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塔里木大学毕业设计
心开发的LHW-1型红外线测温仪。国外产品有德国博朗集团开发的只需要1秒即可测出体温的红外体温计；日本欧姆龙研制的儿款非接触式红外体温计和BJ40型非接触式医用红外线体温计（精度±0.2℃），其主要器件是红外温度传感器。
1.3对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析
红外线测温是近年来兴起的相对高端的技术。对红外线设备的设计和研究，会对今后的社会应用有非常积极的影响。从另一个方面而言，体温计是民众日常生活中的必备卫生用品，尤其在“非典”和“甲型流感”流行期间，各式体温计成为了判断感染者与未感染者的较为初步的仪器。所以在本次毕业设计中，我计划结合单片机，并运用红外传感原理来设计基于单片机的非接触式红外体温测试计的方案。
具体内容：
1.设计或选用将人体温度快速转换为电信号的传感器及与之配套的电子线路；
2.设计信号处理单元，把检测元件输出的信号，用电子技术和计算机技术进行处理，变成人们需要的各种模拟量和数字量信息；
3.设计显示单元，把处理过的信号变成人们可阅读的数字或曲线画面； 4.报警电路，当人体温度超出预设温度值时进行报警。 可行性分析
由于分子的热运动，自然界中所有温度高于绝对零度（-273.15°C）的物体都无时无刻不在向周围空间辐射电磁波，自然也包括红外波段。辐射的能量密度与物体本身的温度符合Plank定律。人体主要辐射波长在9-10μm的红外波，通过对人体自身所辐射的能量的测量，就可以准确测定人体体表温度。
本次设计，由红外传感器接收红外波，并转换为电信号，再经由放大器放大电信号，通过A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号，并经由单片机分析处理，译码显示。该设计在理论上是具有可行性和可操作性的。
1.4本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路
结合单片机，并运用红外传感原理来设计基于单片机的非接触式红外体温测试计的方案。重点研究如何将人体的体温快速转换为电信号的传感器及与之相配套的电子线路，如何运用电子技术和计算机技术处理来自检测元件输出的信号，如何把处理过的信号变成人们可以阅读的数字或模拟信息，当人体体温超过预设温度值时是否会快速报警。
1.5完成本课题所必须的工作条件及解决办法
系统由热电堆TPS334、三极管放大器、16位串行AD转换器A/D7705、单片机AT89C51、报警电路和译码显示等部分组成，能够不接触人体而快速红外测体温，并在所测得的温度超出预设值时通过报警电路进行报警。电红外传感器TPS334接收人体辐射的红外线，转化后得到的电信号由A/D7705转换后送入单片机AT89C51，并将其送入数码管显示。
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2红外快速检测人体温度装置框架构思
2.1应用背景
体温计是人们日常生活中的必备品。现在通用的是传统的水银体温计。水银温度计是膨胀式温度计的一种，水银的冰点是:-38.87℃,沸点是:356.7℃,用来测量0-150℃或500℃以内范围的温度，它只能作为就地监督的仪表。用它来测量温度，不仅比较简单直观，而且还可以避免外部远传温度计的误差。然而，水银温度计存在测量温度有误差、容易破碎、污染环境等问题。
设计非接触式快速测温的体温计具有重大意义的。比起传统的测温方法，红外体温计有着响应时间快、使用安全及使用寿命长等优点，非常适合在海关，机场，火车站，商场，影院，学校等地快速、准确、没有交叉感染地测定人体体温。现在，越来越多的卫生单位，甚至普通家庭，都倾向于选择非接触式体温计作为首选的测体温工具。
2.2测量原理
根据普朗克辐射定律，凡是绝对温度大于零度的物体都会向外辐射电磁波，物体的辐射强度与温度及表面辐射能力有关，辐射的电磁波谱分布与物体温度密切相关。电磁波谱如图1.1所示。在电磁波谱中，我们人眼可以直接感知的0.4~0.76?m波段称为可见波段，而把波长0.4~600?m的电磁波称为红外波段。而红外区通常又可以分为近红外区(0.76~1.5?m)、中红外区(0.76~10?m)和远红外区(10?m以上）。通过测量人体自身辐射的能量，便可以较为精确地测得人体体表温度。
