基于红感器快速体温检测系统设计

目引 课题研究的背景和意 测温的发展现状以及趋 研究的任务和需要达到的性能指 课题研究内容及结构安 本章小 系统整体方案设 系统的理论基 影响红外测温因 系统整体方 本章小 系统硬件设 控制模 电源电 按键电 复位电 时钟电 电 液晶显 红外传感 语音模 本章小 系统软件设 主程序设 按键程序设 语音模块程序设 程序设 显示模块程序设 红外传感器程序设 本章小 结 参考文 [1]。玻璃水银温度计的优点是测量结果较为稳定、价格低廉，缺点是体温计玻，易碎并且容易引起交叉，而且易挥发并且，若处理不当较为严重。2007年7月中旬，出售含的水银温度计顺利通过了欧盟，这一的制定，减少了水银温度计对自然环境与的会造成巨大的危研究人员免遭于水银的。到2017年，WHO预计全世界减少一半多的含的产品。同时，出售含水银的体温计这一也在顺利通过。，（electricity式测得的体温，不会对人的身体产生的和交叉[2]。并且完成高分辨率、低误差和使用方便、长适用场合多等显著优点。了传统水银温度计测温时间长等问题，只需要短短几秒中，就可以准确测出数据的记录，可体温曲线的变化情况。非接触式智能红外体温计是利用红外辐射测温的原理实现温度的测量的非接触式智能红外体温计较电子数字温交叉等缺点。测温的发展现状以及趋、和水银温度计测量温度时需要与接触，容易产生交叉且快速性较低，在2003年的（SARS）和2009年的H1Nl型的爆发期间，高快速性、高准了减缓流感的扩散，许多国家都尝试用非接触红外温度计来检测机场、仪实时测量患者测温，来判断他们是否患有重大。即便如此，由于流感的传播速度极快途径极多，有很多地区引进了红外温度筛检设备，为的是能够避免日益增长的流感的。只有如此，才能在第一时间内发现体温异常者，在早期将发现的者 、红外辐射测的发测经历了较长时间发展历程。20世纪早期，最早的红外测只能对被测20世纪六十年代左右，我国成功制造出首台红外光电测，它的测量速、到20世纪九十年代，我国的红外测有了显著的发展与进步，也开始使用红外辐射测温原理进行温度检测，通过反射、折射等光学方法对被测对、束的光学测，然后将测得结果经单片机处理后，通过显示模块显示出来。上世纪初利用红外辐射测温原理进温的理论已经逐渐成熟又经测的又可以分为三种类型全辐射测单色测和比色测。全辐射测的原理是把光谱中的所有辐射的光线按照波长由小到大的顺序对其的辐射功率进量从而确定被测对象的温度情况单色测原理是将被测测原理是选取光谱内的两段具有一定范围内的波长，通过测量他们的辐射功率比值，从而确定被测对象的温度情况。上世纪五十年代中期，Pyatt提出了一个建议，打算将三种具有不同波长段的比色测一起使用，来得到被测对象的发射速率和它波长具有的函数关系。到1980年左右，多种光谱共同测量的测温辐射技术达到了。20世纪七十年代末期，Cashdolla将Pyatt出了将三种具有不同波长段的比色测一起使用来得到被测对象的发射速率和它波长具有的函数关系的测温计测量粉尘的温度情况在波长为1.01.81.92M，与此同时还可以通过使用滤波片形成更高Svet和他的团队研制成功了四种波长的测温计，可以更加准确的测量物体面的温度，被测温度范围是300--3M。Lyzenga和Ahrens成功研制出了6种波长的高温计，测量温度更加准确，精度更加高，被测物体的温度20世纪八十年代初期，JonesGardner6种波长的测温和人Hoch带领他们的团队也成功研制出了6种波长的测温计，和以往的6准的对被测对象进行温度测量，分辨率可达0.01，并努力使分辨率达到0.005。同一时期，Cashdollar6波测温计，采用铅铯测温器，对粒子及非固20Hiernaut6波长的测2K—5000K的温度范围内光谱进行温度测量，被测对象的温度精度0.005,0.01—0.05。20世纪九十年代早期，Levendis3种颜色的辐0.65、0.80、0.95，在处理数据方面，采用的0.50、0.60、0.65、0.70、0.800.90。，20世纪80年代中期，在我国的光学内成功研制出了3波长HDW-1型红外测。在80年代末期联合大学提出了用多种光束进行温，20世纪九十年代初期我国民和欧洲G.Ruffino一起合作成功研制了358波长的高温计，并成功将其运用到了火箭上。多波长红外测温技术更进一步的成熟成功研制出可隐身测量发射装置的高研究的任务和需要达到的性能指 本章小吸收率是物体吸收光的总量与投射到物体上所有光总量的比值，用表示。的总量与入射光总量之比的倒数称为透射率，用表示。发射率是用来衡量光线向外的辐射能力，用表示。一般对于一个物体来说，对于投射到其上的光束，可以得到以下公式（2.1

