(論文)人體紅外測溫儀 論文(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設計論文)

目 錄 摘要.I AbstractII 第一章 紅外線測溫儀的研發(fā)背景1 1.1 紅外測溫儀的實際應用.1 1.2 紅外測溫技術(shù)的發(fā)展歷程1 第二章 人體紅外測溫儀的原理和特點2 2.1 人體紅外線測溫儀的理論依據(jù).2 2.2 人體紅外線測溫儀的性能指標及作用2 2.3 影響溫度測量的主要因素及修正方法3 2.4 人體紅外線測溫儀的特點5 第三章 人體紅外測溫儀的硬件設計6 3.1 總體設計6 3.1.1 整體框圖設計6 3.1.2 電路設計7 3.2 溫度傳感器8 3.3 放大電路的設計8 3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路9 3.5 LCD1602 顯示電路.10 第四章 軟件設計12 5.1 紅外測溫儀的使用注意事項15 5.2 改進方案15 5.3 推廣及應用15 參考文獻16 致 謝17 附錄 1 PCB 板圖 18 附錄 2 3D 效果圖.19 附錄 3 程序.20 I 人體紅外測溫儀人體紅外測溫儀 摘要摘要:為了克服傳統(tǒng)溫度計測量溫度的主要缺點需要測量者與被測目標近距離接觸和 測量不方便。在顧及儀器測量高精度前提下，以追求最低成本為原則，研制了非接觸式熱 釋電紅外測溫儀，實現(xiàn)了對物體表面溫度快速準確的測量。本文也設計了紅外測溫儀的整 體系統(tǒng)構(gòu)架。根據(jù)熱釋電原理，主要針對人體體溫測量進行了具體的設計開發(fā)，開發(fā)包括 整體方案，硬件電路，單片機程序和主機程序。并利用設計出來的紅外測溫儀在環(huán)境溫度 30下對人體溫度和水溫進行了測量，對人體的溫度測量的誤差低于0.1，提高了測 量精度。人體測溫儀的設計主要為適應人體體溫快速無接觸測量的需要。主要介紹熱釋電 紅外傳感器的工作原理以及最適宜人體紅外線檢測的熱釋電傳感器PM611的優(yōu)點和等效電 路，闡述了基于熱釋電傳意器的紅外測溫儀的工作原理，討論了該系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法， 簡單介紹了測溫系統(tǒng)的適用條件。 關鍵詞：關鍵詞：溫度測量，熱釋電，AT89C51 II Temperature measuring based on body infrared ray Abstract: To decrease the limitation of traditional method of temperature measuring such as close contact between measurer and the target and inconvenience when measuring, we developed a non-contact type piezoelectric infrared thermometer, realizes fast and accurate surface temperature measurements. This article also designed the overall system architecture infrared thermometer. Then under the piezoelectric principle, aimed at human body temperature measurement for a specific design, development including hardware, peripherals technology, SCM, and the host program . Designed by using the infrared thermometer at ambient temperature 30,temperature and water temperature on the human body were measured on the human body temperature measurement error is less a 0.1 improve the measurement accuracy. This thermometer mainly applies to no-contact, speedy body-heat measurement. This article mainly introduces operational principles of piezoelectric infrared sensor and the structure of hydroelectrically sensor PM611.It formulates the theory of the thermometer based on hydroelectrically sensor and studies how to design and implement of the systemFinally，it indicates the conditional demand of the system. Key words: temperature measurement, piezoelectric,AT89C51 1 第一章 紅外線測溫儀的研發(fā)背景 1.1 紅外測溫儀的實際應用 由于醫(yī)學發(fā)展的需要，在很多情況下，一般的溫度計己經(jīng)滿足不了快速而又準確的測 溫要求，例如車站和機場等人口密度較大的地方進行人體溫度測量。