【智能非接觸式體溫計單片機控制系統(tǒng)的工作原理和方案設(shè)計2400字】

PAGE9PAGE9智能非接觸式體溫計單片機控制系統(tǒng)的工作原理和方案設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u197121.1系統(tǒng)的工作原理 189191.2系統(tǒng)方案對比選擇 2141671.3主要器件的對比選擇 4103631.3.1紅外測溫傳感器 4141021.3.2單片機控制單元 4233911.4最終方案確定 51.1系統(tǒng)的工作原理就像一塊燒紅的鐵，在800攝氏度以下他發(fā)出的光是深紅色的，而到了1000°左右時就變成了黃色，再高點就會變成白色。這個是溫度變化范圍廣，顏色變化明顯，又是可見光，能被我們觀察。但是在變化范圍很小的時候只能根據(jù)感應(yīng)裝置進(jìn)行精確測量，這就是我們經(jīng)常說的熱成像原理。這是測量輻射溫度的客觀依據(jù)。紅外線測量利用人體的紅外線輻射來確定其表面溫度?；诤隗w輻射法的紅外溫度測量原理。黑體是經(jīng)過抽象以后的數(shù)學(xué)模型，忽略的其他次要因素，在理想的情況下完全按照數(shù)學(xué)公式進(jìn)行演變，可以認(rèn)為對電磁波的吸收率是完全吸收的。為了明白紅外輻射的規(guī)律，普朗克導(dǎo)出了黑體輻射定律黑體輻射亮度：B(λ,T)=2π?c式（1）中如下表1.1。 表1.1式（1）參數(shù)表由式（1）得在絕對溫度T下，單位時間黑體單位面積所有方向的空間輻射總能量為：MT式中σ是常數(shù)等于5.67×黑體輻射百度百科從等式(2)可以看出，黑體輻射總量與黑體絕對溫度T的四倍成正比，因此，當(dāng)用紅外溫度計測量目標(biāo)溫度時，首先必須目標(biāo)在此波長內(nèi)測量紅外輻射。由測量對象的溫度測量系統(tǒng)計算，轉(zhuǎn)換為測量對象的溫度值。紅外測溫儀，以單片機為中心，通過單片機控制鍵來確定溫度，按下測溫鍵時檢測體溫，并將人體輻射的熱量變作一系列的電信號又通過模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)榉奖愫罄m(xù)主控器件處理的數(shù)字信號，并將其發(fā)送到集成控制電路，使芯片能夠處理比較系統(tǒng)中的信號，當(dāng)測量的體溫超過38C時，led燈同蜂鳴器一起發(fā)出警報。當(dāng)溫度測量鍵沒有按下時，該系統(tǒng)顯示測量溫度的范圍和統(tǒng)計人數(shù)歸零，如圖1.1所示按鍵控制圖1.1系統(tǒng)整體架構(gòu)圖1.2系統(tǒng)方案對比選擇基于該系統(tǒng)的工作原理、紅外傳感器、單片機和其他儀器，設(shè)計了一種智能電子溫度計的裝置。為了達(dá)到反應(yīng)時間1s以下和精度0.2攝氏度，目前有以下兩種方案可供選擇。方案1方案1如下圖1.2所示，第一，電源為所有模塊提供穩(wěn)定的電壓保證各個部件能正常運行。第二，由紅外傳感器探測被測人體的溫度信號，并將溫度信號轉(zhuǎn)換為電子信號以便于之后單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第三，放大電路將紅外傳感器轉(zhuǎn)換后的電子信號放大給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路后變成數(shù)字信號。第四，單片機處理數(shù)字溫度信號后由LED顯示，如果溫度異常將通過聲光等方式報警。圖1.2方案一大體設(shè)計圖方案2方案2與方案1的不同之處是在方案2中用數(shù)字紅外傳感器代替了方案1中的模擬紅外溫度傳感器，由于在方案2中的數(shù)字紅外修改器里面集成得有濾波電路放大電路和a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，所以使用數(shù)字紅外傳感器后就可以直接把數(shù)字紅外傳感器探測到的體溫信號以數(shù)字信號的新式發(fā)送給單片機撿東西處理。單片機處理完由數(shù)字紅外傳感器發(fā)來的數(shù)字信號后用兩種方式來給人們傳達(dá)體溫信息，第一是以液晶顯示的方式傳達(dá)。