的单色辐出度与单色的吸收比成正比，其比值是一个只取决于波长和温度T的普适函数，数学意义上的定义公式（2.2）如下[6]。e1(,T)e2(,T)eB(,T)

(,T

Ba1(,T a2(,T aB(,TB其中eB(,T)aB(,T1900年，德国物理学家在量子理论的基础上建立了黑体辐射定律公式，这个定律是热辐射的最基本定律定律，并在1901年。定间的具有如下数学关系（式2.3该定律的物理意义在于给出了黑体辐射的具体M (,T)M

eT

式中，是指定的辐射波长，TC2hC2，Chc C1、C2

MB(,Th是常数，c为真空中光的的速度，k是常数Mm时，这时候它的波长也达到最大值m，这时黑体的温度T之间的数学关系式为（2.4）[8]。mT

其中，bm,TK，便可以知道此时黑体的热力学温度TH2O、CO2、O3。，第三和红外传感器之间的距离长短也会对红外测温的精度产生一定的影响温度的不同，向外辐射的波长也不相同，辐射波长的衰减程度也不相同通常情况下距离红外传感器越远测量误差会越大测量精度会越低，。，系统整体方主要模块包括：微控制器模块单片机（STC89C52RC、红外传感器模块（M3（3.3V33℃时，显示温度数据测量异常，提示重新测量。2.1所示。本章小

2.1接下来介绍了热辐射的四个基本定律：透射、反射、吸收定律、定律控制模单片机是整个红外测温系统的控制选择一个好的单片机尤为重要ST8952特点进行如下介绍：6机器/12机器/8051单T2全双工串行口，MAX810复位电路，174级中断结构。正常工作模式，功耗约为4～7a。空闲模式下(2mA左右)，定时/串口、中断继续工作，P0H（＜0.1u的内容，单片机所有工作停止，可由外部中断或硬件复位触发[10]。P3，复位后：P0口是漏极开路输出，作为I/O口用时，需要外加上拉电阻，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻[11]。单片机STC89C52RC3.1所示，单片机STC89C52RC3.2 图3.1单片机STC89C52RC的引脚 图 电源引脚：VCC（40引脚）为电源电压（一般接+5V电压GND（20引脚）控制引脚：REST（9引脚）为复位引脚，需要至少持续两个及以上机器周ALE（30引脚）PSEN（29引脚）为外部程序器读选通信EA（31引脚）为程序器的内外部选通信号，接高电平时，选通内部程序器，低电平时，选通外部程序器。可编程I/O四个I/O口分别为P0口（P0.0～P0.7、P1口（P1.0～P1.7)、P2口（P2.0～P2.7输出，内部不自带上拉电阻，其它I/O口内部都自带上拉电阻。因此，对端口的每个引脚置高电平时，P0I/O口由于内部上拉电32都可以驱动4个TTL负载。另外特别说明一下P0口、P2口、P3口，在外部程序器ROM和数据器RAM时,P0口可提供低8位地址和8位数据分时复用总线，P28位地址总线，P3I/O口不具备电源电本系统中除了红外传感器MLX906143.3V5V5V3.3V的供电电路。220V的交流电经过一个变压220:88V的交流电，然后在通过一个整流桥将交流电整流成78055V的稳压电源。将3.3电源电路（3.3）如下所示。按键电

3.3I/O口的使用数量，I/O4*4=16个按键，相比独立按键的数量多独立按键：直接用I/O口线构成按键电路，一个按键用一根I/O口线，按键之间的工作状态不互相影响，这种按键电路较为灵活，程序编程较为简单[13]。根I/O口线，所以常常采用查询式方法判断按键是否被按下。按钮和数据下移按钮，不管采用独立式按键还是矩阵式按键，都是占用4根I/O10ms的延时，再判断一次。复位电

3.4位电路有两种工作方式：上电复位和手动复位。复位原理：使单片机引脚RST上电复位工作原理，VCCC8R9出现电压，RESTC8充满，R9开按键S1，电容C8充电，几个毫秒后，电容C8充满，单片机又会进入工作模3.5所示。时钟电

