【正文】 相對簡單，數(shù)字紅外溫度傳感器可以與 MCU 直接相連接（需要接上拉電阻），由于不需要額外的集成運放電路，所以也不需要用到雙電源供電，因而使得電源模塊的設(shè)計簡化，電池的利用效率更高。如圖 方案一總體設(shè)計框圖所示： 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 58 頁 模 擬 紅 外 傳 感 器 放 大 電 路 A / D 轉(zhuǎn) 換 電 路 M C U 主 控 電 路 L E D 顯 示聲 光 報 警電 源 電 路 圖 方案一 總體設(shè)計框圖 首先模擬紅外溫度傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸出對應(yīng)的電壓值，傳感器同時通過片上溫度傳感器測量環(huán)境溫度 /傳感器溫度。 基于紅外測溫原理，以單片機為核心，通過按鍵控制單片機以判斷是否對采集測溫。 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 58 頁 2 系統(tǒng)工作原理與方案設(shè)計 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)主要利用紅外測溫原理， 一切溫度高于絕對零度（ ℃）的物體 ，由于分子 熱運動 都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。在體溫計的應(yīng)用領(lǐng)域中，紅外智能非接觸體溫計比起傳統(tǒng)體溫計也具有很多應(yīng)用意義。另外，由于，這類應(yīng)用的需要，促使出現(xiàn)新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術(shù)向更先進的方向發(fā)展。 20 世紀初開始，測量了大量的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分析中的價值。目前，美國將紅外技術(shù)應(yīng)用于單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監(jiān)視、預警、跟蹤以及武器制導等各個領(lǐng)域。 智能非接觸式電子體溫計設(shè)計 第 2 頁 共 58 頁 紅外測溫技術(shù)發(fā)展 自從 1800 年英國天文學家 F許多醫(yī)院也采用了電子體溫計，因擁有快速、無需接觸被測者等的優(yōu)點而被廣泛采用。 課題研究背景 體溫計發(fā)展 人體體溫是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)，所以體溫計在醫(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位。 軟件部分使 用 KEIL C 語言程序 設(shè)計 ， 此語言 具有語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活，生成目標代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高的特點。從另一方面而言，體溫計是民眾日常生活中的必備衛(wèi)生用品，尤其在“非典”和“甲型流感” 流行期間，各式體溫計成為了判斷感染者與未感染者 較為初步的儀器。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 3）其它 華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） III 智能非接觸式電子體溫計設(shè)計 設(shè)計總說明 隨著人們生活水 平的 不斷提高，對自身健康狀況越來越關(guān)注，而體溫是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)之一，對這一生理指標的測量可以更好的監(jiān)測 自身 健康狀況，因此體溫計在醫(yī)療領(lǐng)域中占有十分重要的地位，也為人們的生活帶來極大的方便。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。學校可以公布論文（設(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。比起傳統(tǒng)的測溫方法， 利用 紅外 傳感器制定的 體溫計有著響應(yīng)時間快、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點，非常適合 在機場、火車站、 學校等公共場所使用 。當檢測電路完成一次測量后，單片機讀取測量數(shù)據(jù)，進行必要的加工、計算、變換等處理，最后以各種方式輸出，例如經(jīng)液晶顯示 模塊顯示 ，經(jīng)語音模塊播報等。在對硬件部分和軟件部分的設(shè)計之后，通過 Proteus 軟件和 KEIL C 軟件結(jié)合使用，對本次設(shè)計進行了主要功能的仿真，并達到理想的效果。 人們熟悉的傳統(tǒng) 體溫計是水銀體溫計 ,它是根據(jù)汞受熱膨脹原理制成。根據(jù)紅外測溫原理，任何物體由于其自身分子運動，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，俗稱“熱像”。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到 1940 年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術(shù)。 W 50 年代，半導體物理學的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測器等到新的推動。