【正文】 熱電動(dòng)勢(shì)，其輸出電壓和測(cè)定點(diǎn)的溫度近似成正比例關(guān)系，這是紅外溫度傳感器測(cè)量體溫所依據(jù)的基礎(chǔ)。同時(shí)為減少太陽(yáng)光等可見光對(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。式中：λ（181。人體的正常溫度取為37℃，則T通常選用波長(zhǎng)為614m的光學(xué)濾光片，其帶通特性有利于溫度的測(cè)量。同時(shí)也適合用于人體溫度的測(cè)量。（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)。（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。（4）準(zhǔn)確度高：紅外測(cè)溫是非接觸測(cè)量，不破壞物體本身的溫度分布，因此所測(cè)溫度相對(duì)較為準(zhǔn)確。（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。紅外測(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?，F(xiàn)在越來(lái)越多的這種測(cè)溫產(chǎn)品供消費(fèi)者選購(gòu)，也越來(lái)越多的人們接觸和了解到紅外測(cè)溫技術(shù)的方便和快捷之處。第三章 總體方案設(shè)計(jì)和選擇 設(shè)計(jì)方案分析本課題是關(guān)于便攜式人體測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)與研究，因?yàn)檠芯糠较蚴抢萌梭w發(fā)射出的紅外線來(lái)測(cè)量人體的溫度，所以從紅外線測(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。由于鼓膜的溫度穩(wěn)定，且可以直接體現(xiàn)人體內(nèi)部核心溫度，因此當(dāng)使用方法正確時(shí)耳溫計(jì)的示數(shù)可以作為醫(yī)學(xué)確認(rèn)。其優(yōu)點(diǎn)是完全無(wú)需與人體接觸（真正意義上的無(wú)接觸測(cè)量），這就意味著無(wú)需使用一次性的探頭蓋，從而節(jié)約使用成本和避免人群交叉感染。這樣測(cè)量得出的溫度數(shù)據(jù)不能反映出人體溫度的真實(shí)信息，而且這些因素的影響是不確定的，因此難以通過合適的溫度補(bǔ)償來(lái)消除誤差。這兩種紅外測(cè)溫儀實(shí)際上應(yīng)用的原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基本一致的，只是兩者有一些細(xì)微的差別而已。紅外耳溫計(jì)的使用方式使得它具有較高的準(zhǔn)確性，但對(duì)于操作起來(lái)比較繁瑣，需要每次都更換探頭，而且對(duì)于大量的測(cè)量不太現(xiàn)實(shí)。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用測(cè)量額頭溫度的方案，即設(shè)計(jì)一個(gè)紅外額溫計(jì)。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。 （1）利用人體紅外輻射的原理來(lái)測(cè)量體溫，即采用紅外溫度傳感器； 方案的選擇方案一：在該方案里，系統(tǒng)可以分為模擬紅外溫度傳感器（內(nèi)含環(huán)境溫度測(cè)量）模塊、放大電路模塊、AD轉(zhuǎn)換電路模塊、MCU主控模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、LCD模塊和電源模塊（）。模擬紅外傳感器KEY模塊BUZZER模塊放大電路路AD轉(zhuǎn)換LCD模塊MCU主控模塊電源模塊（DCDC） 圖31 方案一的方框圖首先模擬紅外溫度傳感器接收人體發(fā)出的紅外線，經(jīng)過放大電路把接收到的紅外信號(hào)放大，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸出對(duì)應(yīng)的電壓值，傳感器同時(shí)通過溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度/傳感器溫度。方案二：它的硬件結(jié)構(gòu)由STC89C51單片機(jī)模塊，紅外測(cè)溫模塊，電源模塊，鍵盤模塊和LED顯示模塊組成。此紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖32所示單 片 機(jī)按鍵電路1602液晶顯示器時(shí)鐘電路紅外測(cè)溫模塊復(fù)位電路 圖32 方案二的系統(tǒng)框圖方案對(duì)比和選擇：對(duì)于方案一，模擬傳感器的成本相對(duì)要低，而且整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度相對(duì)要高一些，但是也使得系統(tǒng)電路變得更為復(fù)雜。同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)方面，要涉及到濾波處理、溫度線性校準(zhǔn)處理和黑體校定等，這使得設(shè)計(jì)工作量大大增加。在方案二中，采用的是模塊化的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)起來(lái)比較方便，更容易理解。適合作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究對(duì)象，雖然成本有點(diǎn)高，但是實(shí)用性和穩(wěn)定性更好。 總體方案設(shè)計(jì)經(jīng)過論證對(duì)比，選擇了方案二的設(shè)計(jì)。