雖然現(xiàn)在國外這種測 溫的技術(shù)都比較成熟，但是國內(nèi)這方面的技術(shù)還處于發(fā)展階段。因此，為了適應醫(yī)學發(fā)展 的需要，有效地進行特殊環(huán)境下的溫度測量，從而有力地控制和預防諸如甲流、非典之類 型的特殊疾病的傳播，急需設計一種測溫速度快，準確率高的測溫儀。針對一般的工業(yè)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，通過關鍵器件的選擇、 瞄準系統(tǒng)的設計以及溫度補償?shù)淖詣诱{(diào)節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度，設計了一種用紅 外線測溫電路，用于人員密集且流量大的場合進行快速的人體溫度測量。 1.2 紅外測溫技術(shù)的發(fā)展歷程 紅外測溫技術(shù)在生產(chǎn)過程中、在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設備在線故障診斷和安全保護 以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要作用。近 20 年來，非接觸式紅外人體測溫儀在技術(shù)上得 到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大。比起 接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。非 接觸式紅外測溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列，并備有各種選件和計算機軟件， 每一系列中又有各種型號及規(guī)格。 紅外檢測技術(shù)是“九五”國家科技成果重點推廣項目，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，從而準確判斷物體表面的溫 度分布情況，具有準確、實時、快速等優(yōu)點。任何物體由于其自身分子的運動，不停地向 外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場，俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)是通過 吸收這種紅外輻射能量，測出設備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設備發(fā)熱情況。 目前應用紅外診斷技術(shù)的測試設備比較多，如紅外測溫儀、紅外熱電視、紅外熱像儀 等等。像紅外熱電視、紅外熱像儀等設備利用熱成像技術(shù)將這種看不見的“熱像”轉(zhuǎn)變成可 見光圖像，使測試效果直觀，靈敏度高，能檢測出設備細微的熱狀態(tài)變化，準確反映設備 內(nèi)部、外部的發(fā)熱情況，可靠性高，對發(fā)現(xiàn)設備隱患非常有效。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)學的發(fā)展有很重大 的意義。 2 第二章 人體紅外測溫儀的原理和特點 2.1 人體紅外線測溫儀的理論依據(jù) 自然界一切溫度高于絕對零度(-273.15)的物體，由于分子的熱運動，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系符合輻 射定律。紅外輻射原理 輻射定律： （2.1） 44 0 ()ETT 式中：為輻射出射度數(shù)，；為斯蒂芬波爾茲曼常數(shù)，E 3 W/m ；為物體的輻射率；為物體的溫度，單位；為物體周圍 824 5.67*10 W/(m)K TK 0 T 的環(huán)境溫度，單位。測量出所發(fā)射的，就可得出溫度。KE 利用這個原理制成的溫度測量儀表叫紅外溫度儀表。這種測量不需要與被測對象接觸， 因此屬于非接觸式測量。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（0100）范圍，能量主要集中在中紅外和遠紅外波長。用于不同溫度范圍和用于 不同測量對象的儀表，其具體的設計也不同。根據(jù)式（2.1）的原理，儀表所測得的紅外 輻射為： （2.2） 44 1212 ()EATT 式中：為光學常數(shù)，與儀表的具體設計結(jié)構(gòu)有關；為被測對象的輻射率；為紅外A 1 2 溫度計的輻射率；為被測對象的溫度（K） ；為紅外溫度計的溫度（K） ；它由一個內(nèi) 1 T 2 T 置的溫度檢測元件測出。 輻射率是一個用以表達物體發(fā)射電磁波能力的系數(shù)，數(shù)值由 0 至 1.0。所有真實的 物體，包括人體各部位的表面，其值都是某個低于 1.0 的數(shù)值。人體主要輻射波長在 910的紅外線，通過對人體自身輻射紅外能量的測量，便能準確地測定人體表面溫m 度。