便携式红外测温系统的设计毕业设计说明书

1、摘 要在许多疾病预防检测中，测量温度的人数众多，时间紧迫。传统的体温计多采用物理原理，根据水银随温度升降的热胀冷缩的性质，通过读取刻度上的数值来判断温度。这种方法由于测量时间比较长，读数不方便，容易受环境和人为因素的干扰等缺点，已经不能满足人们的测温需求。红外测温系统为人们体检测温提供了快速有效的非接触式手段，可广泛应用于医院、机场、海关、车站等人口密集地区的体温检测。本课题针对目前国内外医用测温仪器的现状，在查看了大批文献资料的基础上，提供了一种新的温度测量方案，其以热释电红外测温技术作为参考，是一种基于单片机的热释电红外测温系统，采用具有SPI（series peripheral inte

2、rface 串行外围接口）接口的TN系列红外温度传感器来测量温度信号，并且将测量的目标温度数据送给单片机处理，之后送给液晶屏显示，同时将测量出的数据通过无线蓝牙传输到手机客户端，并且利用单片机的蜂鸣器，当温度超过某一个设定的温度值时，就会发出警报声。本文对系统设计中的每个硬件部分的功能和设计思路做出了详细地说明，并给出了系统的软件设计。方案以流程图的方式介绍了各个功能的具体实现，软件采用了C语言来编写。红外测温技术与传统的测温方式相比，其具有响应时间短、可靠性比较强、测量温度范围广、不易被其他环境与人为因素干扰、读数方便、使用简单、非接触式测量、不易损坏等一系列优点。另外对测温误差因素进行分析

3、，探讨相应的抗干扰措施，最后对系统的进一步研究工作进行展望。关键词：红外测温系统；单片机；热释电传感器AbstractIn a lot of diseases prevention and detection , the number of measuring the temperature is numerous ,and time is pressing. Traditional thermometers are always using physical principles , which are based on the nature of mercury with temperat

4、ure thermal expansion and contraction , by reading the value on the scale to determine the temperature . This method can no longer meet the needs of the people of temperature , because it spends a long time measuring temperature , and it is not convenient to read the results of measuring . Infrared

5、temperature measurement system for people to provide a fast and effective examination of non-contact methods, can be widely used to detect temperature hospitals, airports, customs, railway stations and other densely populated areas.The topic for the current status of medical thermometer at home and

6、abroad , and in view of the large literature on the basis of providing a new temperature measurement program, which in pyroelectric infrared temperature measurement technology as a reference and is based on SCM pyroelectric infrared temperature measurement system that uses TN series infrared tempera

7、ture sensors with SPI (series peripheral interface serial Peripheral Interface ) interface to measure the temperature signal and the measured data to the target temperature of single treatment, given after LCD display, while the measured data transmission via wireless Bluetooth to a mobile client ,

8、and use single-chip buzzer , when the temperature exceeds a certain temperature value is set , it will sound an alarm .In this paper, function and design ideas for each hardware system have made the detailed specification, and the software design of the system is given. Solution in the form of flow

9、chart introduces the concrete realization of each function, the software uses the C language to write . Infrared temperature measurement technology is compared with the traditional way of measuring temperature, which has a series of advantages, for example , it has a short response time , reliabilit

10、y is strong , wide temperature measurement range , it can not easily be disturbed by other environmental factors and human, easy to read , easy to use, non-contact measurement , not easy damage. In addition, the measurement error factors were analyzed to explore the appropriate anti-jamming measures

11、, the further research of the system was discussed in the end.Key words: infrared temperature measurement system ; The SCM ; pyroelectric sensor目 录引言11 便携式红外测温系统的设计背景11.1 体温计的发展历程11.2 本课题研究的目的与意义21.3 本论文的研究内容22 设计任务和要求32.1 设计任务32.2 设计要求33 红外测温系统的总体方案选择33.1 重要模块的方案对比和选择33.1.1显示模块的选择33.1.2温度传感器模块的选择43

12、.2 系统硬件总体设计方案43.3 系统软件设计方案53.4 芯片介绍53.4.1主从控制器AT89S5253.4.2红外模块组TN_973.4.3液晶显示屏LCD160293.4.4稳压芯片LM7805113.4.5BLK-MD-HC-05蓝牙模块114 红外测温系统技术简介124.1 温度测量技术的概述124.2 红外测温原理134.3 红外测温方法134.4 热释电传感器工作原理154.4.1热释电效应154.4.2探测器的选择165 便携式红外测温系统的硬件设计175.1 主从AT89S52单片机处理模块175.2 TN_9红外测温模块接口设计185.3 液晶显示模块和声光报警模块18