但是當人體 內(nèi)的某些機能發(fā)生改變或某些部位發(fā)生病變時，恒定的體溫將產(chǎn)生變化。 智能非接觸式體溫計給醫(yī)學領(lǐng)域帶來了極大的方便，正因為如此，它將 促進高效節(jié)能成套新技術(shù)、新設(shè)備、新材料產(chǎn)業(yè) 大力發(fā)展，實現(xiàn)傳統(tǒng)體溫計測溫的更新改造，同時也產(chǎn)生了強大的能源環(huán)境效益，伴隨著巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，因此，研究紅外智能非接觸式電子體溫計 具有 非常重要的意義。因此，本文中的紅外測溫就是利用人體自身的紅外輻射來測定其表面溫度的一種測量溫度的方法。當 測溫鍵沒有按下時，系統(tǒng)在時鐘電路作用下顯示當前時間 及所設(shè)置溫度的上下值，統(tǒng)計人數(shù)初始化為 0。 方案二 該方案與第一個方案的最大區(qū)別是：在本方案中采用數(shù)字紅外溫度傳感器代替模擬紅外溫度傳感器。所以開發(fā)時間要比方案一少。集成了由 邁來芯公司 開發(fā)和生產(chǎn)的兩款芯片：一是紅外熱電堆傳感器 MLX81101 ，二是信號處理專用集成芯片 MLX90302，專門用于處理紅外傳感器輸出信號。此外， MLX90614ACA型號的 紅外測溫傳感器的外圍電路簡單，調(diào)試 不難，性能穩(wěn)定，電路可靠性比較高。 兩者之間 主要區(qū)別在于以下幾點： (1)引腳功 能 :管腳幾乎相同 ,只是在 AT89S51 中 , 具有第二功能 ,即這 3個引腳的第二功能組成了串行 ISP 編程的接口。 所以， 考慮到引腳功能、使用壽命、抗干擾性等最終采用了 AT89S51 單片機。通過自頂向下的順序、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?？梢愿鶕?jù)情況選擇 6MHz、 12MHz 或 24MHz 等頻率的石英晶體。復位電路如圖 所示?？梢燥@示 8 4 行 16 16點陣的漢字并完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點。串行模式： PSB=0； NC：不需要連接； RESET：復位端，低電平有效； BLA、 BLK：背光的正極 、負極 ，接 +5V、 0V。使能 E 端接單片機的 口，使能端由高電平到低電平時開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。 地線 (VSSA， VSSD)： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。 ISD 未選中時 ,本端呈高阻態(tài)。 外部時鐘 (XCLK)：本端內(nèi)部有下拉元件。其 外部引腳如圖 所示。中斷請求信號 INT 和單片機的 (INT1)連接。聲音信號由如圖 所示的 ISD4004 的 AUDOUT 引腳輸出，經(jīng) C19 電容耦合和音量控制電位器 R19 送入 LM386 芯片，放大后由 VOUT 輸出并驅(qū)動揚聲器發(fā)聲。 DS1302 的工作特性有：實時時鐘，能夠?qū)δ?、月、日、時、分、秒進行計時，并具有閏年補償功能；可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12小時格式；內(nèi)部有 31*8bit 調(diào)整 RAM；采用三線串行總線；工作電壓范圍為 ～ ； 用于時鐘或 RAM 數(shù)據(jù)讀 /寫的單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送； 工作電壓為5V 時， I/O 引 腳與 TTL 兼容；保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 1mw。具體電路圖如 所示。 采用 LM324 運算放大器作為電壓比較器以判斷輸出電平高低狀態(tài) ， 當掃描到人時， 6N137 的發(fā)射極為低電平， LM324 電壓比較器的 3 引腳為低電平且 2 引腳為高電平，經(jīng)比較在 1引腳輸出為低電平。使用串口通信時，發(fā)送和接收到的每一個字符都是一次位地傳送的，每一位不是為智能非接觸式電子體溫計設(shè)計 第 24 頁 共 58 頁 1 就是為 0。 聲音報警發(fā)聲命令由 單片機的 口輸出，當紅外傳感器所探測的人體溫度低于所設(shè)置的下限溫度或高于所設(shè)置的上限溫度值時，單片機控制 口使其輸出 低 電平，蜂鳴器 U7發(fā)出報警聲，相應(yīng)的發(fā)光二極管 LED0也會被點亮。 如果不加限流電阻或阻值很小， 6N137 仍能工作，但發(fā)光二極管導通電流很大對 電源 有較大沖擊 ，尤其是數(shù)字波形較陡時，上升、下降沿的頻譜很寬，會造成相當大的尖峰脈沖噪聲，其峰 峰值可達 100mV 以上，足以使模擬電路產(chǎn)生自激， A/D 不能正常工作。 /RST 是復位 /片選線， 接單片機 引腳， 通過把 /RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。此外， 錄放音控制開關(guān)，經(jīng)單片機判斷所需要的狀態(tài)，即錄音、放音、運行和停止四個狀態(tài)。聲音信號由 MK1 轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電容 C1 C21 耦合后由 同相模擬輸入端 IN+和反相模擬輸入端 IN引腳進入 ISD4004，由 ISD4004 采樣和保存。 