【正文】 外溫度計(jì)的輻射率； TO 為被測(cè)對(duì)象的溫度（ K）； TA 為紅外溫度計(jì)的溫度（ K）；它由一個(gè)內(nèi)置的溫度檢測(cè)元件測(cè)出。紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn) 變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。 紅外 測(cè)溫傳感器的一般結(jié)構(gòu)及測(cè)溫的特點(diǎn) 某些晶體材料，當(dāng)其受熱時(shí)溫度升高，在晶體兩端產(chǎn)生數(shù)量相等符號(hào)相反的電荷；晶體冷卻，產(chǎn)生的電荷符號(hào) 則 與溫度升高時(shí)相反 。 同時(shí) 為減少太陽(yáng)光等可見(jiàn)光對(duì)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(guò)。人體的正常溫度取為 37176。 （ 1）、遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)量：紅外測(cè)溫不需要與被測(cè)物體接觸，并可遠(yuǎn)距離測(cè)量，它特別適合于高速運(yùn)動(dòng)物體、旋轉(zhuǎn)體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測(cè)量。 （ 3）、靈敏度高：因?yàn)槲矬w溫度的微小變化會(huì)引起輻射功率的較大變化，容易被紅外測(cè)溫傳感器探測(cè)，所 以紅外測(cè)溫的可測(cè)溫差很小，可達(dá)零點(diǎn)零幾攝氏度。紅外線測(cè)溫可以說(shuō)是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)紅外線后的一個(gè)重要應(yīng)用，其中紅外線人體測(cè)溫儀更是醫(yī)學(xué)測(cè)量上的重要發(fā)明。 其中 紅外耳溫計(jì) 是 一種專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量鼓膜溫度的溫度計(jì)，通過(guò)紅外導(dǎo)波管將主要由鼓膜發(fā)射的紅外輻射能傳送到熱電堆等熱探測(cè)器，將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電能后進(jìn)行電信號(hào)處理得到人體溫度信息。 而 紅外 額 溫計(jì) 主要是通過(guò)測(cè)量人體的體表（額頭等）紅外輻射，經(jīng)過(guò)處理后從而得到 人體 的 溫度信息 。所以在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，通常 紅外 額 溫計(jì) 是用于體溫的初步判斷，而真正的診斷還是需要普通的水銀體溫計(jì)。綜上所述， 本設(shè)計(jì)采用測(cè)量鼓膜溫度 的方案，即設(shè)計(jì)一個(gè) 紅外耳溫計(jì) 。 可以實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)的方案有很多種，但在這里主要考慮其中兩種方案。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(jìn)行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字量，所以它需要通過(guò)信號(hào)放大和 AD 轉(zhuǎn)換等處理后才能傳輸給單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)的處理。由于數(shù)字紅外溫度傳感器（例如 MLX90615 等）內(nèi)部已經(jīng)集成了運(yùn)放電路、 AD 轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和數(shù)字信號(hào)處理器，所以只需通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)接口就可以把傳感器所測(cè)量的人體溫度數(shù)據(jù)直接傳輸給 MCU 模塊處理并顯示。而且對(duì)于開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較高，例如要具備黑體校定的設(shè)備等。而且相比第一個(gè)方案，無(wú)需黑體校正。 總體 方案 設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)論證對(duì)比后，本人選擇了方案二的設(shè)計(jì)。定制的內(nèi)置信號(hào)調(diào)節(jié)芯片放大微小的熱電偶電壓并將其數(shù)字化，通過(guò)使用芯片 EEPROM存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的生產(chǎn)廠設(shè)定校準(zhǔn)參數(shù)，計(jì)算出物體的溫度。對(duì)于 OEM 制造商來(lái)說(shuō)，這些特性提供如下的優(yōu)點(diǎn)：不需要昂貴的外部組件， 能夠輕松將傳感器整合到應(yīng)用電路 （ PCB） 上。 