13、5.4 按键模块195.5 蓝牙通信模块和稳压电路模块206 便携式红外系统的软件设计216.1 主程序的设计216.2 TN_9红外测温模块226.3 按键扫描模块226.4 无线蓝牙通信模块237 系统调试与测试分析247.1 所用仪器247.2 焊接过程247.3 系统调试257.4 误差分析与抗干扰设计267.4.1系统误差分析267.4.2系统抗干扰设计277.5 系统性能测试277.6 减小误差措施288 结论28谢辞29参考文献30附录31引言便携式红外测温系统是一种全新的测温系统，其将红外技术、传感器技术与微电子技术等相结合。这类温度测量系统是非接触式测量体温系统，它主要是通过

14、采集被测物体表面的辐射能量，并通过光学系统将其汇聚到红外测温探头上，将物体的辐射能量转换成为一个电压信号，该电压信号经过放大、滤波、A/D转换等处理后，送到单片机中进行数据处理。通过单片机处理得到目标物体的温度值，并让温度值以方便直观的方式(例如数字)显示在液晶屏上。以下各章节将会详细的介绍便携式红外测温系统的设计背景、总体软硬件方案、设计过程中所用到芯片、系统的调试和性能分析等等。1 便携式红外测温系统的设计背景1.1 体温计的发展历程温度计也被称为“医疗温度计”，目前日常使用的是工作材料为水银的温度计。由于温度的影响，水银液泡中会产生微妙的变化，而温度计中的水银体积会膨胀，所以管内汞柱长度

15、增长。由于人体的温度在35到42之间，人体的生命机能可以正常工作，所以水银体温计的测温范围是以此为根据的，即水银温度计的测温范围是35到42摄氏度，并且又把每一度各自分为10个小等份，因此体温计的精确度为1/10度。因为水银温度计能够记录测温过程中管内汞柱的长度不再产生任何微妙变化时的温度，所以这类最高温度计在测温结束后，需要“回表”，即使管内的水银重新回到液泡之中，这就需要拿着体温计的上部用力地向下猛甩。这是其它一些温度计所没有的特色，这也是水银体温计和其它液体温度计之间最明显的区别。在第十六世纪时，历史以来第一支温度计诞生了，它是出自于伽利略之手。然而，操作方便、性能有效的温度计的设计，出

16、现在300年后。在温度计成功研制出之后，在它的基础上体温计也成功的诞生了。德国物理学家华伦海特在借鉴温度计的研制经验的基础上，在1714年的时候，他成功研制出了水银体温计，这款水银体温计的测温范围是在水的冰点和人的体温之间。水银体温计末端的水银球内储存着水银，当水银受热时，根据水银热胀冷缩的性质，它会发生膨胀，并且水银顺着非常狭窄的玻璃管上升，形成水银柱。所以即使小的温度变化，也会引起玻璃管中水银柱快速的上升。1742年，华伦海特又发明了测温范围为0100的摄氏温标，这使体温计的刻度实现了标准化。德国教授Wunderlich在1868年，他发表了“疾病与体温”一书，其中对25000例患者的温度

17、变化进行了详细的记录，由于Wunderlich所用的体温计的体积较大，所以每一次记录温度要花费20分钟。被人们称为“会说话”的温度计，诞生于1980年左右，即膜状液晶温度计。用其测量体温，在人体体温正常时，将会呈现绿色；若是温度偏低，则会呈现黄色；若是温度偏高，则会呈现红色。1865年，出现了细管内有一狭道的测温计，这类温度计是将水银贮存在细管内，当它彻底接触人体肌肤，由于水银受热扩张，汞柱快速升高到人体实际体温的地方，体温计被拿出后，水银柱的长度是不会因为热胀冷缩的性质而下降，而水银柱是在狭道处夹断裂开，这样就使狭道以上的水银部分一直持续不变，因此体温度数也不发生任何改变，这种有实际使用价值

18、的温度计是由英国的阿尔伯特发明的。由于这类温度计的现实意义，很快成为广泛的临床应用。1988年，电子呼吸脉搏体温计的问世，让人们可以通过遥测进行测量体温。到目前为止，电子体温计是最为广泛流行使用的，这种广受欢迎的体温计可以概括的分为两大种类，即实测式和预测式，并且它们都是可以通过读取数字得出温度值，这种温度计使用比较方便。红外测温仪在“非典”疫情期间得到广泛使用，其可以分为两类：耳式和前额，它们测量温度的时间大约是1-3秒，其测量结果快速、可靠、安全、有效。利用液晶制成的温度计，即液晶体温计，用来测量体温等待时间很短，如测腋窝，其用的时间仅仅是4-5秒，准确、安全，但是价钱昂贵。1.2 本课题

