(fā)射的 E 的值，就可計算出對應的溫度。C ）范圍，能量主要集中在中紅外和遠紅外波長。 其中 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。當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時 首先要測量出目標在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍 。對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。 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。 紅外輻射測溫儀的標定：紅外測溫儀必須經(jīng)過標定才能使它 正確地顯示出被測目標的溫度。 選擇被測物質(zhì)發(fā)射率： 人體 紅外測溫儀一般都是按黑體（發(fā)射率 ? =）分度的，而實際上，物質(zhì)的發(fā)射率都小于 。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。高報警：在高報警設置打開的情況下，當溫度高于高報警值，相應的 LED 燈閃爍，蜂鳴器響，并有 AH常開繼電器接通。 （ 2） 多項式 ， 即 1/440 aVTTS?? （ ） 令 201 aaS a a T aT? ? ? ? （ ） S 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(nèi)，如環(huán)境溫度 aT =30℃ ，物體表面溫度 在 180℃ 以上時，讀數(shù)誤差較大。 分析表 21 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。 下表為表 21： 表 21 不同環(huán)境溫度下的標定系數(shù) 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 。 標準溫度（ ℃ ） 環(huán)境溫度（ ℃ ） 測量值（ V） 系 數(shù) Ka（ V/℃ ） 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 38 頁 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，所以測量范圍比較廣 。 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 。 3. 總體設計 方案一： 傳 感器的 選擇 測量人體溫度的紅外傳感器主要有熱釋電紅外傳感器、熱電偶構成的紅外傳感器和集熱電偶、熱敏電阻于一體的紅外傳感器。 考慮到制作的可靠性和電路的可制作性， 開始嘗試 選擇紅外溫度傳感器 TS1183 作為方案一的紅外傳感器 。使得 電 路的設計變 的非常 簡單 。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 顯 示部分的 選擇 我們多學過的顯示主要 有兩種方法，一種是 LED 數(shù)碼管，另一種就是 LCD 液晶 顯示屏 。 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊 。 方案二： 傳感器的選擇 出于可能方案一 TS1183 雖然精度很高，但相對資料短缺，加之信號微弱不好處理等問題，我提出方案二，作為方案一的替代方案。此數(shù)值可以通過串行兩線 SMBUS 兼容協(xié)議獲得或是器件的 10 位 PWM 格式獲得。 MLX90615同樣 是集熱電偶和熱敏電阻于一體的紅外傳感器 。但絲毫不影響功能的實現(xiàn)，已經(jīng)測量的準確性。測溫原理： 自然界一切溫度都是高于絕對零度（ ）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(nèi)的電磁波，其輻射能量密度與物體本身的溫度關系符合普朗克（ Plank）定律。紅外溫度測量技術的最大優(yōu)點是測試速度快， 1 秒鐘以內(nèi)可測試完畢。同時根據(jù)實際需要，功能的多樣性，還配備了時鐘電路顯示當前的測量時間，便于測量人員記錄測量的時間信息。 由于時鐘電路外帶電源，所以在單片機系統(tǒng)斷電的時候，時鐘電路仍能正常工作，滿足了許多需要 RTC 的場合 。 在 紅 外 傳 感器熱電 堆的 熱 端 貼有熱 量吸收器，它用 來 吸收被 測 物體 輻 射的 紅 外 線 并 轉(zhuǎn) 化 為熱 能。 圖 42 TS1183外 部結 構 圖 圖 43 TS1183內(nèi)部結 構 圖 44 TS1183 引腳圖