【正文】 選出的標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行修正，達(dá)到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準(zhǔn)確測溫的目的。 其次 高報(bào)警、低報(bào)警 :在 生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個(gè)范圍里 ，可設(shè)置高 ， 低報(bào)警值。 人體 紅外測溫儀距離系數(shù) K的定義為：被測目標(biāo)的距離 L與被測目標(biāo)的直徑 D之比，即 K=L/D。光學(xué)分辨率越高，測陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 38 頁 溫儀的成本也越高。 確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。所有的物體，包括人體各部位的表面，其 ε值都是某個(gè)大于 0 并小于 的數(shù)值。 而為了減少測量物體溫度的誤差，我們要去除環(huán)境溫度因素的影響，所以修正的紅陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 38 頁 外輻射定律如下： E = σε（ TO4 TA4） （ 26） 式中： E 為輻射出射度數(shù)， 單位 W/m3； σ 為斯蒂芬 — 波爾茲曼常數(shù)， 108W/(m2而這個(gè)輻射系數(shù)就是常說的發(fā)射率，或稱之為比輻射率，其定義為實(shí)際物體與同溫度黑體輻射性能之比。 Stefan—Boltzmann 定律表明，凡是溫度高于開氏零度的物體都會(huì)自發(fā)地向外發(fā)射紅外熱輻射，同時(shí)黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比。 其中 黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為 1。m，其中大部分能量集中在 8~14181。 而紅外區(qū)通常又可分為近紅外區(qū)（ ~ ）、中紅外區(qū)（ ~ 10181。 2. 紅外測溫原理 紅外測溫的基礎(chǔ)理論 在自然界中，一切溫度高于絕對零度（ 176。它采用高精度的紅外傳感器和微電子技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確、方便地測出人體的溫度，解決了傳統(tǒng)水銀式溫 度計(jì)的容易破碎、水銀染環(huán)境與不易讀數(shù)等問題。 今后將發(fā)展用凝視型焦面陣列 組成的熱成像系統(tǒng)．它的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能將會(huì)進(jìn)一步提高 。在食品行業(yè)紅外溫度可以在不被污染的的情況下實(shí)現(xiàn)食品溫度記錄，因此備受歡迎。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(yù)警、跟蹤以及武器制導(dǎo)等各個(gè)領(lǐng)域。 赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線。針對一般的工業(yè)使用的紅外測溫儀的精確度不夠高，我們根據(jù)這種紅外線測溫的原理，通過關(guān)鍵器件的選擇、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及溫度補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào)節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度，從而設(shè)計(jì)了一種用紅外線測溫系統(tǒng)，用于對于人員密集且流量大的場 合進(jìn)行快速的人體溫度測量 。 在臨床醫(yī)學(xué)中，體溫是一個(gè)重要的人體生理參數(shù)。 在 2020 年全 國 防“非典 ” 斗爭中 ，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 對紅 外技 術(shù)應(yīng) 用于非接觸式 測溫進(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 測溫儀 ”，打 開 了 國內(nèi) “非接觸式 測 量”的新篇章，但 這 種 裝 置受一定因素影 響，測 量 結(jié)果還 有待 進(jìn) 一步 進(jìn) 行校正。 數(shù) 據(jù)分析 ...............................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 目標(biāo)溫度 Tobj 的計(jì)算 ................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 noncontact measurement。 設(shè)計(jì)說明書格式要求： 設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括：序言、目錄、摘要（中英文）、關(guān) 鍵詞（中英文）、中圖分類號、正文（含設(shè)計(jì)方案論證、設(shè)計(jì)及其它說明等）、結(jié)束語和參考文獻(xiàn)等內(nèi)容，并按照封頁、設(shè)計(jì)任務(wù)書、序言、目錄、摘要、關(guān)鍵詞、正文、結(jié)束語、參考文獻(xiàn)和封底的順序裝訂。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 38 頁 1 畢業(yè)論文 ﹙ 設(shè)計(jì) ﹚ 任務(wù)書 院 (系 ) 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級 測控 092 班 學(xué)生姓名 石濤 一、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚題目 紅外人體溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚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(shè)計(jì)﹚進(jìn)行地 點(diǎn) : 校內(nèi) 四、畢業(yè)論文﹙設(shè)計(jì)﹚的內(nèi)容要求： 設(shè)計(jì)課題簡介： 人體溫度是表征人正常生理活動(dòng)的重要指標(biāo)之一，也是臨床上診斷疾病需要檢測的生理指標(biāo)之一。 指 導(dǎo) 教 師 張士勇 系 (教 研 室 ) 系 (教研室 )主任簽名 批準(zhǔn)日期 接受論文 (設(shè)計(jì) )任務(wù)開始執(zhí)行 日期 學(xué)生簽名 石濤 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 頁 共 38 頁 2 紅外人體溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 石濤 （陜西理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院測控 092班， 陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)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(shè)計(jì)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(shí)間較長 【 1】 。 A/D converter。 濾波程序的設(shè)計(jì) ....................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 7. 結(jié) 論 .................................................. 40 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 38 頁 1． 緒 論 引言 在臨 床 醫(yī)學(xué) 中，體 溫 是一 個(gè) 及其重要的生理 參數(shù) 。