19、研究的目的与意义人体的体温是人体生命活动最基本的指标，人体体温也是判断人体机能是否正常工作的重要标志之一。目前，日常水银温度计使用比较普及，水银温度计测量体温的依据是：水银受温度影响而热胀冷缩。用这种温度计测温，主要是利用读取细管内水银所对应的数值，进一步确定被测物体的温度。这类温度计有许多的弊端：在使用时，需要和被测者接触，并且常常需要较长时间，让温度计与人体皮肤充分接触，当温度测量结束后必须让水银重新回到液泡中，整个温度计都是由玻璃包裹着，水银在重新回到液泡中的过程极易破碎，而且水银是有毒物品，对人体的负面影响是非常强的，所以普通的温度计有非常严重的安全漏洞。随着现代医疗技术的飞跃发展，人

20、们对完全非接触、高效率而有效的测量体温技术的需求越来越迫切，传统的接触式水银测温计已经不能满足人们的需求。非接触式的温度计具备许多不能代替的优势，例如：安全、有效性高、使用方便等，已经受到大多数的医疗行业的欢迎。在2003年，全球爆发了非典肺炎传染性疾病（SARS），在六年之后，全球又遭到甲型H1N1流感的袭击，这些令人恐慌的疾病的爆发，使全球人民提高了对公共卫生安全的要求。对于人口过于集中的场合来说，温度快速测量是非常重要的，因此快速温度测量和公众的非接触式医用红外测温系统的研究不仅具有利益丰厚的商业价值，而且它也具有重大的社会意义。1.3 本论文的研究内容本课题便携式红外测温系统属于工程设

21、计，其研究的主要目的在于设计一种操作简便、快速测温的红外测温系统。查找了许多关于红外测温的材料后，决定把热释电红外测温技能作为整个系统的重点，开发以AT89S52单片机为基础的便携式非接触的红外温系统，并且通过无线蓝牙的传送，同时实现手机客户端的温度数据的显示和指令的发送。AT89S52是此次设计所用的主处理芯片，这款芯片是美国ATMEL公司生产的。整个测温系统必须具有结构简单、携带方便、操作简单、可靠性高等优点，主要研究工作如下：(1)基于对红外知识的分析、对红外传感器的选择比较和测温方案的红外测温原理认识的基础上，然后再设计红外测温系统的总体方案；(2)对硬件部分进行设计，完成测量目标温度

22、、蓝牙传输数据和指令、液晶显示屏显示实时温度、声光报警等部分的电路设计；(3)对软件部分进行设计，完成模块的初始化、目标温度处理单元、蓝牙传送、按键与液晶屏显示部分的流程图设计和相关部分软件的编写；(4)对系统进行整机调试；(5)对系统进行误差分析。2 设计任务和要求2.1 设计任务适当的利用专业基本知识，例如模拟电子技术、非电量检测技术、C语言、数字逻辑电路、单片机原理及应用等，设计一个完整的便携式红外测温系统，实现目标物体的温度测量，并能够显示实时温度。2.2 设计要求要求所设计的便携式红外测温系统具有以下功能：(1)完成对便携式红外测温系统方案的确定及器件选择； (2)通过控制按钮开始测

23、温，并能显示被测对象的实时温度； (3)红外测温系统的测量温度范围：085，测量精度0.8，分辨率0.02；(4)通过LCD液晶显示相应的体温值。3 红外测温系统的总体方案选择本课题的设计是综合应用了硬软件知识的结合，每一个模块如何设计，选择什么芯片处理，代码如何编写，这些都会对整个系统产生至关重要的影响，尤其是硬件模块的选择决定了整个系统运行所能达到的高度，所以对每个模块的设计都必须要慎重，多考虑几种方案，通过相互对比后才能选择，这样才能确定设计的高度，才能扬长避短。3.1 重要模块的方案对比和选择3.1.1显示模块的选择方案一：用传统的数码管显示。由以往的实训经历可知，数码管具有低功耗、价

24、格便宜、低电压、使用寿命长、坚固耐用等优点。如果用数码管显示需要自己搭建数码管之间的电路，而且电路复杂，因为一个数码管只能显示一个符号，不能一次性显示大量信息。如果显示的信息量大，就需要许多数码管，会造成占用许多资源。方案二：用液晶LCD1602显示。液晶LCD1602的优点：字符型液晶屏，表示字母和数字比较方便，功耗低，控制方便，体积小、薄、轻，显示内容丰富，字迹美观，成本低、视觉舒适。由于考虑到本次设计需要显示的信息比较直观，方便查看，所以应选用显示信息量大，人机界面友好，显示信息的可读性比较高，读取数据更方便的显示屏。经过对两个方案的对比，所以选择方案二，选用LCD1602作为本次设计的

