【正文】 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。 在該方案里，整個(gè)系統(tǒng)從硬件上可以分成六個(gè)子模塊：分別是 IR 溫度測(cè)量模塊、MCU 主控模塊、電源模塊、 LCD 顯示模塊、按鍵輸入模塊和聲音提示模塊。 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。同目前市場(chǎng)上的其它紅外線解決方案相比，高度的集成化使得 MLX90615 更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)。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。通過(guò) SMBus 或連續(xù)的 PWM 信號(hào)，傳感器將結(jié)果輸送到使用者應(yīng)用中。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。 其中本系統(tǒng)的紅外測(cè)溫傳感器采用 邁利芯（ Melexis） 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的低成本紅外溫度測(cè)量數(shù)字傳感器 — MLX90615。 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)。這也意味著這個(gè)方案的總體成本（硬件成本、開(kāi)發(fā)時(shí)間成本等）其實(shí)要比方案一要低。而且相比第一個(gè)方案，無(wú)需黑體校正。由于不需額外的集成運(yùn)放電路，所以也不需要用到雙電源供電，因而使得電源模塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，電池的利用效能更高。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。例如集成運(yùn)放電路要用到雙電源供電，這就使得電源模塊的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜 、功耗變大和效率變得更低，這對(duì)于使用電池供電的便攜式系統(tǒng)是不利的。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。這兩個(gè)紅外溫度傳感器的輸出量通過(guò)放大電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路的處理后傳輸?shù)?MCU 模塊進(jìn)行相關(guān)的處理（軟件濾波、黑體校定等），然后通過(guò) LCD 模塊顯示相應(yīng)的人體溫度。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。以下章節(jié)內(nèi)容便是這兩種方案的對(duì)比和選擇。 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。其中為了提高系統(tǒng)的便攜性，電源模塊采取電池供電的方式。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) 。 但是 紅外耳溫計(jì) 的使用方式使得它具有較高的 準(zhǔn)確性。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)。但由于人體的體表溫度很容易受到各種因素（溫度、濕度、人體體表的潔凈度等）的影響，比如在寒冷的冬天人體 的體表溫度比核心溫度要低得多，而在炎熱的夏天則情況相反。 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 。但 缺點(diǎn) 是由于對(duì)使用者提出較高的要求，且使用一次性的探頭蓋， 增加了后期的使用成本 。 其中 紅外耳溫計(jì) 是 一種專門(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。 第三章 總體方案設(shè)計(jì) 和 選擇 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 因?yàn)楸菊n題是關(guān)于便攜式紅外人體測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)，所以要采用紅外線測(cè)溫的原理來(lái)測(cè)量人體的溫度，并且要考慮系統(tǒng)的便攜性。紅外線測(cè)溫可以說(shuō)是人類發(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。 （ 5）、測(cè)溫范圍廣：測(cè)溫范圍可從負(fù)幾十?dāng)z氏度到正幾千攝氏度。 （ 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。 （ 2）、響應(yīng)速度快：紅外測(cè)溫不像常規(guī)溫度計(jì)那樣，需要與被測(cè)量物體接觸以達(dá)到熱平衡狀態(tài)才能得到正確的溫度數(shù)據(jù)。 （ 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。通常 選用波長(zhǎng)為 6 ~ 14 181。人體的正常溫度取為 37176。式中： λ（ 181。 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)。 紅外感應(yīng)源通常采用熱 電堆 元件，這種元件在接收到人體紅外輻射時(shí)，由于自身溫度變化，導(dǎo)致產(chǎn)生電荷 或電勢(shì)差 ，再利用一定的電路將該電信號(hào)進(jìn)行 處理放大并處理就可以得出要測(cè)量的溫度值。 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 。當(dāng)用紅外輻射測(cè)溫儀測(cè)量 目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測(cè)量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量，然后由測(cè)溫儀計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。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)。 其中 紅外測(cè)溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。根據(jù)式（ 26）的原理，儀器所測(cè)得的紅外輻射為： E = Aσε1ε2（ TO 4 –TA 4） （ 27） 式中： A 為光學(xué)常數(shù)，與儀器的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)； ε1 為被測(cè)對(duì)象的輻射率； ε2 為 紅外溫度計(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。C ）范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。這種測(cè)量不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因此屬于非接觸式測(cè)溫。 K4)； ε 為物體的輻射率； TO 為物體的溫度，單位 K； TA 為物體周?chē)沫h(huán)境溫度，單位 K；只要測(cè)量出所發(fā)射的 E 的值，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng) 的溫度?？梢杂靡韵鹿奖磉_(dá)： ε = α （ 25） 由此可以看出，任何處于 熱平衡下物體的吸收率等于發(fā)射率，即物體的輻射本領(lǐng)越大其吸收本領(lǐng)也越大。 數(shù)學(xué)表示為： ε = M / Mo （ 24） 式中： M 為實(shí)際物體的輻射出度， Mo 為相同條件下黑體的輻射出度。影響發(fā)射率的主要因 素有 ：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié) 構(gòu)和材料厚度等。 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 。