本 章小結(jié) 這一章主要分析了課題的設(shè)計(jì)要求和基本指標(biāo)，初步?jīng)Q定 紅外耳溫計(jì) 這個(gè)設(shè)計(jì)方向。詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)第四章（系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)）和第五章（系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)），在這里就不一一介紹了。 PT1301 的啟動(dòng)電壓可低于 1V，因此可滿(mǎn)足單節(jié)干電池的應(yīng)用。 最小的 低靜態(tài)電流 是 14μA，再加上高效率，可使電池使用更長(zhǎng)時(shí)間。 因此， 對(duì)于無(wú)待機(jī)狀態(tài)或懸置狀態(tài)的應(yīng)用而言， R1 和 R2 取值宜低些，而對(duì)于對(duì)待機(jī)或懸置電流要求很高的應(yīng)用， R1 和 R2 阻值需要取高，這時(shí)候由于反饋回路的阻抗很高， 從而對(duì)干擾非常敏感，必須非常仔細(xì)地進(jìn)行布圖，并且避免任何對(duì) FB 端的干擾。市面上電池的種類(lèi)繁多，比如干電池、鋰電池和紐扣電池等。其解決辦法就是使用 電壓轉(zhuǎn)換 電路 ：一種是降壓電路，即系統(tǒng)使用三個(gè)或以上的干電池供電，然后通過(guò) LDO（ 低壓差線性穩(wěn)壓器 ） 電路穩(wěn)壓后輸出 3V的電源電壓；另一種是升壓電路，即使用一個(gè)干電池作為供電源，然后通過(guò) DC/DC 升壓電路轉(zhuǎn)換后輸出 3V 的電源電壓。 綜上所述，本人決定采取第二種電路設(shè)計(jì)方案，其中 DC/DC 升壓轉(zhuǎn)換芯片采用PT1301。經(jīng)過(guò)權(quán)衡系統(tǒng)的靜態(tài)電流和抗干擾能力 （ R1 的阻值越大，靜態(tài)電流就越小，但 抗干擾能力 就越差）， R1 和 R2 的取值分別為 33kΩ 和 22kΩ。用戶(hù)可以對(duì)低發(fā)射率的物體在內(nèi)部進(jìn)行發(fā)射率校正。由于集成了低噪聲放大器， 16位 ADC和強(qiáng)大的 DSP的MLX90325單元 ， 使得高度集成和高精度的溫度計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。C。 其中MLX90615應(yīng)用的 波長(zhǎng)范圍 為 ~15181。C物體溫度范圍 ● 寬溫度范圍的高精度，精度為 176。C ● 其輸入 /輸出端 口為數(shù)字接口（ SMBus模式和 PWM模式），使用方便簡(jiǎn)單 ● 采用 3V電源電壓 ，且 具備 省電模式 ● 具備 發(fā)射率補(bǔ)償 功能 MLX90615 型號(hào)及器件簡(jiǎn)介： 表 MLX90615 型號(hào) 說(shuō)明 零件編號(hào) 溫度編碼 封裝編碼 準(zhǔn)確率級(jí)別 MLX90615 E（ 40176。引腳應(yīng)用弱上拉電阻（典型值 300kΩ） SDA/PWM 數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出開(kāi)漏 NMOS。因?yàn)榇诵吞?hào)經(jīng)過(guò) Melexis 公司 特別設(shè)計(jì)，使得它對(duì)人體體溫的測(cè)量有較高的精度。C的人體溫度范圍內(nèi)）。（ TO4TA4） （ 42） 其中 TO是物體的絕對(duì)溫度（ K）， TA是傳感器片絕對(duì)溫度， A是總體的敏感度。環(huán)境溫度 TA（傳感器芯片溫度）是通過(guò) PTAT元件測(cè)量。C。將 RAM內(nèi)容轉(zhuǎn)換為 實(shí)際的 TA比較簡(jiǎn)單： TA [K] = Tareg 。信號(hào)通過(guò)可編程的（用 EEPROM實(shí)現(xiàn)） FIR和 IIR低通濾波器以進(jìn)一步減低輸入 信號(hào)的帶寬從而達(dá)到所需的噪聲特性和刷新率。 紅外測(cè)溫模塊電路設(shè)計(jì) 紅外測(cè)溫模塊的電路設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。 AVR 的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。這個(gè)概念實(shí)現(xiàn)了指令的單時(shí)鐘周期運(yùn)行。 AVR 單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件 （ 包括 flash 程序存儲(chǔ)器、看門(mén)狗、 EEPROM、同 /異步串行口、 TWI、 SPI、 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等 ） 和多種功能 （ 增強(qiáng)可靠性的復(fù)位系統(tǒng)、降低功耗抗干擾的休眠模式、品種多門(mén)類(lèi)全的中斷系統(tǒng)、具輸入捕獲和比較匹配輸出等多樣化功能的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、具替換功能的 I/O 端口 等） 于一身， 充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)向 “ SOC” 的方向 進(jìn)行 發(fā)展。