25、显示屏。3.1.2温度传感器模块的选择方案一：采用D203S。这种热释电红外线传感器属于开关型的传感器，只能输出高低两种状态。早在上个世纪，热释电红外线传感器已经被普遍的使用，而且成为了一种新式的灵敏度高的探测元件。这种传感器的特点就是不用去接触人体，就可以测得人体的温度。它是通过监控人体辐射的能量的变化，并将辐射能量的改变量转变成电压信号输出，由于电压信号不稳定，就需要电压信号被放大和加驱动控制电路。如果采用传感器D203S，会导致硬件会很复杂，电路容易出现故障，稳定性不好。方案二：使用红外线测温探头(IRTP)。这一系列的红外测温系统的测温范围是-20300，IRTP的特点就是：它本身集成

26、了信号处理电路和环境温度补偿电路；属于多用途紧凑型的红外线测温探头；不容易受环境干扰。它经常应用于工业测温仪，例如轴承温度测量、微波炉、燃气灶具等,不能用来测人体温度。方案三：采用TN_9红外温度传感器，TN_9是凌阳公司生产的一款温度传感器，传感器本身内部已经集成了线性处理电路、光学系统电路和温度补偿电路，它是一种集成的红外探测器，可以在采集完数据后，直接向单片机输出数字信号，只需要1秒时间去响应、精度达到了+/-0.6、稳定性好。由于本次设计的系统主要是用于测量体温，并且要求测量精度比较高，电路尽可能简单，尽可能的达到医用要求，因此此次的设计选择TN_9红外温度传感器。3.2 系统硬件总体

27、设计方案在对各种不同的方案进行了比较，了解了各种设计方法的优缺点后，最后选择AT89S52单片机为主处理器，TN_9作为红外测温模块，LM7805作为稳压芯片，BLK-MD-HC-05作为无线蓝牙模块，LCD1602用作本系统的显示部分。本课题便携式红外测温系统的系统组成如图3.1所示，主要是有单片机主控模块、TN_9红外模块、液晶屏显示输出、声光报警模块、按键模块、电源模块组成的。硬件的流程是单片机主控制器通过不断的扫描按键，当扫描到按键值要求开始测温时，然后调用相应的指令给TN_9，在完成相应的指令后，TN_9就把测量结果送往单片机，单片机主控制器处理信号后，将会把测量数值显示到LCD16

28、02模块上，并且同时也将测得的实时温度值传送到手机客户端，以方便进行观测，手机客户端可以通过蓝牙向单片机发送指令，控制测温系统的启动。单片机将把实时温度值与之前已经设定好的温度值比较，若满足报警条件，则开启声光报警。 液晶屏显示 单元手机客户端无线蓝牙传输AT89S51TN_9 报警电路 电源电 路按键电 路 图3.1 便携式红外测温系统功能模块框图3.3 系统软件设计方案根据系统功能的设计要求，本测温系统的设计可以通过单片机实现，利用单片机编写相应的软件部分，例如实现扫描按键，温度的检测、显示、声光报警、数据传输等功能，所以软件部分的设计仍旧选用模块化的设计思想。主要包括单片机模块、显示模块

29、、测温模块、按键扫描模块、声光报警模块、无线蓝牙传输模块，把各个模块分别予以解决，就可以达到整体的效果,模块划分如图3.2所示。主程序模块 无线蓝牙传输液晶屏显示声光报警 按键模 块红外测 温 图3.2 红外测温系统的软件方案设计框图在图3.2红外测温系统的软件方案设计框图中，主程序模块主要完成系统初始化；TN_9模块主要负责数据的采集和测量；按键模块主要负责输入按键信号，处理按键请求等；液晶屏显示模块主要负责获取被测目标相应温度数据；无线蓝牙传输模块主要负责将TN_9采集到的温度数据，经过蓝牙将其传送到手机客户端，进行实时观察。3.4 芯片介绍由于本系统的设计用到了一些比较重要的芯片，本节将

30、会对它们进行详细地介绍。3.4.1主从控制器AT89S52主从控制器单片机作为红外测温系统的主要处理器件和传输纽带，整个测温系统的性能指标由单片机决定。本温度测温系统的选择是AT89S52单片机，此类单片机是一个CMOS8位微控制器。 由于用户可以通过AVR_fighter软件就可以下载/烧录用户程序到单片机中，根本不需要将单片机从产品上拆下，因此对于一边设计一边探索的设计，可以随时加以完善，这样同时保证了设计速度，而且也降低了软件缺陷风险。由于用户可以直接将程序下载到单片机，观察的运行效果，所以可以不用仿真器，图3.3为此单片机的引脚图。 图3.3AT89S52单片机引脚图AT89S52单片

