【正文】 temperature high 4 resolution, fast response, nondisturbance measured target temperature distribution field, high accuracy and stability and good。文中提出了具體設(shè)計(jì)方案，討論了紅外非 接觸式體溫計(jì)的基本原理，進(jìn)行了可行性論證。 參考文獻(xiàn) 顯示器件 LM016L LM358 放大器件 紅外器件的選擇 1. 設(shè)計(jì)思路與原理方框圖 引言 2. 器件選擇 溫度傳感器 DS18B20 AT89C51 單片機(jī) 上下限溫度控制電路 給出了電路圖和程序流程圖并附有源程序。 also have measured values by the measured object emissivity, reflective heat, the atmosphere disturbances weaknesses. Key words Pyroelectric Infrared Sensors， temperature sensor， fast check， non contact measurement, A/D switch， single chip puter, decoding demonstration, excess warning 引言 目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的體溫測(cè)量是用醫(yī)用玻璃液體溫度計(jì)（俗稱體溫表）、醫(yī)用電子接觸式溫度計(jì)（常用熱敏電阻作為它的感溫元件等插入人體內(nèi)部 （舌下 、 肛門）或置 于腋下，通過與人體接觸使溫度計(jì)測(cè)出人的體溫。 在 2021 年全國(guó)防 “非典 ”斗爭(zhēng)中，中科院上海技術(shù)物理研究所在 863 計(jì)劃高技術(shù)成果的基礎(chǔ)上對(duì)紅外技術(shù)應(yīng)用于非接觸式測(cè)溫進(jìn)行了深入研究，在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)成功了 “非接觸式紅外測(cè)溫儀 ”，打開了國(guó)內(nèi) “非接觸式測(cè)量 ”的新篇章，但由于這種裝置受一定因素影響，測(cè)量結(jié)果 還有待進(jìn)一步進(jìn)行校正。因此，它具有廣泛的開發(fā)前景！ 這里設(shè)計(jì)的紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置， 由 紅外熱釋傳感器 、 溫度傳感器DS18B高精度放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC54 AT89C51 單片機(jī)、譯碼顯示模 5 塊與報(bào)警電路等部分構(gòu)成 ， 從原理上進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并進(jìn)行初步的制作與調(diào)試。 ADC 采用的是 AD 公司帶有恒定電流源的高精度的 16 位 ∑△ AD，它為兩路輸入，一路與熱電堆相連，另一路與熱敏電阻相連?？傮w框架圖如 紅外測(cè)溫裝置襲擊框架 測(cè)量原理 自然界一切溫度高于絕對(duì)零度 (℃ )的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，都 6 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 與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律 。相反，物體輻射功率越大，其溫度也越高，利用這個(gè)公式，我們就可以知道所測(cè)量物體的溫度。 紅外快速檢測(cè)人體溫度裝置 是利用紅外傳感器對(duì)被測(cè)目標(biāo)時(shí)的熱輻 射進(jìn)行采集，通過轉(zhuǎn)換電路將紅外傳感器采集 到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將電信號(hào)通過放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換等單元電路處理后送到單片機(jī)中，最 后單片機(jī)將帶有數(shù)據(jù)信息的電信號(hào)進(jìn)行分析處理，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成與之相對(duì)應(yīng)大小的溫度值顯示輸出。當(dāng)顯示的溫度低于所設(shè)置的溫度（ T＜ TL） 就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電路聲光報(bào)警；當(dāng)顯示的溫度高于所設(shè)置的最高溫度（ T＞ TH），也會(huì)啟動(dòng)聲光電路報(bào)警。 某些 晶體 (如： PZT， LiTaO3， PVFZ 等 )的表面接受了紅外線的輻射能量，其表面產(chǎn)生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，這些物質(zhì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化。 8 P7187 熱釋電紅外傳感器 熱釋電 紅外 傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。濾光片為6mm 多層膜干涉濾光片，對(duì)太陽(yáng)光和熒光燈光的短波長(zhǎng)（約 5mm 以下）可很好濾除。 人體的體溫約為 3 7℃ ，輻射最多紅外線的波長(zhǎng)是 10μm 左右，而 P7187 對(duì) 7～ 20μm 范圍波長(zhǎng)比較靈敏，他采用了 2 個(gè)熱釋電元件 PZT 板， PZT 板表面吸收紅外線，并在受光面的內(nèi)外各自安裝取出電荷的一對(duì)電極，能敏感的捕捉到被測(cè)物體或光源，具 有很高的靈敏度。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 直流電壓增益高 (約 100dB)； 一177。 低輸入失調(diào)電壓和失 調(diào)電流 ； DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： ● 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信； ●多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能； ●無(wú)須外部器件； ●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為 ~； 10 ●零待機(jī)功耗； ●溫度以９或１２位數(shù)字； ●用戶可定義報(bào)警設(shè)置； ●報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件； ●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 采用 3 腳 PR－ 35 封裝或 8 腳 SOIC 封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 圖 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 64 位 ROM 的結(jié)構(gòu)開始 8 位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有 48 位，最后 8 位是前面 56 位的 CRC 檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè) DS18B20 可以采用一線進(jìn)行通信的原因。頭 2 個(gè)字節(jié)包含測(cè)得的溫度信息，第 3 和第 4 字節(jié) TH 和 TL 的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。低 5 位一直為 1， TM 是工作模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測(cè)試模式， DS18B20 出廠時(shí)該位被設(shè)置為 0，用戶要去改動(dòng)， R1 和 R0 決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來(lái)設(shè)置分辨 率。第 9 字節(jié)讀出前面所有 8 字節(jié)的 CRC 碼，可用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。 當(dāng)符號(hào)位 S＝ 0 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位 S＝ 1 時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警 搜索。