C時(shí)的功耗 ： （ 正常模式 ）， （ 空閑模式 ）， 1μA（ 掉電模式 ）。 由于本系統(tǒng)是采用電池供電的便攜式系統(tǒng)，所以有必要設(shè)計(jì)一個(gè)電池低壓狀態(tài)檢測(cè)電路來(lái)測(cè)量系統(tǒng)是否處于供電電壓不足的狀態(tài)，以提示用戶(hù)及時(shí)更換電池，以免影響測(cè)量體溫的精度。 而 單片機(jī) 最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)具體可以參考相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，在這里就不一一贅述了。 ● 采用串行接口與 MCU 進(jìn)行通信，接口信號(hào)線數(shù)量大幅減少。 ● 采用 低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在 200181。 LPH7366 液晶顯示 模塊的 控制 /驅(qū)動(dòng) 芯片是 PCD8544，其采取的通信協(xié)議是一個(gè)沒(méi)有MISO 只有 MOSI 的 SPI 協(xié)議。 圖 LPH7366（ LCD5110）模塊示意圖 表 LCD 模塊管腳說(shuō)明 序號(hào) 管腳名稱(chēng) 說(shuō)明 1 VCC 模塊電源接口（ ~ ） 2 GND 接 地 端 3 SCE 使能端（低電平有效） 4 RST 復(fù)位（低電平有效） 5 D/C 數(shù)據(jù)（高電平有效） /命令（低電平有效）選擇端 6 DIN 串行數(shù)據(jù)線 7 SCL 串行時(shí)鐘線 8 BLC LCD 模塊背光控制端 由于此 LCD 模塊已經(jīng)集成了 控制 /驅(qū)動(dòng) 芯片，已 經(jīng)不需其它外圍的 控制 /驅(qū)動(dòng) 電路，所以該模塊可以與 MCU 主控模塊直接相連。 雖然 AVR 單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力比普通的單 片機(jī)要強(qiáng)，可以直接驅(qū)動(dòng) LCD 模塊的背光，但是當(dāng)別的端口被拉低時(shí)（比如當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候）還是會(huì)影響到 LCD 模塊的背光正常工作。當(dāng) PNP 型的三極管的基極處于低電平時(shí)，背光端口與電源相連接，即 LCD 模塊的背光開(kāi)啟；當(dāng) PNP 型的三極管的基極處于高電平時(shí)，背光端口與電源斷開(kāi)連接，即 LCD模塊的背光關(guān)閉。但我們只需要當(dāng)使用者按下按鍵時(shí)響“滴”的一聲即可，所以在設(shè)計(jì)相關(guān)軟件時(shí)只需使 PNP 型三極管開(kāi)啟一小段時(shí)間即可。 圖 按鍵輸入模塊電路圖 本章小結(jié) 這一章主要闡述了紅外人體測(cè)溫儀的硬件設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和相關(guān)元器件的簡(jiǎn)介，該系統(tǒng)的硬件主要分為六個(gè)子模塊，分別是： MCU 主控模塊、 IR 測(cè)溫模塊、電源模塊、 LCD 顯示模塊、按鍵輸入模塊和聲音提示模塊。 圖 主控程序流程圖 主控程序模塊首先對(duì) MCU 的端口和 LCD 進(jìn)行初始化，然后顯示必要的信息和進(jìn)行電池低壓檢測(cè)（如果電池的電壓值過(guò)低，就在 LCD 上顯示低壓提示符號(hào)），之后系統(tǒng)就進(jìn)入按鍵掃描階段。按鍵 4 就是體溫的測(cè)量鍵。 SDA 引腳可以以 SMBus格式或 PWM 格式輸出， 這就 取決 于 EEPROM 的設(shè)置。 在本設(shè)計(jì)中， MLX90615只作為從動(dòng)器件使用。 SA特征允許在兩線上連接多達(dá) 127個(gè)器件。 圖 SMBus 請(qǐng)求、開(kāi)始和結(jié)束狀態(tài) 主從總線 （ SMBus）傳輸協(xié)議 ： 每當(dāng) SD接收到每個(gè) 8位數(shù)據(jù)后， 都 會(huì)回復(fù) ACK/NACK信息。 PEC的計(jì)算結(jié)果是基于除 START， RESTART，STOP， ACK和 NACK位外的所有位。所謂的清零操作就是簡(jiǎn)單地在EEPROM地址里寫(xiě)入 0000h，同時(shí)要注意不要隨便更改出廠校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。C 變化而從 0x2D8Ah到 0x4DB0h變化。整個(gè) EEPROM可通過(guò) SMBus接口讀和寫(xiě)。出廠默認(rèn)值為 5Bh。其出廠設(shè)置為 3FFFh，代表發(fā)射率為 。輸出比例為 176。 