31、机的特点：(1)与MCS-51单片机产品兼容；(2)8K字节在系统可编程Flash存储器；(3)1000次擦写周期；(4)全静态操作：0Hz-33MHz；(5)三级加密程序存储器；(6)32个可编程I/O口线；(7)三个16位定时器/计数器；(8)8个中断源；(9)全双工UART串行通道；(10)低功耗空闲和掉电模式；(11)掉电后中断可唤醒；(12)看门狗定时器；(13)双数据指针。AT89S52各引脚的功能描述如下：(1)电源和晶振：VCC：芯片正常运行的电压，+5V；GND：地线；XTAL1和XTAL2：外部钟频信号引入引脚；(2)RST/VPD:复位引脚或者备用电源接入引脚。当VCC电

32、源正常时，此引脚作为复位引脚，当VCC电源断电时，此时引脚作为备用电源接入，在低功耗的情况下，使片内RAM中的数据得到保护。单片机的复位操作是由RST/VPD脚上出现的高电平引起的，并且高电平至少要持续2个机器周期；(3)ALE/:地址锁存/编程。作为控制信号（ALE）时为输出信号，频率为始终振荡频率的1/6；作用时为输入引脚，在EPROM编程输入编程脉冲；(4):允许程序存储在存储器中，是用于输出的。频率为时钟振荡频率的1/6，用来选择通片外程序存储器。若产生了寻访片外数据存储器的指令，那么在则在12个振荡周期内不会产生；(5)VDD/:片外程序ROM有效/编程电源。作用时为输出信号，为低电

33、平时，片外程序ROM有效，为高电平时，片内程序ROM有效。作VDD用时为电源输入，输入21V编程电源VPP。3.4.2红外模块组TN_9在本模块的设计电路中，选择一个性能合适的红外测温模块器件十分重要。在设计过程中的红外测温模块装置的选取问题上，首先必须考虑的是元器件的下列性能因素：元器件的尺寸、测温响应速度和时间、视场有效检测面积、信号处理功能、元件数量、确定波长范围、制冷方式、确定光学分辨率、光谱响应的范围和被检测目标物体的温度。凌阳公司生产的TN_9是本次红外测温模块的不二选择，它属于集成的红外探测器，其自身内部结构有温度补偿电路、光学系统处理电路和线性处理电路，这样我们就不需要自己去搭

34、建温度补偿等电路，从而简化了本系统的设计。TN_9能够测量的最远距离大约为30米，测试范围为-33220，测量回应时间大约为0.5秒，分辨率为1/16，刷新频率为1.4HZ，而且它具备SPI接口，可以进行串行传输数据，其引脚如图3.4所示。TN_9红外测温模块 V D C G A 图3.4红外测温传感器引脚图在图3.4中，V为电源引脚，电源一般引入3V或者5V电压，一般取5V；D为数据接收引脚；C为时钟输出引脚，一般为2KHz；G为接地引脚；A为测试引脚，低电平有效。图3.5是TN_9的SPI时序图。当CLOCK为下降沿时，就表示data pin要接收数据。例如，在一次数据采集过程中，TN_9

35、红外测温模块需要接收5个字节的数据，TN_9红外测温模块信息格式如表3.1所示：表3.1 TN_9红外测温模块信息格式ItemMSBLSBSumCR (1)Item：“L”(4CH)测量目标温度；“F”(66H)测量环境温度；(2)MSB：8位数据，最高有效位；(3)LSB：8位数据，最低有效位；(4)Sum：验证码，确认数据无误时Sum=Item+MSB+LSB；(5)CR：结束标志，当CR为0x0dH时，表示成功接收完一次温度数据。 图3.5TN_9模块的时序图红外测温模块温度值的计算：由以上所述可知：无论红外测温模块测量环境或者目标温度，都需要满足Item为0x4cH或者0x66H并且C

36、R为0x0dH这三个条件。温度都按照下面的公式计算。计算公式： 目标温度/环境温度=Temp/16-273.15 (3.1)其中Temp是十进制数据，在数据处理时，需要将其转换成十六进制数据。例如十进制数据Temp=9034，那么当Temp转换为十六进制时就为0x234aH，则高八位有效值MSB=0x23H，低八位有效值LSB=0x4ah，则测得的温度值为9034/16-273.15=291.475。3.4.3液晶显示屏LCD16021602LCD液晶显示屏由于体积小、显示内容丰富等优点，已经被广泛应用于各种仪器。1602LCD模块内部的存储器已经存储了不同的点阵字符图形，所以表示的信息量比较

37、大。由表3.2 LCD1602的引脚图、图3.6 LCD1602的读操作时序图、图3.7 LCD1602的写操作时序图可以得知，1602LCD有以下特点：(1)读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H；输出：D0D7=状态字；(2)写指令：输入：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲；输出：无； (3)读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H；输出：D0D7=数据；(4)写数据：输入：RS=H,RW=L,D0D7=数据，E=高脉冲；输出：无。图3.6 LCD1602读操作时序图3.7 LCD1602写操作时序 表3.2 LCD1602的引脚图 GND液晶GND。这是给液晶工作供电，不