由于該波長范圍內(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 量人體表面溫度。 通過對人體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定人體表面溫度。紅外溫度測 量技術(shù)的最大優(yōu)點是測試速度快，1 秒以內(nèi)可測試完畢。紅外測溫儀由光學系統(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。 2.2 人體紅外線測溫儀的性能指標及作用 總的來說，測溫范圍、顯示分辨率、精度、工作環(huán)境溫度范圍、重復性、相對濕度、 響應時間、電源、響應光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發(fā)射率等都是紅外線測溫儀的性 能指標。 3 1、確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。每種型號的測溫儀都 有自己特定的測溫范圍。 2、確定目標尺寸：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） 。對于單色測溫儀，在進行測溫時，被測目標面積應充滿測溫儀視場。否則背景 會干擾測溫讀數(shù)，造成誤差。對于雙色測溫儀，其溫度是由兩個獨立的波長帶內(nèi)輻射能量 的比值來確定的。 3、確定距離系數(shù)（光學分辨率）：距離系數(shù)由 D：S 之比確定，即測溫儀探頭到目 標之間的距離 D 與被測目標直徑之比。如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目 標之處， 而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率的測溫儀。光學分辨率越高，測 溫儀的成本也越高。 4、確定波長范圍 ：目標材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜相應波長對于高 反射率合金材料，有低的或變化的發(fā)射率。 5、確定響應時間：響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到 達最后讀數(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。 6、信號處理功能：鑒于離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，所以要求紅外測 溫儀具有多信號處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值） 。 7、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，應予考慮并適當 解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。 8、紅外輻射測溫儀的標定：紅外測溫儀必須經(jīng)過標定才能使它正確地顯示出被測目 標的溫度。 2.3 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： 1、測溫目標大小與測溫距離的關系：在不同距離處，可測的目標的有效直徑 D 是不 同的，因而在測量小目標時要注意目標距離。人體紅外測溫儀距離系數(shù) K 的定義為：被 測目標的距離 L 與被測目標的直徑 D 之比，即 K=L/D。 2、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=1.00）分度的， 而實際上，物質(zhì)的發(fā)射率都小于 1.00。因此，在需要測量目標的真實溫度時，必須設置發(fā) 射率值。物質(zhì)發(fā)射率可從輻射測溫中有關物體發(fā)射率的數(shù)據(jù)中查得。 3、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，應予 考慮并適當解決，否則會影響測溫精度。本設計中正是利用了 PM611 熱釋電紅外線傳感 器可以補償溫度起伏的作用，實現(xiàn)準確測溫。 4、強光背景里目標的測量：若被測目標有較亮背景光（特別是受太陽光或強燈直射） ， 則測量的準確性將受到影響，因此可用物體遮擋直射目標的強光以消除背景光干擾。 5、溫度輸出功能：首先模擬信號輸出05V，15V，010V，0/420 毫安， 4 可以加入閉環(huán)控制中。其次高報警、低報警生產(chǎn)過程中要求控制溫度在某個范圍里，可 設置高，低報警值。高報警：在高報警設置打開的情況下，當溫度高于高報警值，相應的 LED 燈閃爍，蜂鳴器響，并有 AH 常開繼電器接通。 由于在溫度測量時是在不確定的環(huán)境中進行的，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。 由 2.1 節(jié)輻射公式可得出熱釋電傳感器的響應公式為： (2.3) 44 0 () a VS TT 式中：為與熱釋電響應特性及物體表面發(fā)射率有關的常數(shù)，為物體表面溫度，為S 0 T a T 環(huán)境溫度。