【正文】 提高紅外線測(cè)溫儀的精確度，從而設(shè)計(jì)了一種用紅外線測(cè)溫系統(tǒng)，用于對(duì)于人員密集且流量大的場(chǎng)合進(jìn)行快速的人體溫度測(cè)量。紅外診斷技術(shù)是通過(guò)吸收這種紅外輻射能量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設(shè)備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可見光圖像，使測(cè)試效果直觀，靈敏度高，能檢測(cè)出設(shè)備細(xì)微的熱狀態(tài)變化，準(zhǔn)確反映設(shè)備內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對(duì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患非常有效。 發(fā)展歷史和應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展現(xiàn)狀1800年，英國(guó)物理學(xué)家F赫胥爾從熱的觀點(diǎn)來(lái)研究各種色光時(shí)，發(fā)現(xiàn)了紅外線。 自從赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了將近兩個(gè)世紀(jì)。當(dāng)時(shí)，德國(guó)研制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、部件制成一些軍用紅外系統(tǒng)，如高射炮用導(dǎo)向儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，機(jī)載轟炸機(jī)探測(cè)儀和火控系統(tǒng)等等。此后，美國(guó)、英國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)競(jìng)相發(fā)展。目前，美國(guó)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。目前世界上體積最小、重量最輕的數(shù)顯體溫計(jì)由日本松下電器產(chǎn)業(yè)公司開發(fā)，日本　持田制藥公司公布于眾。它是耳式體溫計(jì)，測(cè)量體溫時(shí)，　將其插入耳孔內(nèi)，熱電式紅外傳感器接收了耳孔內(nèi)耳膜周圍的紅外線，熱電傳感器的電　流經(jīng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換等，便可測(cè)得體溫。 在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測(cè)與控制方面，紅外溫度傳感器以其優(yōu)異的性能，滿足了多方面的要求。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。我國(guó)的醫(yī)用紅外成像技術(shù)起步比較晚，1976年以前還是一片空白，知道上世紀(jì)80年代，我國(guó)才初步有了真正意義上的醫(yī)用紅外設(shè)備，但由于當(dāng)時(shí)的科技條件和生產(chǎn)制造工藝水平，其溫度分辨率，空間分辨率，和醫(yī)學(xué)分析軟件都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后西方國(guó)家。軍事上：50年代前期所用的紅外夜視設(shè)備，是主動(dòng)式紅外夜視儀，一般采用紅外變像管作為　接收器，工作波段在1左右，在夜間可看見100米處的人，數(shù)公里內(nèi)的坦克、車輛和10公里遠(yuǎn)的艦船。60年代后期，美國(guó)研制了一種光機(jī)掃描式紅外成像系統(tǒng)，為飛機(jī)夜航和在惡劣氣　候條件下的飛行提供觀察手段．其工作波段是8～12　．一般采用ＴｅＣｄＩ－Ｉｇ￣子探測(cè)器　接收，液氮致冷，它的技術(shù)性能比主動(dòng)式紅外夜視儀提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，夜間可觀察到10Ｋｍ的坦克和車輛、視距內(nèi)的艦船，這種紅外熱像儀幾經(jīng)改進(jìn)，80　年代初，許多國(guó)家已形成了標(biāo)準(zhǔn)化、組件化系統(tǒng)，為部隊(duì)提供了一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、互換　性好的夜視設(shè)備?！〗窈髮l(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。這種智能傳感器內(nèi)置微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通信，具有小型化、數(shù)字通信、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。另外，隨著便攜式紅外傳感器的體積越來(lái)越小，價(jià)格逐漸降低，在食品、采暖空調(diào)和汽車等領(lǐng)域也有了新的應(yīng)用。隨著更多的用戶對(duì)便攜式紅外溫度傳感器的了解，其潛在用戶正在增加。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(cè)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(wèn)題。利用紅外溫度傳感器：紅外線測(cè)溫儀的理論依據(jù)：一切溫度高于絕對(duì)零度(℃)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。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)。初步?jīng)Q定使用AT89C52單片機(jī)。2. 紅外測(cè)溫原理 紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)理論 在自然界中，一切溫度高于絕對(duì)零度（176。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。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)。m的電磁波稱為紅外波段。m）和遠(yuǎn)紅外區(qū)（10181。近年來(lái)，紅外輻射技術(shù)已成為一門發(fā)展迅速的新興學(xué)科。 電磁波波譜圖J一般活體皮膚光譜范圍約為3 ~ 50181。m波段內(nèi)。