38、正常会不能正常显示。VCC液晶VCC。这是给液晶工作供电，不正常会不能正常显示。VO液晶对比度调整端。需要输入一个电压信号控制液晶的灰度。不连接或是连接不正常会不显示。RS寄存器选择位。1：数据寄存器；0：指令寄存器RW读写信号位。1：读信号；0：写信号EN液晶使能位。1：使能液晶；0：禁止液晶操作D0数据传输位0。D1数据传输位1。D2数据传输位2。D3数据传输位3。D4数据传输位4。D5数据传输位5。D6数据传输位6。D7数据传输位7。VCC背光VCC。如果连接不正常会导致液晶背光不亮，但是不影响液晶显示，可以不连接。GND背光GND。如果连接不正常会导致液晶背光不亮，但是不影响液晶显示，

39、可以不连接。3.4.4稳压芯片LM7805 LM7805是三端正电源稳压芯片，其可以给电路提供正5V的电压。它的封装形式和其他78系列的稳压芯片一样，是TO220。因为它提供的电压输出是固定的，所以它被广泛应用于电压调节器电路。LM7805在电路中使用时基本不会损坏，这有三个原因：其一是因为其内部电流的限制；其二有散热片用于过热保护；其三就是LM7805得到了安全工作区的保护。使用LM7805时，要提供超过1.5A的输出电流，则必须有足够多的散热片被提供给电路。利用三端稳压集成芯片LM7805在搭建稳压电源电路时，不需要使用的外围元件。而且LM7805芯片内部就有保护电路，例如过流和过热。并且

40、LM7805只有三条引脚输出，1是输入端,2是接地脚，3是输出脚，图3.8为LM7805的引脚图。 图3.8 LM7805的引脚图LM7805的特点：(1) 最大输出电流为1.5A；(2) 输出电压为正5V；(3) 热过载保护；(4) 短路保护；(5) 输出晶体管安全工作区保护。3.4.5BLK-MD-HC-05蓝牙模块蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，目前的蓝牙产品的制作，参考的标准是class2标准，按功率来说，在严格无故障的情况下且严格按照标准制作的产品，传输距离可以达到30米；在有一定得障碍的情况下，它也能传输10米。蓝牙支持的通信方式有两种：点对点和点对多点。蓝牙的无线连接取代了数据

41、电缆，将家庭或办公室等形成了一个微微无线设备网(Piconet)，这些设备包括语音设备、打印机等等，若是将几个微微网继续用无线衔接起来，就可以构成一个小型的分布式网络(scatternet)，在同一个分布式网络里面的设备就可以相互通信。BLK-MD-HC-05蓝牙模块最初是专为智能无线数据传输而打造的，支持SPP蓝牙串口协议。BLK-MD-HC-05蓝牙模块的核心芯片是BlueCore4-Ext，这款芯片的优点就在于：可以进行嵌入式的编程，而且遵循V2.0+EDR蓝牙规范。BLK-MD-HC-05蓝牙本模块支持许多接口，例如：USB、SPI等接口，而且购买成本低、与手机客户端匹配系数高、体积小

42、、管脚少、内部集成度高、收发灵敏性高等优点，与单片机一起搭建电路，只需少许的外围元件，就可以实现数据的传送。BLK-MD-HC-05蓝牙模块具有以下特点：(1) 蓝牙V2.0+EDR；(2) 蓝牙Class 2；(3) 内置PCB射频天线； (4) 内置8Mbit Flash；(5) 支持SPI编程接口； (6) 支持USB,SPI等接口； (7) 支持主从一体；(8) 支持软件控制主从模块； (9) 3.3V电源；(10) 通过REACH、ROHS认证。4 红外测温系统技术简介本节主要具体介绍红外非接触式测温技术的原理和热释电传感器的功效特色。4.1 温度测量技术的概述经过一段相当长的时间，

43、普通温度测量技术的发展已经相当成熟，完全超乎我们的想象。到目前为止，因为经济的飞跃发展，在一些特殊的场合(如高温、强电磁场条件下、核辐射环境下或较远距离)下需要比较特殊温度测量技术，所以当前测温研究的重点也在于一些特殊场合的测温。辐射温度的测温也被称为非接触式红外温度测温，检测元件用于辐射测温一般有两种：热电和光电探测器。辐射温度测量系统的制作相对简单，原理比较简单，实现了大范围的温度测量，也可以用来检测某一点的表面温度；而且这种测温系统可以制作成为便携式或者固定式的，使用非常方便。它的制造成本比较低，生产过程简单，不用接触被测目标物体，就可以完成测温过程，红外测温拥有反应时间短、使用简单、不