通過劃分模塊的方法，可以把一個(gè)復(fù)雜的問題分割成幾個(gè)相對(duì)容易解決的問題，分別予以解決，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的難度。這是一個(gè)接收和檢測(cè)裝置與一體的集成塊，具有靈敏度高、精度高、低功耗的特點(diǎn)。然后對(duì)兩種不同的方案進(jìn)行了對(duì)比和分析，最后決定使用第二個(gè)方案作為該課題的最終方案。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)處理模塊該紅外測(cè)溫儀是以STC89C51單片機(jī)為核心控制器件的測(cè)溫設(shè)備，此單片機(jī)模塊的工作原理：加載相應(yīng)程序的STC89C51單片機(jī)把紅外測(cè)溫模塊傳來(lái)的數(shù)據(jù)加以處理，送LED顯示屏顯示。而此儀器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖41左邊下部分。單片機(jī)作為紅外測(cè)溫儀的核心控制部件，它關(guān)系到整個(gè)儀器的性能指標(biāo)，能否實(shí)現(xiàn)測(cè)溫功能起著關(guān)鍵作用，因此它的選擇是非常重要的。STC89C51RC系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，這樣可以省去購(gòu)買通用編程器，單片機(jī)在用戶系統(tǒng)上即可下載/燒錄用戶程序，無(wú)須將單片機(jī)從生產(chǎn)好的產(chǎn)品上拆下。由于可以在用戶的目標(biāo)系統(tǒng)上將程序直接下載進(jìn)單片機(jī)看運(yùn)行結(jié)果，故無(wú)須仿真器。二、STC89C51各引腳的功能描述如下：（1）電源和晶振：VCC——運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加的電壓；VSS——接地；XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器；XTAL2——反向放大器輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。 紅外測(cè)溫模塊此設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫模塊使用TN901，可以不用接觸被測(cè)物體，解決了傳統(tǒng)測(cè)溫中需要接觸的問題，具有回應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。紅外測(cè)溫模塊電路圖如圖所示：圖44 紅外測(cè)溫電路模塊面對(duì)眾多的紅外檢測(cè)器件產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)中選擇合適的紅外檢測(cè)器件已成為一個(gè)重要問題。本紅外測(cè)溫儀選用了凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的型號(hào)為TN9的紅外探測(cè)器作為測(cè)溫模塊，它是一種集成的紅外探測(cè)器，內(nèi)部有溫度補(bǔ)償電路和線性處理電路，因此簡(jiǎn)化了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 它的測(cè)量距離大約為1米。其相關(guān)資料如下：一、 紅外測(cè)溫傳感器的引腳介紹：圖45 紅外測(cè)溫傳感器引腳圖紅外測(cè)溫傳感器引腳圖如圖45所示，其中V為電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，；D為數(shù)據(jù)接收引腳，沒有數(shù)據(jù)接收時(shí)D為高電平；C為2KHz Clock輸出引腳；G為接地引腳；A為測(cè)溫啟動(dòng)信號(hào)引腳，低電平有效。(例：如果一次溫度測(cè)量需接收5個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，這5個(gè)字節(jié)中：Item為0x4c表示測(cè)量目標(biāo)溫度，為0x6c表示測(cè)量環(huán)境溫度；MSB為接收溫度的高八位數(shù)據(jù)；LSB為接收溫度的低八位數(shù)據(jù)；Sum為驗(yàn)證碼，接收正確時(shí)Sum=Item+MSB+LSB；CR為結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)CR為0xodH時(shí)表示完成一次溫度數(shù)據(jù)接收。計(jì)算公式：目標(biāo)溫度/環(huán)境溫度=Temp/其中Temp為十進(jìn)制，當(dāng)把它轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的高八位為MSB，低八位為L(zhǎng)SB；比如MSB為0x14H，LSB為0x2Ah，則Temp十六進(jìn)制時(shí)為0x142aH，十進(jìn)制時(shí)為5162，則測(cè)得的溫度值為5162/=℃。本次課題設(shè)計(jì)所要求的供電電源為5V電源，既要求滿足單片機(jī)供電電源，而且必須滿足紅外測(cè)溫模塊和LCD顯示模塊，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這樣就不需要多電源供電，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，更方便于操作和焊接，還能滿足系統(tǒng)的需求。蜂鳴器連接在三極管的發(fā)射極?！鏁r(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出信號(hào)，通過三極管傳送到蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。 