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 圖 一部分溫度對(duì)應(yīng)表 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。 TLC549 既有 4MHz 的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為 17μ s，允許最高轉(zhuǎn)換速度達(dá) 40000 次 /s。總之， TLC549 具有控制口線少 ，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度 快，低功耗，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，故我們選用 TLC549 作為 A/D轉(zhuǎn)換器件使 用 。 14 AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。與 MCS51 兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 顯示器件 LM016L LM016L 是雙行顯示的液晶顯示器。若該引腳一直保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。開始時(shí) 、 、 、 口的電位都處于高電位，此時(shí)顯示屏顯示當(dāng)前溫度，當(dāng)按下控制 的開關(guān)立即就會(huì)顯示上限溫度和下限溫度。當(dāng)需要設(shè)置溫度下限的時(shí)候，我們同樣需要點(diǎn)擊控制 的開關(guān)，在顯示溫度上限和下限時(shí)點(diǎn)擊控制 的開關(guān)就可調(diào)節(jié)溫度下限，點(diǎn)擊控制 的開關(guān)就可以在升溫降溫間轉(zhuǎn)換，設(shè)置好以后按確定按鈕回到當(dāng)前溫度顯示狀態(tài)。在溫度顯示方面觀察較方便，相比較于 LED 數(shù)碼管其連接電路簡(jiǎn)單而且觀察方便。 （ 3） 在 PROTUES 圖中加載 。 （ 2） 在不超過紅外傳感器溫度上限和下限的情況下調(diào)試。 39。北京：高等教育出版社， 2021 [2] 劉志民，電路分析。西安： 西安電子科技大學(xué)出版 社， [6] 求是科技 ,單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 。北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [10] 張玉蓮，傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。 北京：高等教育出版社 [14] 全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯集。原本自己感覺已經(jīng)掌握得很多，但是實(shí)踐操作起來(lái)就出現(xiàn)了許多問題。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我深刻體會(huì)到書到用時(shí)方恨少，學(xué)海無(wú)涯，而自己所要學(xué)習(xí)的知識(shí)太多太多。其次，我要感謝我的論文指導(dǎo)老師，在論文寫作過程中，給予我耐心的 幫助和熱情關(guān)照，不斷的給我提出修改意見，反反復(fù)復(fù)，不厭其煩，我從心里感激她。雖然我們即將畢業(yè)，但是我們的學(xué)習(xí)旅程不能因此而停止。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西，學(xué)到了實(shí)際應(yīng)用時(shí)，是取用成本的最小化，做設(shè)計(jì)不僅要考慮大的方 面，小的方面也必須做到完美。北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021 致 謝 論文即將竟筆，卻沒有預(yù)期那種如釋重負(fù)的感覺，反而更感到學(xué)海無(wú)涯，不進(jìn)則退。北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [12] 王曙霞，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)。北京： 人民郵電出版 社，2021 [8] 毛志毅，蘇東明，非接觸式紅外遙感體溫計(jì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 。長(zhǎng)沙： 中南大學(xué)出版社 ,2021 [4] 郭培源 ,光電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 。 39。.39。 （ 5） 在電路圖中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 RV1 改變紅外放大電壓大小，觀察輸 出 信號(hào)大 18 小，使其信號(hào)不要超出 ICL549 的基準(zhǔn)電壓，以免燒壞 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL549。 4 系統(tǒng) 調(diào)試仿真 仿真步驟： （ 1） 在 PROTUES 中按照設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)框架搭圖。 圖 報(bào)警電路 顯示電路 圖 是 LM016L 與單片機(jī)的連接電路圖。如果覺得上限溫度設(shè)置的過低，此時(shí)按下控制 的開關(guān)，點(diǎn)擊控制 的開關(guān)就可將溫度上限所設(shè) 置的溫度升高，同樣點(diǎn)擊 確定。按健復(fù)位電路是上電手動(dòng)復(fù)位，使用比較方便，在程序跑飛時(shí)，可以手動(dòng)復(fù)位，這樣就不用在重起單片機(jī)電源，就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 3 電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)整體硬件電路包括：紅外信號(hào)采集部分，環(huán)境溫度采集部分，復(fù)位部分，鍵盤輸入部分，顯示部分，報(bào)警部分等電路組成?？删幊檀型ǖ? 128*8 位內(nèi)部 RAM 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。當(dāng) CS 為高時(shí)，數(shù)據(jù) DATA OUT 端處于高阻態(tài)，此時(shí) I/O CLOCK不起作用。 ，典型功耗為 6mW。操作協(xié)議為：初使化 DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）→發(fā) ROM 功能命令→發(fā)存儲(chǔ)器操作命令→處理數(shù)據(jù)。 減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器１的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被 裝入，減法計(jì)數(shù)器１重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此 循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測(cè)溫度值。主機(jī) ROM 的前 56 位來(lái)計(jì)算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM 數(shù)據(jù)是否正確。 12 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測(cè)得的溫度值與 RAM 中的 TH、 TL 字節(jié)內(nèi)容作比較。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以 16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 2 字節(jié)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將 分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。 DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存 RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的 EERAM。 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 ； 低功耗電流，適合于電池供電 ； 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?(3— 30V)； 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 ； 圖 為組成結(jié)構(gòu)圖和 P7187 等效電路圖。 P7187 熱釋電紅外探測(cè)器是由熱釋電紅外