這里，我們引入一個(gè)隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，即可把黑體的基本定律應(yīng)用于實(shí)際物體的紅外溫度測(cè)量。因此，實(shí)際做紅外檢測(cè)時(shí)，應(yīng)盡可能選擇在被測(cè)表面法線方向最大值的 cosθ 倍。 Stefan— Boltzmann 定律是所有紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)。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。 1879年斯忒藩從實(shí)驗(yàn)上總結(jié)得到該公式， 1884 年波爾茲曼從理論上證明了它。其數(shù)學(xué)表示如下： W =σεT4 （ 22） 其中： σ= 108w/m2 普朗克輻射定律是所有定量計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)。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(zhǎng)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 ” 。m），人體皮膚輻射的峰值波長(zhǎng)同樣約為 。m 紅外波段范圍內(nèi)，根據(jù) Wien 定律λm經(jīng)科學(xué)檢測(cè)，不管人體的膚色如何，干燥皮膚的紅外輻射率均為 ，近似為黑體。m波段內(nèi)，峰值波長(zhǎng)約為 。一般活體皮膚光譜范圍約為 3 ~ 50181。 圖 電磁波波譜圖 J 近年來(lái)，紅外輻射技術(shù)已成為一門(mén)發(fā)展迅速的新興學(xué)科。m）和遠(yuǎn) 紅外 區(qū) （ 10181。m的電 磁波稱為紅外波段。根據(jù)普朗克輻射定律，凡是絕對(duì)溫度大于零度的物體都會(huì)向外輻射電磁波，物體的輻射強(qiáng)度與溫度及表面輻射能力有關(guān)，輻射的電磁波譜分布與物體溫度密切相關(guān)。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基 礎(chǔ)。C ）的物體，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，都在不停地向周?chē)臻g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。這可以說(shuō)是醫(yī)學(xué)測(cè)量的一個(gè)重大進(jìn)步。 其中紅外線人體測(cè)溫儀是紅外測(cè)溫技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用，它是利用人體發(fā)出的紅外線來(lái)測(cè)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(cè)溫度是否過(guò)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(dòng)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(jí)其控制系統(tǒng)，智能紅外傳感器的需求量將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)短期內(nèi)市場(chǎng)還不會(huì)達(dá)到飽和 。 隨著紅外測(cè)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。在產(chǎn)品加工行業(yè)，特別是需要對(duì)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，都是溫度傳感器大顯身手的地方。 半個(gè)世紀(jì)以來(lái)隨著光學(xué)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，紅外檢測(cè)技術(shù)也日趨完善，其中紅外測(cè)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。特別是美國(guó)，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(lái)得及實(shí)際使用。從那時(shí)開(kāi)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(wú)線電波及可見(jiàn)光一樣的本質(zhì)，紅外線的發(fā)現(xiàn)是人類對(duì)自然認(rèn)識(shí)的一次飛躍，對(duì)研究、利用和發(fā)展紅外技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)辟了一條全新的廣闊道路 。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，這個(gè)所謂熱量最多的高溫區(qū)，總是位于光帶最邊緣處紅光的外面。為了與環(huán)境溫度進(jìn)行比較，赫胥爾用在彩色光帶附近放幾支作為比較用的溫度計(jì)來(lái)測(cè)定周?chē)h(huán)境溫度。他在研究各種色光的熱量時(shí)，有意地把暗室的唯一的窗戶用暗板堵住，并在板上開(kāi)了一個(gè)矩形孔，孔內(nèi)裝一個(gè)分光棱鏡。 W 這無(wú)論 是 在大規(guī)模的疫檢 中 ，還是 在日常保健 中都發(fā)揮了重要的作用。 隨 著科 技的發(fā)展和現(xiàn)代 醫(yī)療 技術(shù)的需 要，測(cè)溫技術(shù)也 在 不斷地改進(jìn)和提高 ，然后人們研究出了 紅外線人體測(cè)溫儀 。 它們主要是經(jīng)口腔、腋窩和直腸等部位來(lái)測(cè)量人體的平均溫度。所以，體溫的小小變化就會(huì)導(dǎo)致玻璃管內(nèi)水銀的大幅度上升。 傳統(tǒng)的體溫計(jì)主要是水銀式體溫計(jì)， 水銀儲(chǔ)存在末端的水銀球內(nèi)。它是人體生命活動(dòng)的基本特征，也是觀測(cè)人體機(jī)能是否正常的重要指標(biāo)之一。s temperature, although it is cheap but there are many drawbacks. As science and technology development and the needs of modern medical technology, temperature measurement technology is continually improving and improving, and then people e up with an infrared body thermometer. It is issued by the body to measure a specific band of infrared temperature of the human body. As a result of newhighprecision infrared sensor and microprocessor technology, so it can quickly, accurately and easily measure the temperature, to solve the traditional easily brokenmercury thermometer, the mercury thermometer is not easy reading and pollution of the environment. I according to the principle of infrared radiation thermometer designed and producedan infrared temperature measurement system, including infrared temperature sensor designed and manufactured by Melexis pany using noncontact infrared temperature sensor measurement MLX90615 (DAA model). It is a digital sensor chip has integrated temperature measurement sensor and associated processing circuit, through SMBus protocol the measured temperature data directly to the AVR mi