MLX90615的 SMBus的特定時(shí)序 （如下圖所示）為：。將讀出 人體 溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度的公式為： To [176。 RAM寄存器的有限數(shù)目是客戶(hù)感興趣的，見(jiàn) 下面表格里總結(jié) 。寄存器的公式為： 發(fā)射率 = dec2hex[round(16384 ε)] （ 51） 其中 dec2hex[round(X)]發(fā)射率數(shù)值為代表十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制。 SMBus從動(dòng)器地址： 7 LSBs (6… 0)包括了 MLX90615會(huì)響應(yīng)的 SMBus從動(dòng)器地址。 SMBus 命令 操作碼 命令 0001_ XXXX* EEPROM 讀取 0010_XXXX* RAM 讀取 1100_0110 進(jìn)入 SLEEP 模式 （ 注 *： XXXX代表要讀取 /寫(xiě)入的內(nèi)存地址的 4LSB位。例如： RAM里（ 0x07h） 的數(shù)值會(huì)隨著物體溫度由 40 176。 每個(gè)字節(jié)的最高有效位首先傳送。如果 SD未確認(rèn)其中的任意字節(jié)， MD應(yīng)停止通信并重新發(fā)送信息。當(dāng) MD發(fā)送此命令， MLX90615總是會(huì)反饋并忽視內(nèi)部芯片編碼信息。 MD可以對(duì) 從動(dòng)器件 的 RAM和 EEPROM里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并可對(duì) 14個(gè) EEPROM單元進(jìn)行寫(xiě)入操作（地址為0… Dh）。 SMBus接口是 2線協(xié)議的，允許主控器件（ MD）和一個(gè)或一個(gè)以上的從動(dòng)器件（ SD）通信。如果期間還是沒(méi)有任何操作，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)啟外部中斷（按鍵 4）和進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)只有按鍵 4 才能喚醒系統(tǒng)。如果是按鍵 1，就判斷到底是長(zhǎng)摁還是短摁，其中短摁表示開(kāi)啟 /關(guān)閉系統(tǒng)背光 ，而長(zhǎng)摁表示開(kāi)啟 /關(guān)閉系統(tǒng)聲音提示。 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主控程序模塊 根據(jù) 程序 結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的要求， 本人 在 編程時(shí)采用 了 模塊化的編程方式。 圖 蜂鳴器模塊電路圖 按鍵輸入模塊 該電路模塊 的作用就是控制整個(gè)系統(tǒng)。 蜂鳴器模塊的控制 端 （ BC）與 MCU 的 PB0 端口相連接。 為了減少此現(xiàn)象的影響， LCD 的背光直接使用系統(tǒng)電源供電。此 LCD模塊總共有八個(gè)端口，其具體管腳說(shuō)明見(jiàn)表 。所有必 需 的顯示功能 都 集成在一塊芯片上，包括 LCD 電壓及偏置電壓發(fā)生器，只須很少外部元件且功耗小。 ● 價(jià)格較同類(lèi)產(chǎn)品要低廉。 ● 可通過(guò)導(dǎo)電膠連接模塊與印制板，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤便可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。該產(chǎn)品除應(yīng)用于移動(dòng)電話外，也可廣泛用于各類(lèi)便攜式設(shè)備的顯示系統(tǒng)。當(dāng) PB1 端口置低電平時(shí)，三極管 8550 開(kāi)啟，即射極和集電極連通，此時(shí) ADC（ PA6）開(kāi)始測(cè)量 R16 上的電壓。 圖 Atmega32A的引腳配置圖（ PDIP 封裝） 在本系統(tǒng)中 ， IR 傳感器（ MLX90615）電路模塊通過(guò) SMBus 接口（ SCL 端口和 SDA端口）與 ATmega32A 相連接，其中 IR_SCL、 IR_SDA 分別對(duì)應(yīng) ATmega32A 的 PB2 端口和 PB3 端口。 ATmega32A 是 ATMEL 公司 研發(fā)的改進(jìn)型 AVR 單片機(jī)，它是一款低功耗和寬電壓運(yùn)行（ ~ 均可正常運(yùn)行）的芯片，可用于取代舊款的 ATmega32和 ATmega32L。內(nèi)嵌長(zhǎng)壽命的 EEPROM 可長(zhǎng)期保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，避免 斷電丟失。程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線運(yùn)行。其中 SCL 端口和 SDA 端口需要接上拉電阻（參考值 300kΩ），而電源端和地端之間需要接一個(gè)大約為 的電容（如下圖所示）。 基于