經(jīng)科學(xué)檢測(cè)，不管人體的膚色如何，近似為黑體。m紅外波段范圍內(nèi)，根據(jù)Wien定律λmm）。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”。普朗克輻射定律是所有定量計(jì)算紅外輻射的基礎(chǔ)。其數(shù)學(xué)表示如下：W =σεT4 （22）其中：σ=108w/m21879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。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。Stefan—Boltzmann定律是所有紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)。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。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。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。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。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?？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。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(cè)量出所發(fā)射的E的值，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的溫度。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。C）范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。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。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。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)。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。 人體紅外測(cè)溫儀的性能指標(biāo)及作用總體上來(lái)說(shuō)，測(cè)溫范圍、顯示分辨率、精度、工作環(huán)境溫度范圍、重復(fù)性、相對(duì)濕度、響應(yīng)時(shí)間、電源、響應(yīng)光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發(fā)射率等都是紅外線測(cè)溫儀的性能指標(biāo)。每種型號(hào)的測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。對(duì)于單色測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀視場(chǎng)。對(duì)于雙色測(cè)溫儀，其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長(zhǎng)帶內(nèi)輻射能量的比值來(lái)確定的。如果測(cè)溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處，而又要測(cè)量小的目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測(cè)溫儀。確定波長(zhǎng)范圍 ：目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜相應(yīng)波長(zhǎng)對(duì)于高反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。信號(hào)處理功能：鑒于離散過(guò)程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過(guò)程不同，所以要求紅外測(cè)溫儀具有多信號(hào)處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。紅外輻射測(cè)溫儀的標(biāo)定：紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度。測(cè)溫目標(biāo)大小與測(cè)溫距離的關(guān)系：在不同距離處，可測(cè)的目標(biāo)的有效直徑D是不同的，因而在測(cè)量小目標(biāo)時(shí)要注意目標(biāo)距離。 選擇被測(cè)物質(zhì)發(fā)射率：人體紅外測(cè)溫儀一般都是按黑體（發(fā)射率=）分度的，而實(shí)際上。物質(zhì)發(fā)射率可從《輻射測(cè)溫中有關(guān)物體發(fā)射率的數(shù)據(jù)》中查得。本設(shè)計(jì)中正是利用了PM611熱釋電紅外線傳感器可以補(bǔ)償溫度起伏的作用，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫。 溫度輸出功能：首先模擬信號(hào)輸出：0～5V，1～5V，0～10V，0/4～20毫安，可以加入閉環(huán)控制中。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。 ： ()式中：為與熱釋電響應(yīng)特性及物體表面發(fā)射率有關(guān)的常數(shù)，為物體表面溫度，為環(huán)境溫度。 （2）多項(xiàng)式，即 （）令 （）取三項(xiàng)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，要使測(cè)溫儀滿足一定的精度，測(cè)溫時(shí)的環(huán)境溫度和物體表面溫度要在一定的范圍內(nèi)，如環(huán)境溫度=30℃，物體表面溫度在180℃以上時(shí)，讀數(shù)誤差較大。實(shí)際應(yīng)用中每隔5~10℃就必須標(biāo)定一個(gè)系數(shù)，當(dāng)采樣電壓峰值落在此區(qū)間時(shí)就選擇該系數(shù)。 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(duì)修正系數(shù)的影響較大。