LCD顯示模塊液晶顯示器以其功耗小、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第3腳：VEE為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。表2 1602的內(nèi)部顯示地址12345678910111213141516序號(hào)000102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。LCD1602液晶顯示模塊可以直接和單片機(jī)STC89C51接口連接，液晶顯示的D0~~，單片機(jī)的P0口可以作為通用的輸入，輸出端口使用。由于VEE端接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，對(duì)比度過低會(huì)使屏幕模糊不清，所以使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器來(lái)調(diào)整它的對(duì)比度。高電平時(shí)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行讀數(shù)，使能端由高電平到低電平時(shí)開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來(lái)。通過一個(gè)電位器調(diào)節(jié)LCD的顯示屏幕的對(duì)比度，使屏幕畫面顯示更清晰，不會(huì)產(chǎn)生模糊的感覺，更容易讀出數(shù)據(jù)。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本紅外測(cè)溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，這樣可以把一個(gè)復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)分成幾個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的部分分別予以解決。 主程序模塊設(shè)計(jì) 當(dāng)紅外測(cè)溫儀接通電源時(shí)，STC89C51單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，開始運(yùn)行該程序。然后給出開機(jī)顯示，接著判斷是否有鍵輸入，若沒有鍵輸入，則繼續(xù)判斷；若有鍵輸入，則判斷是否是紅外測(cè)溫。再判定是否結(jié)束溫度測(cè)量，若沒有則繼續(xù)測(cè)溫，若收到結(jié)束命令則返回開機(jī)顯示，重新判斷。中斷子程序部分是在單片機(jī)接收到測(cè)溫信號(hào)之后，把數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD顯示器，由LCD把溫度數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。 紅外測(cè)溫程序模塊，,。把五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都讀完后判斷第一個(gè)字節(jié)是否為開始0x4c或0x66并且第五個(gè)字節(jié)為0x0d，若是則計(jì)算溫度值返回，否則繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。通過程序由單片機(jī)控制，當(dāng)單片機(jī)接收到測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)，傳送給LCD，最后把示數(shù)顯示在顯示屏上。當(dāng)再有測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)傳送過來(lái)時(shí)，屏幕清屏，重新顯示溫度值。為了提高測(cè)溫的準(zhǔn)確性，該系統(tǒng)采用了額溫計(jì)的設(shè)計(jì)方案。首先把系統(tǒng)硬件的各個(gè)模塊（電源模塊、紅外測(cè)溫模塊等）都焊接好，然后逐個(gè)地檢測(cè)每個(gè)模塊是否有元器件焊接錯(cuò)誤，是否有虛焊、漏焊、短路等情況出現(xiàn)。studio（JTAG模式）下載到本系統(tǒng)采用的的主控芯片—STC89C51單片機(jī)里。由于本系統(tǒng)的軟件也是采用模塊化的編程方式，所以它也可以像硬件那樣進(jìn)行分模塊進(jìn)行調(diào)試。必須保證每一個(gè)模塊都是正確的，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能。因?yàn)槿鄙傧鄳?yīng)的測(cè)試和校準(zhǔn)設(shè)備，所以無(wú)法對(duì)該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度進(jìn)行系統(tǒng)地測(cè)試和評(píng)估。由于此系統(tǒng)是測(cè)量人體額頭的溫度，水銀體溫計(jì)主要是測(cè)量人體腋下的溫度，而事實(shí)上人體不同部位的溫度是不一致的，：表61 人體不同部位的正常體溫對(duì)比表身體部位額溫肛溫口溫液溫正常體溫~~38~~水銀體溫計(jì)自其發(fā)明以來(lái)，在醫(yī)學(xué)界里就一直作為標(biāo)準(zhǔn)的人體測(cè)溫工具，所以這次的設(shè)計(jì)——便攜式紅外人體測(cè)溫儀就以水銀體溫計(jì)的測(cè)量值作為溫度調(diào)?；鶞?zhǔn)。：在測(cè)試條件相同的情況下，℃左右，因此兩者的測(cè)量數(shù)據(jù)是有一定偏差的。只要紅外人體測(cè)溫儀測(cè)量的