第二是以語言播報的方式傳達(dá)，讓人在不方便看液晶顯示的時候也能通過聲音的方式來獲得體溫信息，給人們帶來了很大的方便。方案等的設(shè)計如下圖1.3所示圖1.3方案設(shè)計框圖在方案一中使用的模擬傳感器的價格要比方案二中使用的數(shù)字紅外傳感器的價格要低，但由于數(shù)字紅外傳感器里面集成了濾波電路，放大電路和a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換，所以在方案二中就可以節(jié)省掉方案一中的放大電路和a/d數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。又由于方案一中獨立的放大電路需要使用雙電源來供電，這對于電池的要求和電量的消耗就大大提升了。同時也讓電路變得更加復(fù)制，還有就是方案二相比方案一在軟件設(shè)計方面也會更加的簡單，因為在方案一中要設(shè)計濾波處理，黑體校定和溫度校線性擬合等。所以最終設(shè)計下來方案二在集成度，設(shè)計成本，開發(fā)時間等方向上都將遠(yuǎn)勝于方案一。1.3主要器件的對比選擇1.3.1紅外測溫傳感器經(jīng)過查找相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)MLX90614ACA型號的紅外數(shù)據(jù)傳感器和TN9系列的紅外數(shù)據(jù)測溫傳感器比較符合我們的要求。這兩種紅外測溫傳感器都解決了傳統(tǒng)測溫需要接觸的工作方式，TN9紅外測溫模傳感器和MLX90614系列模塊的紅外測溫傳感器的響應(yīng)速度都很快，測量的精度也相當(dāng)?shù)母撸ㄕ`差為正負(fù)0.6℃和正負(fù)0.5℃）和測量范圍（-33~200℃和-70~380℃）都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了我們的需求。但TN9紅外測溫傳感器它由于需要復(fù)雜的外圍電路兒導(dǎo)致容易出現(xiàn)問題和大大降低了產(chǎn)品的可靠性，在使用過程中很容易出現(xiàn)問題。而MLX90614模塊集成了MLX81101傳感器和MLX90302d的集成芯片，MLX81101傳感器和MLX90302d集成芯片都是由邁來芯公司開發(fā)的優(yōu)質(zhì)芯片，對于處理紅外傳感器輸出信號具有強大的能力。MLX90614系列的紅外測溫模塊的熱電偶負(fù)責(zé)測量熱量，通過17位的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換和低噪音放大器的信號處理，將弱小的溫度信號數(shù)字化。并且MLX81101紅外測溫傳感器很好的彌補了TN9在外圍電路復(fù)雜容易導(dǎo)致問題出現(xiàn)的問題，調(diào)試難和可靠性不高的問題。所以綜上所述，選擇MLX90614才是明智的選擇，不僅選擇MLX90614能很好的滿足我們的需求，而且也能大大的降低我們的成本。1.3.2單片機控制單元在主芯片的選擇上我們主要考慮的是AT89S51單片機和AT89C51單片機，AT89C51是著名ATMEL公司的，AT89S51則是其他公司的。這兩款相片都具有4KB的存儲器，并且都是可編程和擦除的高性能閃存存儲器。AT89C51是一款非常受嵌入式控制系統(tǒng)喜愛的一種芯片，因為AT89C51集成了多功能的8位處理器和高性能存儲器在一同個單片機上。而AT89S51則是能和80C51系統(tǒng)非常兼容并且能為大多嵌入式系統(tǒng)用戶提供多種多樣的低價配置方案，其性價比也非常的高，多所以也備受喜愛。兩者的主要區(qū)別在于:表1.2芯片區(qū)別對照表但是，考慮到針腳的功能、使用壽命和抗干擾性，最終將使用AT89S51微控制器。1.4最終方案確定根據(jù)上面的分析，我們最后選擇了方案二。第一我們使用5v的電源為各個器件提供一個穩(wěn)定的電壓，保證每個器件都能正常工作。第二我們用MLX90614紅外測溫傳感器來檢測人體的溫度，并把人體溫度信號經(jīng)過MLX90614里集成得信號放大電路，數(shù)