图2-1 电磁波谱图
通常而言，辐射能的测量误差是很大的。误差较大的原因是由于辐射能是扩散的，这种扩散与位置、方向、波长、时间和偏振态等五个参量有关。这样测量的仪器参量和环境参量，如温度、湿
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度、磁场等，也会影响测量。由于该波长范围内的电磁波被空气所吸收的较少，这就排除了一个最大的外界干扰因素。
个人的红外辐射特性与他的表面温度有着十分紧密的关系，因此，通过对人体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定人体表面温度。红外温度测量技术的最大优点是测试速度快，1秒钟以内可测试完毕。由于它只接收人体对外发射的红外辐射，没有任何其它物理和化学因素作用于人体，所以对人体无任何害处。
2.3方案设计 2.3.1数字电路
数字处理法原理是将热敏电阻和热电堆的信号转换成电信号经放大，通过A／D转换由单片机采集数据在内部计算处理可以得到相应的温度值。这种数字处理法可以得到更高的精度。它的精度由传感器的性能和A/D转换的位数决定。数字处理法的框图如图2-2所示。
红外传感器 放 大 器 A / D 单 片 机 报警电路
图2-2 数字处理方框图
2.4系统框图
数字处理法实现红外测温。系统整体方框图如图2-3所示。
主光学系统 瞄准系统 译码显示 电 源 信息处理单元 报警电路 检测元件 显示单元
图2-3 系统方框整体图
3单元路设计
3.1传感器
传感器（sensor)是把被测的物理量按一定的规律转换为相应的容易检测、传输及处理的信息的装置。由于电学量具有便于测量、转换、处理、传输的特点，因此传感器通常是将被测量转换成
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电量输出。传感器是一种获得信息的手段，主要用于检测和控制领域。测量人体温度的红外传感器主要有热释电红外传感器、热电偶构成的红外传感器和集热电偶、热敏电阻于一体的红外传感器。
3.1.1红外传感器的选择
红外传感器又称做红外探测器，它是一种能探测红外线，利用物体产生红外辐射的特性来实现自动检测的器件。通过热电堆把辐射纤外线的功率转化为电信号进行测量。考虑到测量温度，红外温度传感器我们选用TPS334，TPS334红外温度传感器的环境温度补偿范围为-40℃—100℃，比较适合测量体温。它带有滤波器，敏感系数高，在没有滤波器是为55V/W,带有滤波器时为35V/W,内部有热敏电阻不需要外界补偿装置。其滤波特性如表3-1所示，红外传感器TPS334外部结构如图3-1所示内部结构如图3-2所示。
表3-1 TPSS334参数表
参数 电阻 灵敏度 时间常数 噪声电压
符号
最小 20 20
范围 平均 75 50 25
最大 100 50 70 40
单位 千欧 V/W ms
备注 25℃
标准滤波，500K,1HZ,25℃
RTP Sv
ξ
VRMS
3.1.2传感器输出特性
传感器的特性包括静态特性和动态特性。 （1）静态特性
静态特性表示传感器在被测量处于稳定状态时的输入-输出关系。对于理想传感器，其静态特性可以用麦克劳林级数表示：
y?0a0?a1x?a2x?a3x??anx （3-1）
123123n式中：y为输出量；x为输入量；a?a?a?a??an为系数。
衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、精确度、灵敏度和重复性。线性度如图3-3所示。 （2）动态特性
传感器的动态特性是指传感器的输出量对于时间变化的输入量的响应特性。动态特性好多传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量随时间变化的曲线一致或者相似。传感器的主要动态特性时域性能指标、频域性能指标。
3.1.3环境温度补偿
热电堆输出端的电信号是反映热电偶冷热两端的温度差，也就是被测物体与热电堆冷端的温度差，而不是反映被测物休的真实温度。因此，还需要进行环境温度补偿，也就是要测出热电堆的冷端温度。环境温度补偿是通过红外传感器中负温度系数的热敏电阻完成的，它的阻值随着温度的升高而降低，由此通过测量其阻值就可以得知环境温度。
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