【正文】 ，于是紅外傳感器其吸收的凈熱功率為：P=K/(δT4δ0T04)其中：K/是一常數(shù)（由傳感器決定），δ和δ0分別為被測物體和傳感器材料的發(fā)射系數(shù)，T和T0分別是被測物體溫度和傳感器的環(huán)境溫度。TS1183內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖43所示。通過熱電堆把輻射紅外線的功率轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行測量。而熱電偶是由兩種電子密度不同的導(dǎo)體相連接組成的，熱電偶有冷熱兩個端點(diǎn)，在測量物體的溫度時，熱端與被測物體接觸，冷端與測量儀表接觸，熱電偶的同種導(dǎo)體上會因?yàn)榇嬖跍囟忍荻榷a(chǎn)生湯姆遜電動勢，兩種金屬的連接處會因?yàn)殡娮用芏炔疃a(chǎn)生珀?duì)柼妱觿?，所以在熱電偶的兩端會產(chǎn)生溫差電動勢。 （方案一）傳感器 紅外傳感器結(jié)構(gòu)紅外傳感器是紅外體溫計的關(guān)鍵部件，它是由溫差熱電堆和熱敏電阻兩部分構(gòu)成的。DS1302給單片機(jī)提供外部時鐘，通過鍵盤電路可以調(diào)整LCD1602顯示的時間和設(shè)定人體溫度的范圍，當(dāng)測量的溫度超過所設(shè)定的溫度范圍，則系統(tǒng)會自動啟動報警，提醒測量著注意。該系統(tǒng)主要是由紅外溫度傳感器，放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)最小系統(tǒng)，液晶電路，外部存儲，鍵盤電路和報警電路等其它外圍電路部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖41所示。如果測量溫度超過了設(shè)定的人體正常體溫的上下限值，則電路自動啟動報警電路進(jìn)行報警。由于它只接收人體對外發(fā)射的紅外線，所以沒有任何其它物理和化學(xué)因素作用于人體，因此對人體無任何害處。人體的紅外輻射特性與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，通過對人體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確測量人體表面溫度。人體主要輻射波長在9~10um的紅外線，通過對人體自身輻射紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定人體表面溫度。 測量原理在方案一和方案二中，都選擇了原理一樣的紅外測溫傳感器。 控制部分的選擇前面介紹過STC和AT是我們學(xué)過的較為常見的芯片，在方案二中由于傳感器和穩(wěn)壓管的選擇限制了電壓需要選擇同樣需要3V電壓的單片機(jī)，所以我想到了STC89LE52，它和STC89C52除了所需電壓不同外其他都是一樣的，所以絲毫不影響程序編制等后續(xù)工作的進(jìn)行。 信號處理芯片的選擇由于傳感器內(nèi)部含有ADC，故可以省去選擇AD芯片的步驟，使得設(shè)計簡化。優(yōu)點(diǎn)，比TS1183更簡單，可以簡化程序，簡化電路，使得設(shè)計更簡單一步。C。MLX90615出廠校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍為：環(huán)境溫度為40到85 186。C。故查閱資料后發(fā)現(xiàn)MLX90615數(shù)字式紅外測溫傳感器內(nèi)部集成了低噪聲放大器，16位ADC和強(qiáng)大的DSP的MLX90325單元。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。綜合電路的結(jié)構(gòu)、顯示效果和耗電量等多方面因素，最終選擇了LCD1602字符型液晶顯示屏。而本次主要顯示數(shù)字和一些字母符號，所以選擇字符型顯示屏。由于現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容較多，如果用數(shù)碼管顯示，不僅是電路結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，而且看起來很凌亂，功耗較大。 綜合以上功能我選擇STC89C52作為方案一的控制部分的單片機(jī)。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。而STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。初步選擇高精度的AD7705作為方案一的AD轉(zhuǎn)換芯片。經(jīng)過比較多款A(yù)/D轉(zhuǎn)換器的綜合性能，最終選擇了一款16位高精度的雙通道并且增益可調(diào)的A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片的好處是既能起到放大的作用，又能進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且?guī)в袃蓚€輸入通道，串行輸出。 信號處理芯片的選擇TS1183傳感器輸出的電壓只有4mV左右，電壓輸出太小，而單片機(jī)所能采樣的電壓在V級以上，因此單片機(jī)不能直接進(jìn)行采樣，所以必須經(jīng)過放大后，單片機(jī)才能進(jìn)行采樣。另外一種是集熱電偶和熱敏電阻于一體的紅外傳感器，如TS1183，該傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精度高，電路設(shè)計較簡單，缺點(diǎn)是價格比較貴。熱釋電紅外傳感器是通過吸收人體紅外輻射的紅外線能量，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)化成電壓值，以便能夠測量。受外界環(huán)境溫度干擾較小：由于本設(shè)計中所使用的紅外探測器是帶補(bǔ)償電路，所以它可以補(bǔ)償外界環(huán)境溫度的高低起伏。而且使用安全及使用壽命長。準(zhǔn)確度高：人體紅外測溫不會與普通測溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測量精度高。測溫速度快：即響應(yīng)時間快。因此，不會干擾人體，也不會為人體帶來損傷。