而當(dāng)物體表面溫度較高時(shí)，則修正系數(shù)基本由物體表面溫度決定，這樣系數(shù)就不必再依環(huán)境溫度進(jìn)行校正。下表為表21：表21 不同環(huán)境溫度下的標(biāo)定系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)溫度（℃）環(huán)境溫度（℃）測(cè)量值（V）系 數(shù) Ka（V/℃） 人體紅外線測(cè)溫儀的特點(diǎn)人體紅外測(cè)溫儀是通過(guò)接收人體發(fā)射的紅外線的能量的大小來(lái)測(cè)量其體溫的儀器。所以人體紅外測(cè)溫儀具有以下優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量：它不需要接觸到人體，只需在額頭前方5厘米左右測(cè)溫即可，而且紅外探測(cè)器只需感應(yīng)人體輻射的紅外線。測(cè)量范圍廣：因?yàn)槿梭w紅外測(cè)溫儀是非接觸式測(cè)溫，所以測(cè)溫儀并不處在較高或較低的溫度場(chǎng)中，而是工作在正常的溫度或測(cè)溫儀允許的條件下進(jìn)行測(cè)量的，所以測(cè)量范圍比較廣。紅外探測(cè)器中靈敏元非常靈敏，只要接收到目標(biāo)紅外輻射即可在短時(shí)間內(nèi)定溫。靈敏度高：只要人體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測(cè)出。體積小，方便攜帶。3. 總體設(shè)計(jì)： 傳感器的選擇測(cè)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。一種是內(nèi)部只由熱電偶構(gòu)成的紅外傳感器，如LHI778傳感器，測(cè)量的是目標(biāo)物體與環(huán)境溫度的差值，真實(shí)的測(cè)量目標(biāo)溫度是要外加環(huán)境溫度補(bǔ)償電路，該方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器價(jià)格便宜，但是電路相對(duì)復(fù)雜，不易制作?？紤]到制作的可靠性和電路的可制作性，開始嘗試選擇紅外溫度傳感器TS1183作為方案一的紅外傳感器。放大器可以由單個(gè)的集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，從而達(dá)到放大的目的，缺點(diǎn)是這種方法產(chǎn)生的測(cè)量誤差較大，并且數(shù)據(jù)也不穩(wěn)定。使得電路的設(shè)計(jì)變的非常簡(jiǎn)單。 控制部分的選擇 單片機(jī)主要我們學(xué)過(guò)的是AT和STC的，有51和52兩種居多，但51由于內(nèi)存較小等原因?qū)υO(shè)計(jì)要求較高，所以對(duì)于初學(xué)者我選擇52。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？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。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。 顯示部分的選擇我們多學(xué)過(guò)的顯示主要有兩種方法，一種是LED數(shù)碼管，另一種就是LCD液晶顯示屏。液晶顯示屏正好可以克服這點(diǎn)，顯示部分看來(lái)來(lái)直觀簡(jiǎn)潔，耗電量較少。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(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。該顯示屏具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)豐富、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。： 傳感器的選擇 出于可能方案一TS1183雖然精度很高，但相對(duì)資料短缺，加之信號(hào)微弱不好處理等問(wèn)題，我提出方案二，作為方案一的替代方案。 186。此數(shù)值可以通過(guò)串行兩線SMBUS兼容協(xié)議獲得或是器件的10位PWM格式獲得。C，物體溫度為40到115 186。MLX90615同樣是集熱電偶和熱敏電阻于一體的紅外傳感器。缺點(diǎn)：精度比不上TS1183，且價(jià)格也不低。但絲毫不影響功能的實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。 顯示部分的選擇方案二中顯示與方案一中基本一致，無(wú)需變動(dòng)，依然選擇LCD1602。測(cè)溫原理：自然界一切溫度都是高于絕對(duì)零度（℃）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)系符合普朗克（Plank）定律。由于該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光線不被空氣所吸收，因而可利用人體輻射的紅外能量精確地測(cè)量人體表面溫度。紅外溫度測(cè)量技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快，1秒鐘以內(nèi)可測(cè)試完畢。4． 硬件電路的設(shè)計(jì) (方案一)設(shè)計(jì)思路所有的物體都會(huì)向外發(fā)射紅外線，發(fā)射功率正比于物體表面溫度，人體向外發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)范圍在9~10um，為此我們選用了德國(guó)HLPlanartechnik公司生產(chǎn)的TS1183型無(wú)接觸式表面溫度測(cè)量傳感器，將吸收到的紅外線能量轉(zhuǎn)換成熱量，而內(nèi)部的熱電容把熱量成比例地轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出的電壓經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變成單片機(jī)能處理的數(shù)字量，然后通過(guò)一系列的算法運(yùn)算將其換算成相對(duì)應(yīng)的溫度值，再傳送給液晶顯示屏顯示。同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，功能的多樣性，還配備了時(shí)鐘電路顯示當(dāng)前的測(cè)量時(shí)間，便于測(cè)量人員記錄測(cè)量的時(shí)間信息。STC89C52單片機(jī)