根據(jù)表達式（2.3）可以得到不同的標定公式： （1）簡單關系式，即 （2.4） 1/4 4 0aaa V TTTK V S 式中：，應用此公式所作的標定實驗結(jié)果見表 1，表中數(shù)據(jù)表明， 不僅 3 1 4 a a K ST a K 與 有關，還與 有關。 a T 0 T （2）多項式，即 （2.5） 1/4 4 0a V TT S 令 （2.6） 2 01 aa SaaTaT 在參考文獻7中，取三項，其實驗結(jié)果表明，要使測溫儀滿足一定的精度，測溫時的S 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 a T 180以上時，讀數(shù)誤差較大。 由下表 1 可知：首先應該對物體表面溫度分段定標，因為測量范圍較大，所以不同段 的標定系數(shù)相差很大。實際應用中每隔 510就必須標定一個系數(shù)，當采樣電壓峰值落 在此區(qū)間時就選擇該系數(shù)。然后再根據(jù)環(huán)境溫度的不同對已選出的標定系數(shù)進行修正，達 到在不同環(huán)境溫度下仍然能夠準確測溫的目的。 分析表 1 可知，當物體表面溫度較低時（78以下） ，環(huán)境溫度對修正系數(shù)的影響較大。 所以對此溫度范圍的物體必須進行環(huán)境溫度對標定系數(shù)的修正。而當物體表面溫度較高時， 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)境溫度進行校正。這就減少 了標定系數(shù)的復雜性 。下圖為表 1： 5 表表 1 不同環(huán)境溫度下的標定系數(shù)不同環(huán)境溫度下的標定系數(shù) 2.4 人體紅外線測溫儀的特點 人體紅外測溫儀是通過接收人體發(fā)射的紅外線的能量的大小來測量其體溫的儀器。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行處理，然后轉(zhuǎn)換成溫度 讀數(shù)顯示。所以人體紅外測溫儀具有以下優(yōu)點： 1、非接觸測量：它不需要接觸到人體，只需在額頭前方 5 厘米左右測溫即可，而且 紅外探測器只需感應人體輻射的紅外線。因此，不會干擾人體，也不會為人體帶來損傷。 2、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行測量的，所以測量范 圍比較廣。 3、測溫速度快：即響應時間快。紅外探測器中靈敏元非常靈敏，只要接收到目標 紅外輻射即可在短時間內(nèi)定溫。 4、準確度高：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。 5、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，易于測出。而且 使用安全及使用壽命長。 6、體積小，方便攜帶。 7、受外界環(huán)境溫度干擾較?。河捎诒驹O計中所使用的紅外探測器是帶補償電路的， 所以它可以補償外界環(huán)境溫度的高低起伏。 標準溫度 （） 環(huán)境溫度 （） 測量值 （V） 系 數(shù) Ka （V/） 26.0 2.613 3.061 26.5 2.605 2.879 34.00 27.0 2.588 2.704 26.0 2.960 17.57 26.5 2.948 17.47 78.00 27.0 2.925 17.44 26.0 3.392 27.71 26.5 3.388 27.59 120.00 27.0 3.384 27.48 6 第三章 人體紅外測溫儀的硬件設計 3.1 總體設計 下圖 3.1 所示是人體紅外測溫儀系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。 紅外探測 器 檢測系統(tǒng) 信號處理 單元 顯示單元 報警系統(tǒng) 控制器 圖 3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 由上圖可以看出，紅外探測儀接收到人體發(fā)出的紅外線后，經(jīng)過檢測系統(tǒng)確定后，再 在信號處理單元對所測得的信號進行放大、濾波、再計算，模數(shù)轉(zhuǎn)換處理傳送到顯示單元 顯示出溫度讀數(shù)。如果經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)大于所設置的預警數(shù)據(jù)，則蜂鳴器報警。如果檢 測完信號后送達處理系統(tǒng)處理，所測的數(shù)據(jù)有誤，則可以通過控制器（按鈕）來進行重新 檢測，直到顯示正確溫度。 3.1.1 整體框圖設計 熱釋電紅外測溫儀可以這樣設計整體結(jié)構(gòu)框圖，如圖 3.2 所示。按下開關即可測量， 每次測量結(jié)果顯示在顯示器上。 當測量按鈕按下時，整個電路開始工作，物體表面輻射 的能量經(jīng)熱釋電傳感器接收后，將熱輻射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)由放大電路放大后（由外 界環(huán)境導致的雜亂信號經(jīng)濾波器過濾后）到達 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，89C51 單片機作為 CPU 接收經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換成物體表面溫度顯示在 LCD 液晶顯示 屏上。 