測溫儀內(nèi)部的靈敏探測元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進(jìn)行處理，然后轉(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)顯示。這就減少了標(biāo)定系數(shù)的復(fù)雜性。所以對此溫度范圍的物體必須進(jìn)行環(huán)境溫度對標(biāo)定系數(shù)的修正。然后再根據(jù)環(huán)境溫度的不同對已選出的標(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。由下表21可知：首先應(yīng)該對物體表面溫度分段定標(biāo)，因?yàn)闇y量范圍較大，所以不同段的標(biāo)定系數(shù)相差很大。根據(jù)表達(dá)式（）可以得到不同的標(biāo)定公式： （1）簡單關(guān)系式，即 （）式中：，應(yīng)用此公式所作的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，表中數(shù)據(jù)表明， 不僅與 有關(guān)，還與 有關(guān)。由于在溫度測量時是在不確定的環(huán)境中進(jìn)行的，所以外界環(huán)境會對測溫造成一定的影響，對測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，所以要對環(huán)境溫度有一個修正。其次高報警、低報警:在生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個范圍里，可設(shè)置高，低報警值。 強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測量：若被測目標(biāo)有較亮背景光（特別是受太陽光或強(qiáng)燈直射），則測量的準(zhǔn)確性將受到影響，因此可用物體遮擋直射目標(biāo)的強(qiáng)光以消除背景光干擾。測量溫度時的環(huán)境因素：測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大的影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測溫精度。因此，在需要測量目標(biāo)的真實(shí)溫度時，必須設(shè)置發(fā)射率值。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。 影響溫度測量的主要因素及修正方法影響紅外人體測溫儀的因素有：測溫目標(biāo)大小與測溫距離的關(guān)系、測量溫度時的環(huán)境因素、強(qiáng)光背景里目標(biāo)的測量和溫度輸出功能。環(huán)境條件考慮：測溫儀所處的環(huán)境條件對測量結(jié)果有很大影響，應(yīng)予考慮并適當(dāng)解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。確定響應(yīng)時間：響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統(tǒng)的時間常數(shù)有 關(guān)。光學(xué)分辨率越高，測溫儀的成本也越高。 確定距離系數(shù)（光學(xué)分辨率）：距離系數(shù)由D：S之比確定，即測溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離D與被測目標(biāo)直徑之比。否則背景會干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。確定目標(biāo)尺寸：紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀）。確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標(biāo)。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器相關(guān)的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。所有的物體，包括人體各部位的表面。用于不同溫度范圍和用于不同測量對象的儀器，其具體的設(shè)計也不同。在不同的溫度范圍，對象發(fā)出的電磁波能量的波長分布不同，在常溫（0~100176。利用這個原理制成的溫度測量儀器叫紅外測溫儀。 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基爾霍夫定律揭示了熱平衡下物體的輻射與吸收的關(guān)系，指出了一個好的吸收體也是一個好的輻射體。因此利用在相同溫度下實(shí)際物體與黑體的輻射出度之比來表示該物體的一種特性，可以稱之為實(shí)際物體的發(fā)射率，也叫做全發(fā)射率，用ε表示。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。而這個輻射系數(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。（4）、基爾霍夫（Kirchhoff）輻射定律與發(fā)射率：實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際物體的輻射度除了依賴于溫度和波長外，還與夠成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。（3）、輻射的空間分布規(guī)律—朗伯余弦定律：所謂的朗伯余弦定律，就是黑體在任意方向上的輻射強(qiáng)度與觀測方向相對于輻射表面法線夾角的余弦成正比：Iθ = Iocosθ （23）此定律表明，黑體在輻射表面法線方向的輻射最強(qiáng)。因此只要能探測到黑體的單位表面積發(fā)射的總輻射功率，就可以確定黑體的溫度了。Stefan—Boltzmann定律表明，凡是溫度高于開氏零度的物體都會自發(fā)地向外發(fā)射紅外熱輻射，同時黑體單位表面積發(fā)射的總輻射功率與開氏溫度的四次方成正比。K4，為Stefan—Boltzmann常數(shù)，ε為材料表面發(fā)射率。（2）、斯忒藩（德）— 波爾茲曼（奧）（Stefan—Boltzmann）定律：物體的總輻射率，即單位面積發(fā)射總功率與黑體溫度的四次方及材料表面的發(fā)射率成正比。 