ISD4004 語音電路 語音電路設(shè)計中采用 ISD4004 錄放音芯片作為主控芯片，采用話筒輸入音頻信號進行錄音，通過開關(guān)和單片機控制錄音、放音和錄音、放音時的相應(yīng)模式，由于語音芯片推動的音頻功放較小，為 了加大音量采用 LM386 功率放大器增加一級音頻功放，聲音通過揚聲器輸出。其是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要用于低電壓消費類產(chǎn)品。 ISD 在任何操作 (包括快進 )中檢測到 EOM 或 OVF時 ,本端變低并保持。 音頻輸出 (AUDOUT)：提供音頻輸出 ,可驅(qū)動 5KΩ的負載。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制 ,操作命令可通過串行通信接口 (SPI 或 Microwire)送入。它 可以直接和單片機接口 直接連接 ，液晶顯示的 RB0～ RB7 八個雙向端口接 AT89S51 單片機的 P0 口的 ～ 。 R/W=1 為 讀。 VDD 為電源引腳接 +5V， VSS 為地端。上電復位要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。單片機需要一定的外接電路才能正常工作即單片機最小系統(tǒng)，電路如圖 所示，其主要包括 AT89S51 單片機、復位電路和時鐘電路。單片機實時分析傳感器采集的溫度，判斷其是否超出預設(shè)溫度范圍，并采用蜂鳴器和 LED 作為報警電路進行報警，以 準確的控制報警設(shè)備。 (4)工作頻率更高： AT89C51 極限工作頻率是 24MHZ,而 AT89S51 最高工作頻率是33MHZ,(AT89S51 支持最高工作頻率分別為 24MHZ 和 33MHZ)從而具有更快的計算速度。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。它能保持 ℃溫度精確度，在 0℃～ 50℃的物體溫度范圍內(nèi)，標準的 MLX90614華北科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 58 頁 具有177。其 主要功能為 測溫理想距離可達 100 英尺 (30 米 )， 回應(yīng)時間比較短，大約 秒。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(shè)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(shè)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(shè)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，例如要具備黑體校定的設(shè)備等。通過模擬傳感器輸出模擬信號， 并 通過 信號 放大 電路 和 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 處理傳輸給單片機 ，單片機對其 進行 LED 顯示，當超出設(shè)定的溫度范圍時，進行聲光報警 。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按時系統(tǒng)內(nèi)部的算法校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值，然后由測溫系統(tǒng)計算出被測目智能非接觸式電子體溫計設(shè)計 第 6 頁 共 58 頁 標的溫度。 其中，第 2 章是對 系統(tǒng)的設(shè)計與論證，先對設(shè)計方案總體論證再對主要控制器件進行論證，第 3 章重點介紹各模塊的硬件電路，并對每個芯片的引腳功能進行了詳 細描述，第 4 章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要是各模塊實現(xiàn)其功能的流程圖的設(shè)計和程序的編寫，第5 章為系統(tǒng)仿真和誤差處理，在對系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計之后，對系統(tǒng)進行軟件仿真以實現(xiàn)其相應(yīng)的功能。采用紅外非接觸測量體溫的方法進行體溫測量可以滿足這樣的要求 ， 因此，對非接觸人體體表溫度的測量方法進行研究有著非常現(xiàn)實的意義，是在非常時期應(yīng)付突發(fā)疫情的必要工 作。在此之前，紅外技術(shù)僅僅能探測非相干紅外輻射，外差接收技術(shù)用于紅外探測，使探測性能比功率探 測高好幾個數(shù)量級。它們都是電磁波之一，具有波動性。特別是美國，大力研究紅外技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用。近 20 年來，紅外體溫計 在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大。 醫(yī)用 電子體溫計是 利用某些物質(zhì)的物理參數(shù)（如電阻、電壓、電流等）與環(huán)境溫度之間存在的確定關(guān)系，將體溫以數(shù)字的形式顯示出來，讀數(shù)清晰，攜帶方便。本次智能非接觸式體溫計設(shè)計的出發(fā)點也正是基于此。 硬件方面 首先 從單片機最小系統(tǒng)，紅 外熱 電堆傳感器進行主要功能的設(shè)計，其次從 萬年歷 時鐘模塊 、統(tǒng)計人數(shù)和報警電路、液晶顯示 模塊、 語音播報等功能模塊分別進行論述并詳細介紹了各個芯片的結(jié)構(gòu)和功能 。 利用紅外測溫是最近幾年來興起 相對高端的技術(shù)， 對紅外線設(shè)備的設(shè)計和研究， 對今后的社會應(yīng)用有非常積極的影響。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或