傳 感 器 放 大 器 大 器 濾 波 器 波 器 ADC0804 轉(zhuǎn) 換 器 AT89C51 液 顯 LCD1602 圖 3.2 總體電路框圖 7 3.1.2 電路設計 本設計采用 89C51 系列單片機進行數(shù)據(jù)的采集存儲和處理。由于信號只有一個輸入， 為了避免不必要的消耗，本設計 A/D 轉(zhuǎn)換器采用的是 ADC0804。芯片的 CLKIN 端和 CLKR 端配合可以由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖。測量物體表面輻射能量的熱釋電傳感器選用 的是尼賽拉傳感器有限公司的 PM611 型熱釋電傳感器，它有效調(diào)節(jié)外界環(huán)境的溫度起伏 影響；液晶顯示器（LCD）選用的是 2 行 16 個字的液晶顯示屏。 電路的主要功能是將熱釋電傳感器接收的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為可供 A/D 轉(zhuǎn)換器接受 的電信號。顯示器(LCD)由 74LS02 譯碼器驅(qū)動，并由 89C51 單片機通過軟件控制顯示物 體表面的溫度。通過軟件程序編制可以實現(xiàn)三位有效數(shù)字的顯示( 100 度以下顯示兩位整 數(shù)和一位小數(shù)，100 度以上顯示三位整數(shù))下圖 3.3 是整個設計的電路連接圖： 圖 3.3 紅外人體測溫儀電路 8 3.2 溫度傳感器 本設計的探頭使用的是紅外線傳感器，它能接收人體發(fā)射出的紅外線并使之轉(zhuǎn)換成電 壓信號。設計選用的是 PM611 單元熱釋電傳感器，這種傳感器雖是單靈敏元，由于他采 用一個接收元和二個并聯(lián)的補償元串接的結(jié)構(gòu)，故也能有效地補償環(huán)境溫度起伏，振動等 干擾影響。他的工作溫度是-20+70 ，特別適合測量人體的溫度。而且 PM611 各 項指數(shù)都比較好，因此選用了他做溫度儀的探頭。如圖 3.4 所示： 圖 3.4 傳感器的內(nèi)部典型連接電路 3.3 放大電路的設計 由于傳感器探測到的人體紅外線信號較弱，當轉(zhuǎn)化為電壓后需要通過放大器放大電壓 信號。因為探測器測到的信號可能摻雜了外界環(huán)境的某些因素，所以放大電路中要加入低 通濾波電路把多余的雜信號過濾掉。如圖 3.5 所示： 圖 3.5 放大部分電路 傳感器輸出的信號經(jīng) 47 F 電容耦合到第一個同相放大器，它的閉環(huán)增益為 2324 之間。同時第一個放大器還兼做高通濾波器，其截止頻率為 0.3 Hz。第二個放大器是一個 低通濾波器，其閉環(huán)增益約為 1，截止頻率為 7 Hz。第一個，第二個放大器分別把低于 0.3Hz 和高于 7 Hz 的信號濾掉，使輸出的信號僅是經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制的 1 Hz 紅外輻射信號。 通過第二章的原理可知由信號轉(zhuǎn)換為電壓再轉(zhuǎn)化成溫度才顯示出來的，那么這個過程將在 9 第三個放大器中完成。通過放大濾波的信號就輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 Vin（+）端，模數(shù)轉(zhuǎn) 換器會把收到的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 調(diào)試：在實驗中通過調(diào)節(jié)放大器 1 輸出端的 10K 變阻器，使第三個放大器的輸出 信號大小發(fā)生改變，當最后一個也就是第三個信號放大器的輸出小于 5V 時，可以適應下 面系列的處理，因此第三個放大器的兩個電位器用來調(diào)節(jié)最后信號輸出的大小，確保在高 溫時不超過 5V。 3.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分電路 由于傳感器探測到紅外線后被放大的是模擬信號，然而需要在 LCD 液顯上顯示出來， 所以本設計利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)這個功能。因為只用到了一個輸入信號，所以為了節(jié)省 不必要的累贅，采用 ADC0804 把有用的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后顯示出來。 ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率 8 位，輸入 電壓范圍是 05V, 增加一些外部電路后，輸入模擬電壓為5V。此芯片內(nèi)有輸出鎖存器， 當與計算機連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在 CPU 數(shù)據(jù)總線上，不用再加接口電 路。