在 國 外，非接觸式 紅 外 測溫儀 已 經(jīng) 非常先進(jìn) 了，自 1999 年就有很多 國 家致力于 這方 面的 開發(fā)研 究。它是人體生命活動(dòng)的基本特征，也是觀測人體機(jī)能是否正常的重要指標(biāo)之一。 紅外檢測技術(shù)是 “ 九五 ” 國家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，紅外檢測是一種在線監(jiān)測 (不停電 )式高科技檢測技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)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(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。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(rèn)識的一次飛躍，對研究、利用 和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開辟了一條全新的廣闊道路。半個(gè)世紀(jì)以來隨著光學(xué)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，紅外檢測技術(shù)也日趨完善。 醫(yī)學(xué)上：從傳統(tǒng)的水銀測溫計(jì)到紅外溫度測溫儀，再到紅外成像儀等。 發(fā)展趨勢 和研究方向及研究方法 隨著紅外測溫技術(shù)的普遍應(yīng)用，一種新型的紅外技術(shù) — 智能數(shù)字紅外傳感技術(shù)正在悄然興起。這可以說是醫(yī)學(xué)測量的一個(gè)重大進(jìn)步。C ）的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，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(guān)系符合輻射定律。m）和遠(yuǎn) 紅外區(qū)（ 10181。m 波段內(nèi)，峰值波長約為 。但是，自然界中存在的實(shí)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(dǎo)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(diǎn)，故稱 “ 黑體輻射定律 ” 。而且，只要當(dāng)溫度有較小變化時(shí)，都會(huì)使物體發(fā)射的輻射功率發(fā)生很大的變化。 該系數(shù)表示實(shí)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 。 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(jì)算出對應(yīng)的溫度。 其中 紅外測溫儀由光學(xué)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。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍 。 確定波長范圍 ：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應(yīng)波長對 于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。 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(shí)際上，物質(zhì)的發(fā)射率都小于 。高報(bào)警：在高報(bào)警設(shè)置打開的情況下，當(dāng)溫度高于高報(bào)警值，相應(yīng)的 LED 燈閃爍，蜂鳴器響，并有 AH常開繼電器接通。 分析表 21 可知，當(dāng)物體表面溫度較低時(shí) （ 78℃ 以下 ） ，環(huán)境溫度對修正系數(shù)的影響較大。 標(biāo)準(zhǔn)溫度（ ℃ ） 環(huán)境溫度（ ℃ ） 測量值（ V） 系 數(shù) Ka（ V/℃ ） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jìn)行測量的，所以測量范圍比較廣 。 3. 總體設(shè)計(jì) 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(gòu)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。使得 電 路的設(shè)計(jì)變 的非常 簡單 ?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 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(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊 。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。但絲毫不影響功能的實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)測量的準(zhǔn)確性。紅外溫度測量技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是測試速度快， 1 秒鐘以內(nèi)可測試完畢。 由于時(shí)鐘電路外帶電源，所以在單片機(jī)系統(tǒng)斷電的時(shí)候，時(shí)鐘電路仍能正常工作，滿足了許多需要 RTC 的場合 。 圖 42 TS1183外 部結(jié) 構(gòu) 圖 圖 43 TS1183內(nèi)部結(jié) 構(gòu) 圖 44 TS1183 引腳圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 38 頁 紅 外 傳 感器的 輸 出特性 溫 度 為 T的物體， 其單 位元面 積 在全部波 長 的 輻 射功率可以表 示為： P≈ Kδ T4 其中： K 是波 爾茲 曼 常數(shù) ， K≈ 1023J/K，δ是物 體的發(fā)射 系 數(shù) ，δ在 01 之間 。因此， 還 要 進(jìn) 行 環(huán) 境 溫 度 補(bǔ)償 ，也就是要 測 出 熱電 堆的冷端 溫 度。 AD7705 簡介和應(yīng)用 在本設(shè)計(jì)中選用的 AD7705 集成模塊是 AD 公司推出的 16 位Σ Δ A/D 轉(zhuǎn)換器，可用于測量低頻模擬信號。AD7705 具有分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍廣、自校準(zhǔn)等特點(diǎn)，因而非常適合于工業(yè)控制、儀表測量等領(lǐng)域。其對芯片的所有操作都必須先 從寫通信寄存器開始，當(dāng)上電復(fù)位后，芯片的等待指令數(shù)據(jù)即被寫入通信寄存器，陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 38 頁 寄存器地址如表 41 所示，通信寄存器的格式如表 42 所示。具體控制位如表 46 所示。C。計(jì)算 所得的物體溫度被存儲(chǔ)在 MLX90615 的 RAM，分辨率為 176。 MLX90615 可用電池供電。 MLX90615 絕對最大額定值見表 6， 超過絕對最大額定值會(huì)造成永久性損害。此數(shù)值可通過串行兩線 SMBus 兼容協(xié)議獲或是器件的 10 位 PWM 格式獲得。然后將對應(yīng)的數(shù)字信號傳輸入單片機(jī) STC89LE52 中，通過單片機(jī)程序處理信號，將對應(yīng)的溫度值顯示在 LCD1602 上，設(shè)置超限溫度，超過后報(bào)警。 （ 7） 數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器是一個(gè) 16 位的只讀寄存器，用于存放 AD7705 的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。具體說明如下： /DRDY：寫操作時(shí)，必須把“ 0”寫到此位，以保證對通信寄存器寫操作的順利完成。在本設(shè)計(jì)中非常實(shí)用，只需要 1 片 AD芯片就能滿足需求，節(jié)約了硬件成本。利用Σ Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 16 位