44、易受被测对象的干扰、耐用等长处。红外辐射测温也有其弊端，即在测量时物体的发射率、非零距离的接触测温、灰尘和水蒸汽等外界环境因素的干扰，使得测量结果会有所偏差。在这一温度测量模块中最重要的是传感器，在众多的产品中，红外温度传感器是最适合用来测量温度的，因此传感器的选取是举足轻重的，并且不仅能实现在某一点的温度测量，而且也可以在大范围测量温度时使用。由于红外温度传感器具备分辨率高、测量规模广、反应时间短、测量精度高、操作简单和稳定有效等优点，所以本设计使用的温度测量传感器正是红外温度传感器。4.2 红外测温原理正如大家所知道的，黑体辐射定律是红外测温技术最初的测温理念的源头。在自然界中，所有的物体

45、对象都可以用一个温度来描述它们的生命机能，而且温度高于绝对零度的物体，不停对外辐射能量。由黑体辐射定律可以得知，物体对外辐射能量的原因是有许多方面的影响因素，最重要的是波长分布和表面温度。因此随着物体温度的升高，被测物体所发出的红外辐射能力就会随物体温度的升高而加强。由普朗克公式得出，当知道温度T和波长时，黑体单色辐射出射度为：M(T)=C1-5expC2/T-1-1 (4.1)图4.1是在不同温度下的黑体光谱辐射度图： 图4.1 不同温度黑体的光谱辐射度从图4.1不同温黑体的光谱辐射度的黑体辐射曲线可知，红外测温具有以下几个特征:(1)当温度为任意值，随着波长的连续变化，这可能会导致黑体的光

46、谱辐射度会发生变化，但每个曲线的连续变化，将有一个最大值；(2)随温度连续变化，光谱辐射度最大值所对应的波长也会产生变化。例如温度升高，而其对应的波长将会减小；温度降低，而其对应的波长将会增大。这一现象说明温度的连续变化，会导致波长改变。即在黑体辐射的全部波长中，当温度改变时，长波辐射所占比例也会改变；(3)温度也会干扰黑体辐射曲线，而且与黑体辐射曲线成正比关系。即在任何给定的波长处，温度和光谱辐射度呈现同步增长或下降的趋势。4.3 红外测温方法红外测温仪的基础是测温原理，所以测温原理不同，就会有不同的红外测温仪。在查阅了一些相关资料后，了解到红外测温仪的设计比较通用的方法有三种，其一是全辐射

47、测温法，这是一种需要测量出辐射物体的全波长，并且计算出全波长的热辐射，才能得到物体的辐射温度的方法；其二是亮度温度的测量方法，若是想用这种方法来获得亮度温度，就必须测出在一定波长下物体的单色辐射亮度；其三是比色测温法，这种方法是将被测对象放在两个不同波长下，得到它们在不同波长下的单色辐射亮度的比例，通过判断这一比例和温度变化的关系来定温。通过翻阅亮度测温法的介绍，知道这种测温方法不需要环境温度补偿，并且和其他方法相比，亮度测温法不仅发射率误差较小，而且它的测温精度高。然而因为亮度温度的测量方法只适合在短波区工作，所以这一方法仅仅适用需要测量高温的情况下。由资料显示由于比色测温法的光学系统可以小

48、部分遮盖，因此比色测温法受烟雾灰尘的影响很小，所以用这种方法测温误差小。但是比色测温法也有弊端，其一是工作波段必须选择适当波段，这样才能使波段的发射率相差比较小。综合所有的因素，最后选择了全辐射测温法用作本次设计的测温方法，去测量被测物体的温度，这种测温方法是在所有波长范围内的总辐射的基础上计算出温度值。由于被测对象温度约在0100之间，属于中低温类，众所周知，这类被测对象波长较大，并且它们辐射出的信号小，这是红外测温方法选择全辐射测温的原因。但是全辐射测温法的缺点在于它的测温精度比较差，并且和其他方法相比较受物体辐射率影响也很大。全辐射测温法的相关方法介绍如下：由普朗克公式可知，辐射温度与检

49、测电压之间的联系如下：V=RaT4=KT4 (4.2)当(4.2)式中K=Ra，由实验确定，定标时取1，(1)T被测物体的绝对温度；(2)R探测器的灵敏度；(3)a与大气衰减距离有关的常数；(4)辐射率；(5)斯蒂芬玻耳兹曼常数。因此，我们能够通过检测电压与辐射体温度之间的关系，进一步得出被测对象的温度。从公式(4.2)可以得出：探测器输出信号与目标温度的关系不是线性的，而是非线性的，V与T4之间的关系不是线性的，但是它们成正比关系，因此在得出被测对象的表面体温之前，要进行线性化处理。只有经过处理后可以获得物体的表面温度，但是需要进一步辐射率校正，才能获得真正的温度。 其校正式为： (4.3)