ADC0804 芯片的外引腳圖如 3.6 所示，引腳名稱及意義如下： 圖 3.6 ADC0804 引腳圖 Vin（+） 、Vin（-）：芯片的兩個模擬信號輸出端，用來接收單極性、雙極性和差模 輸入信號； D0D7：AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端； AGND：接模擬信號地； DGND：接數(shù)字信號地端； CLK IN：外電路提供時鐘脈沖輸入端； CLK R：內(nèi)部時鐘發(fā)生器外接電阻端，與 CLK IN 端配合可由芯片自身產(chǎn)生時鐘脈沖， 頻率為 1/1.1RC； CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦使用低電平，表示轉(zhuǎn)換器被選中，則開始 工作。 WR：寫信號輸入，低電平有效。當 CS、WR 同時為低電平時，啟動轉(zhuǎn)換。 RD：讀信號輸入，低電平有效，當 CS、RD 同時為低電平時，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的 數(shù)據(jù)。 10 INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，低電平有效。如果輸出低電平表示此次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。 本設計采用了 CLK R 端口和 CLK IN 端口配合，芯片本身產(chǎn)生時鐘脈沖的方法，A/D 轉(zhuǎn)換器 Vin（+）端口接收到經(jīng)處理過的模擬信號在內(nèi)部進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，片選端口 CS 和 WR 寫信號輸入端口同為低電平時啟動轉(zhuǎn)換，因為 0804 內(nèi)部有輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換后的數(shù) 字信號存在鎖存器里，當 CS、RD 同為低電平時，可以讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號，由 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 D0D7 端輸出，接入 AT89C51 單片機的 P1 口的 P1.7P1.0,經(jīng)過程序燒制 顯示到液晶顯示屏上。A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接圖如下圖 3.7： 圖 3.7 ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 3.5 LCD1602 顯示電路 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀 表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。在本設計采用的字符型液晶模塊是一種用 5x7 點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1 行 16 個字、2 行 16 個字、2 行 20 個字等等，這里以常用的 2 行 16 個字的 1602 液晶模塊來介紹它的編程方 法。1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 3 腳：VEE 為液晶顯示器對比度調(diào)整端； 第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器； 第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀 忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)； 第 6 腳：E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令； 第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線； 第 1516 腳：空腳。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志 為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告 11 訴模塊在哪里顯示字符，表 2 是 DM-162 的內(nèi)部顯示地址。 表表 2 2 16021602 的內(nèi)部顯示地址的內(nèi)部顯示地址 1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010111112121313141415151616 序號序號 00000101020203030404050506060707080809090A0A0B0B0C0C0D0D0E0E0F0F 第一行第一行 40404141424243434444454546464747484849494A4A4B4B4C4C4D4D4E4E4F4F 第二行第二行 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個不同的點陣字符 圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一 個字符都有一個固定的代碼。 