黑體輻射曲線（1）、輻射的光譜分布規(guī)律—普朗克輻射定律：一個絕對溫度為T（K）的黑體，單位表面積在波長λ附近單位波長間隔內(nèi)向整個半球空間發(fā)射的輻射功率（簡稱為光譜輻射度）Mλ，T與波長λ、溫度T滿足下列關(guān)系：Mλ，T = C1（eC2/λT – 1）1 （21）式中CC2分別為第一、第二輻射常數(shù)。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。T=2898（K181。根據(jù)Planck定律， ~ 25181。雖然人體生物波普分布范圍比較寬，但在非能量集中區(qū)域的信號強(qiáng)度較低，尤其遠(yuǎn)端波段的數(shù)值極小。m，其中大部分能量集中在8~14181。D哈里認(rèn)為，人體輻射能量與皮膚表面溫度及輻射率有關(guān)。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科研、軍事、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。m以上）。而紅外區(qū)通常又可分為近紅外區(qū)（ ~ ）、中紅外區(qū)（ ~ 10181。在電磁波譜中， ~ ， ~ 600181。紅外線是電磁波譜的一部分，這一波段位于可見光和微波之間。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。C）的物體，由于分子的熱運(yùn)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(guān)系符合輻射定律。還要用到protues軟件來模擬電路。 除此之外還要用單片機(jī)處理采集的信息及處理數(shù)據(jù)。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有這十分密切的關(guān)系，其輻射能量密度與物體本身的溫度關(guān)系符合輻射定律。這可以說是醫(yī)學(xué)測量的一個重大進(jìn)步。其中紅外線人體測溫儀是紅外測溫技術(shù)的一個重要應(yīng)用，它是利用人體發(fā)出的紅外線來測量出人體的溫度。比如用在食品烘烤機(jī)、理發(fā)吹風(fēng)機(jī)上，紅外傳感器檢測溫度是否過熱，以便系統(tǒng)決定是否進(jìn)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(fēng)機(jī)冷卻等。當(dāng)前，各傳感器用戶紛紛升級其控制系統(tǒng)，智能紅外傳感器的需求量將會繼續(xù)增長，預(yù)計短期內(nèi)市場還不會達(dá)到飽和。 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。當(dāng)前，紅外夜視設(shè)各已廣泛應(yīng)用于陸、海、空三軍，如用作坦克、車　輛、飛機(jī)、艦船等的夜間駕駛用的觀察設(shè)備，輕武器的夜瞄儀，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和火炮的火控　系統(tǒng)．戰(zhàn)場前沿的監(jiān)視和觀察設(shè)備．單兵偵察設(shè)備等。現(xiàn)代紅外夜視設(shè)備主要有紅外熱像儀，紅外電視和改進(jìn)的主動紅外夜視　儀等。但隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的進(jìn)步，和我國綜合國力的增強(qiáng)，這部分技術(shù)也在逐步趕超西方國家！目前比較先進(jìn)的有：計算機(jī)輔助紅外熱圖像診斷技術(shù)，紅外激光內(nèi)窺鏡治療技術(shù)等。醫(yī)學(xué)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。在產(chǎn)品加工行業(yè)，特別是需要對溫度進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測的場合，都是溫度傳感器大顯身手的地方。其中紅外測溫技術(shù)也形成了完整的理論并成功地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域。這種體溫計體積為158ram55mm18mm，包括電池在內(nèi)的總　重量僅75克，其優(yōu)點(diǎn)是直觀、快速（每秒可測定85次）。半個世紀(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。特別是美國，大力研究紅外技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用。其中有些達(dá)到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，有些已小批量生產(chǎn)，但都未來得及實(shí)際使用。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學(xué)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)。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。 W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(xué)的發(fā)展有很重大的意義。目前應(yīng)用紅外診斷技術(shù)的測試設(shè)備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀等等。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、快速等優(yōu)點(diǎn)。因此，為了適應(yīng)醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要，有效地進(jìn)行特殊環(huán)境下的溫度測量，從而有力地控制和預(yù)防諸如甲流、非典之類型的特殊疾病的傳播，急需設(shè)計一種測溫速度快，準(zhǔn)確率高的測溫儀。由于醫(yī)學(xué)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(zhǔn)確的測溫要求，例如車站和機(jī)場等人口密度較大的地方進(jìn)行人體溫度測量。傳統(tǒng)的體溫計主要是水銀式體溫計。它是人體生命活動的基本特征，也是觀測人體機(jī)能是否正常的重要指標(biāo)之一。