50、公式(4.3)式中Tr：辐射温度(表观温度)；(T)：辐射率，取0.10.9。由于辐射信号干扰调制片，被测对象校正后表面的真实温度与环境温度相比，被测对象校正后的表面真实温度偏高，因此必须做温度补偿，即最终得到实际温度，是由真实温度与环境温度相加而得。4.4 热释电传感器工作原理在目前的市场上，有一款新型红外传感器，即热释电传感器，其经历了数十年的发展，目前这款传感器在红外检测领域中的占有不可代替的重要性，尤其是在一些比较前沿的领域，例如工业过程自动监控、汽车行业、食品行业、冶金行业、石油行业等等范畴领域。4.4.1热释电效应早在1703年左右，人们就发现了一种奇怪的现象，即对晶体加热时，当晶

51、体受热的温度达到一定的上限值时，晶体的两端将会就会因为晶体温度的改变，而产生一定数量相等而电性相反的电荷。这种电极现象是由于晶体受热而导致的，现代人们将其称之为热释电效应。但是直到1965年，人们才认识到热释电效应的温度灵敏性，超出了人们的想象，在室温下就可以检测出的温度变化值为610-6。但由于各种现实条件的限制,所以在非接触式测温方法中一直没有成功的运用此项技术。一般情况下，因为晶体长期暴露在空气中，而晶体表面也常常附着自由电子。晶体会因为自发极化的原因而产生束缚电荷，而晶体上自由电子会和晶体的束缚电荷中和，因此该晶体不会表现出自发极化的电性。某些特殊晶体(如单晶，压电陶瓷，高分子薄膜)的

52、表面受到红外线的辐射并吸收其能量使该晶体表面的温度发生变化，并且晶体表面温度的变化会导致晶体表面电荷的变化，热释电晶体表面电荷随温度变化的移动情况如图4.2所示，其中(a)图为电荷不移动时的情况，(b)图为电荷移动时的情况。 (a) 电荷不移动的情况 (b) 电荷移动的情况图4.2 热释电效应图由以上的讨论可以得出：用红外线去照射热释电元件时，会导致热释电元件的内部极化作用发生巨大变化，而这些发生变化的部分以电荷的形式被释放出来，运用一定的措施将这些电荷从外部取出来就可以形成传感器的输出电压。由以上论述可以知道，当温度发生改变的时候，由于热释电传感器表面的电荷情况发生改变，产生一个电压值输出。

53、一般情况下可以用陶瓷氧化物或压电晶体元件作为制造红外传感器的材料，特别是热释电红外传感器，把材料元件的表面分别做成两个电极，这样就可以制作出最简单的热释电红外传感器。在传感器的温度测量规模内，只有温度改变了T被检测出时，由于热释电效应，会产生电荷Q，其存在传感器的两个电极之间，所以微弱的电压差V就会存在在两个电极之间。当热释电探测器测量到温度变化，而改变的温度差经过经光电转换处理，它才能成为一个交流电压信号，而且在信号处理电路中进一步对交流电压信号进行处理。设定一些已知参数，例如被测物体的温度为T1，测量的环境温度为T2，被测物体辐射率为1，环境的辐射率为2，则传感器的输出信号可表示为：Q=K

54、1T4 1 -K2 T4 2 (4.4) 相应输出的电压： V=S(T4 1-T4 2) (4.5)式中的1表示被测目标辐射率；2表示目标背景辐射率；表示斯蒂芬-玻耳兹曼常数；S是与热释电反应特性和被测对象表面发射率相关的参数。4.4.2探测器的选择在市场上热释电传感器是按照封装、外形等来分类，按照不同的类型来分类，所以品种较多，例如有塑封式和金属封装等，而且这个塑封式和金属封装还可以进一步分为 立式和卧式。热释电传感器还可以分为有单探测元、双探测元等，这种分类是从热释电传感器的内部结构来分的。一般常见的的热释电传感器结构图如图4.3所示，其中(1)图为传感器外形结构，(2)图为管脚名称，D为漏极端，S为源极端，GND为接地端。 (1) (2)图4.3 热释电传感器 人体的温度大约是37，正常的生命机能才能运行。在体温约为37的情况下，一般人体辐射的红外波波长为10m左右，TN_9对514m范围内的波长反应比较快速，TN_9红外测温传感器测温是不需要去接触人体的，它是通过检测人体辐射出的红外线能量的变化，并将这种红外能量变化转换