在軟件中設置溫度的代碼是：30.0 （00110011B，00110000B，00101110B， 00110000B，01000011B）；37.0 （00110011B，00110111B，00101110B，00110000B， 01000011B）；60 （00110110B，00110000B，01000011B）。 在液顯電路連接上，LCD1602 顯示模塊可以直接和單片機 AT89C51 直接接口，液晶 顯示的 D0D7 八個雙向端口接 AT89C51 單片機的 P0 口的 P0.0P0.7，單片機的 P0 口可 以作為通用的輸入，輸出端口使用，此時，若要驅(qū)動 NMOS 或其他拉電流負載時，需外 接上拉電阻，才能使該位高電平有效，所以中間接 10K 的排阻，來決定顯示器高低點位， 是否要顯示。 由于 VEE 端接電源時接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高 時會產(chǎn)生“鬼影”，對比度過低會使屏幕模糊不清，所以使用時可以通過一個 10K 的電位器 來調(diào)整它的對比度。LCD1602 的 RS 寄存器選擇端口接單片機的 P2.1 口，通過軟件程序 中對此端口的設置來決定選擇的寄存器。液顯的 RW 端口直接接單片機的 P2.2 口，高電 平時進行對輸入的數(shù)字信號進行讀數(shù)。使能 E 端接單片機的 P2.3 口，使能端由高電平到 低電平時開始執(zhí)行命令，把讀數(shù)顯示出來。下圖 3.8 是 LC D1602 顯示電路的連接圖： 12 圖 3.8 LCD 顯示電路連接圖 13 第四章 軟件設計 設計的思路是首先初始化系統(tǒng)，然后顯示子程序，開始測溫后復位各個端口，摁下開 關 ，接通電源，確定打開電源后 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Vin（+）輸入端讀取經(jīng)過放大濾波計算 后的數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，CS 片選端、WR 寫入端同時設置成低電平，當芯片自身產(chǎn)生一 個脈沖時，啟動轉(zhuǎn)換。然后 A/D 轉(zhuǎn)換器的 CS、RD 同時為低電平 0 時讀取轉(zhuǎn)換輸出的數(shù) 據(jù)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入模數(shù)轉(zhuǎn)換器自身的鎖存器里，由輸出端口 D0D7 輸入到單片機的 P0 口中。讀取三次數(shù)據(jù)，滿三次后讀數(shù)正確的寫入單片機 EEPROM 存儲器。同時計數(shù)器 加 1，繼續(xù)讀取下一組數(shù)據(jù)。如果讀數(shù)滿三次后數(shù)據(jù)不正確，則要對單片機進行清零，復 位后重新測量讀數(shù)。 中斷子程序設置 INT0 為外部中斷，中斷后對 EEPROM 里的數(shù)據(jù)進行讀取，然后通 過液晶屏顯示出來，讀取時要對數(shù)據(jù)進行一個判斷，AT89C51 單片機的 P3 口除了是多功 能 I/O 口外還是第二功能口，它的第二功能是作為控制端口使用的，所以本設計用 P3.0 串 行口輸入端來控制報警系統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)大于 37.0，則蜂鳴器報警。顯示溫度的范圍是 3060，當所測溫度高于下限或者上限溫度時，報警系統(tǒng)報警。執(zhí)行完一次子命令后運 行中斷信號，子程序返回。主程序流程圖如圖 4.1 所示。 主程序主要實現(xiàn)以下功能： 1、開機或復位時能自動初始化設備，引導程序正確執(zhí)行。 2、開機或復位之后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，對環(huán)境溫度進行采樣，并在顯示器上顯示當前環(huán) 境溫度。 3、保持環(huán)境溫度顯示的同時，對覆蓋熱釋電探測器視場的物體表面的紅外輻射進行 轉(zhuǎn)換和采樣，并比較各采樣值，直到采樣值為熱釋電探測器響應的峰值電壓為止。 如圖 4.2 是軟件設計部分的中斷子程序流程圖，主要實現(xiàn)以下功能： 1、A/D 采樣子程序完成對熱釋電傳感器放大電路輸出信號的采樣。要實現(xiàn)準確測溫 就必須得到輸出信號的峰值，但在實際電路中，由于探測器響應延時不盡相同，且電路的 延時也很難準確計算，所以要準確采集到峰值是十分困難的。為此，我們只有對輸出信號 不斷地進行采樣，并比較各樣值，取其中的最大者作為峰值的近似值 2、數(shù)據(jù)處理子程序完成對采樣值的計算處理。中間又經(jīng)過了 ADC0804 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將 結(jié)果轉(zhuǎn)換為可供 LCD 顯示的代碼。 3、讀取溫度時超過預警溫度，蜂鳴器報警，沒超過直接顯示所測溫度。 4、液晶顯示子程序完成最后的溫度。 14 外部中斷 0 初始化 顯示子程序 復位 讀取數(shù)據(jù) 寫入 EEPROM（超過 37.0 度） 計數(shù)器加 1 計數(shù)器清零 數(shù)據(jù)正確 滿三次 啟動鍵打開 結(jié)束 N Y Y N Y 開始 N 圖 4.1 主程序流程圖 15 讀取指令 讀取 EEPROM（超過 37 度） 報警 發(fā)送數(shù)據(jù) LCD 顯示 中斷返回 Y N 外部中斷入口 圖 4.2 中斷子程序流程圖 16 第五章 小結(jié) 5.1 紅外測溫儀的使用注意事項 1、必須準確確定被測物體的發(fā)射率； 2、避免周圍環(huán)境高溫物體的影響； 3、對于透明材料，環(huán)境溫度應低于被測物體溫度； 4、測溫儀要垂直對準被測物體表面，在任何情況下，角度都不能超過 30； 5、不能應用于光亮的或拋光的金屬表面的測溫，不能透過玻璃進行測溫； 6、正確選擇跟離系數(shù)，目標直徑必須充滿視場； 7、如果紅外測溫儀突然處于環(huán)境溫度差為 20 或更高的情況下，測量數(shù)據(jù)將不準 確，溫度平衡后再取其測量的溫度值。 5.2 改進方案 由于普通紅外測溫儀只限于測量物體外部溫度，不方便測量物體內(nèi)部和存在障礙物時 的溫度，所以可以在其檢測頭部加一段光導纖維，并在其前端裝一個小視角的透鏡，這樣 被測物體的輻射能經(jīng)過透鏡到光導纖維內(nèi)部。在光導纖維里面經(jīng)過多次反射傳至檢測器。 因為光纖可以自由彎曲，使輻射能自由轉(zhuǎn)向，這就解決了物體內(nèi)部溫度的測量問題，可以 測量有障礙物擋住的角落等地方的溫度。 5.3 推廣及應用 由于 SARS 和 H1NI 甲流的出現(xiàn)(其相似并發(fā)病癥狀之發(fā)燒)，這樣，紅外測溫儀 就用于人體溫度的測量和大量人群的初步篩檢。但是非接觸式人體紅外測溫儀測量的是表 體溫度而非精確體溫，所以有關人體表面溫度和傳統(tǒng)的用體溫計測得的腋下溫度之間的相 關性還正在研究之中，且發(fā)表的相關文章少之又少。到目前為止，還沒有任何結(jié)論性的證 據(jù)表明，其中一種溫度可以可靠地、一致性地表示為另一種溫度。 本文通過研究部分受試人員的溫度測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：手持式紅外側(cè)溫儀所測得的人體表 面溫度與體溫(腋下溫度)相比較，其溫差因人體個體差異而一致性較差。從本設計試驗結(jié) 果來看，如果將溫差判據(jù)確定為 2-4時，將仍然有 35%左右的人員漏查和不必要的進 一步待查。而按照現(xiàn)在一些相關單位暫時提出的紅外測溫值修正 1-3，那么可能漏查 的人員更多！ 基于普朗克輻射理論的紅外非接觸測溫技術(shù)，由于被測物體均非物理憊義上的黑體 (發(fā)射率 =1),而是灰體(發(fā)射率 (,R,) /頭文件 # include # include # include # include # include # include /測溫頭文件 #include /液晶顯示頭文件 sbit upalarm=P30;/上限溫度報警信號 sbit dc_motor_run=P26;/超過上限溫度,報警 bit up_one,down_one; /加 1 和減 1 標志 bit alarm_up_flag; /上限報警設置標志 bit set_temper_flag;/設置控制標志溫度標志 bit alarm_switch;/報警開關 bit set_temper_dot_flag; unsigned char user_temper=37; /用戶標定溫度 unsigned char TH=30,TL=20,RS=0x3f; /上限溫度 50,下限 20,分辨率 10 位,也就是 0.25C unsigned unsigned char t2,*pt;/用來存放溫度值,測溫程序就是通過這個數(shù)組與主函 數(shù)通信的 unsigned char TempBuffer117=0x2b,0x20,0x30,0x30,0x2e,0x30,0x30,0x20, 0x53,0x45,0x2b,0x20,0x30,0x30,0x2e,0x30,0; /顯示實時溫度,上電時顯示+ 00.00 SET+ 00 unsigned char TempBuffer017=0x54,0x48,0x3a,0x2b,0x20,0x30,0x30,0x20, 0x54,0x4c,0x3a,0x2b,0x20,0x30,0x30,0x20,0; /顯示溫度上下限,上電時顯示 TH:+ 00 TL:+ 00 unsigned char code dotcode4=0,25,50,75; 因顯示分辨率為 0.25,但小數(shù)運算比較麻煩,故采用查表的方法* 再將表值分離出十位和個位后送到十分位和百分位*/ void sounddelay(); void tempsound(); 22 /*用戶設定溫度轉(zhuǎn)換為 LCD 顯示數(shù)據(jù)* *功能:將用戶設定溫度 user_temper,分離出