3.512两端连接两个电容和一个晶振[14]度增加起振时间过小又会降低性所以一般选择的电容的容量为30pF左右。，XTAL2XTAL1直接输入时钟信号。但若是采用外部时钟方式产生时钟信号源电路和内部时钟方3.6，电

3.6本设计采用 电路功能是当红外温度传感器发生故障时通过使蜂鸣4mA～7mA于5V蜂鸣器来说，工作电流一般为20多mA，因此通常用三极管组成的放大电I/O电流，从而驱动蜂鸣器[15]10K的电阻的作用是用来防止干扰的。电路如图3.7所示。液晶显

图3.7电LCD1602进行液晶显示。下面对LCD1602的特点进行一下简单的介绍。LCD160216*232个字符,封装图正3.83.9所示。图3.8封装图正 图3.9封装图背VSSVDD接+5VVO是液晶显示的偏压信号，接高电平时，对比度太弱，容易看不清；接低电平时，对比度太强，容易出现“重影”10K的电阻来调节。ERW是读/RS是数据/ 液晶显示电路接线图（3.10）红外传感

3.103.11字信号通过Smbus协议传送给单片机[16]。供电电源为3.3V，测量时，精度可达±0.1℃。3.11引脚及其功能如下表（3.1）SCL或SMBus接口的数据信号SMBusSCL、SDA管脚直接连接单片机的普通I/O口即可，通常情况下SDA管脚输出物体温度，由于MLX90614的输入输出接口是漏级开路（OD）结构，和单片机相连时，需要加上拉电阻[17]。红外传感器和单片机的连接图（3.12）如下语音模为了使体温计更加智能化本设计选用了语音模块3可以将测得（3.13如下所示。5V1A供电电源来供电；接单片机时，可进行二进制编码触发，A1-A5为编码接口，最多可以31首。3.13本章小STC89C52RC作为核控制单MLX90614的智能红外体温计。主要介绍了系统各部分电路的特点和工作情况电源电路作为供电线路为系统提供3.3V和5V主程序设4.1（LCD1602的初始化，红外温度传感器MLX90614的初始化while(1)死循环中。在循环中示使用人员设备已初始化完成，当key1键按下的时候，设备进行体温测量并完与key4key2再次被按下的时候，模式切换到初始状/****************************主函数void{uint //1602 //MLX90614 // //1602{ 存在语音} //按键key1按下，进{ 存在语音{ 018} //程} //按键key2 }}1602NNYYNNYY4.1按键程序设本设计程序设计思路为：首先令按键对应的单片机I/O口为高电平，根据电路图可知当按键按下的时候，与按键相连的单片机I/O口会降成低电平，单片机的主程序一直进行查询按键这几个I/O口的状态。当出现低电平时，单片机进行NYNYNYNY图 /*****************************按键程序void{key1=1;key2=1;key4=1;key3=1;//首先令单片机的相应I/O //当key1与zisuo10时，进入if //zisuo1 // //} }（00000B~1BA1~A5接口不同的电平，来确定出所选择的语音并播读出来。在此仅展示一下/*****************************读数字voidRead_Number(uint{{case0:A5=0;A4=1;A3=1;A2=1;A1=1;//单片机触发语音模块相应语音的方式是 A5=1;A4=1;A3=1;A2=1;A1=1;//再置高电平，完成触发break;//0 //9default:}delay1(10程序设

图 部设备（如SD卡。本设计在程序在建立了一个数组用来数据，设定可以10个数据，这已足够日常使用。将来的数据进行处理然后存入数10个数据时，第十一个数据该如何存放。本程序样有用的数据不会丢失且查看数据的程序会相对简单很多，程序的流程4.4NY图 void uint //10 //留出第十位的空间} c++;}}LCD160216X2个字符，控制器内存为40H。每一行有40个地址，我们只用前16个地址。使用1602首先就要进行4.5据图 void //初始化 dis_cmd_wrt(0x01dis_cmd_wrt(0x0c);//整体显示，光标不显示，不闪烁dis_cmd_wrt(0x06);//写入新数据光标右移，显示屏不移动dis_cmd_wrt(0x38);} //数据总线8位，显示两行，5×7点阵/每个字符voidchk_busy_ //LCD忙标志判{ //当最为0是从循环跳{P0=0xff; LCDE=0;}红外传感器程序设本设计采用红外温度传感器MLX90614，其采用SMBusSMBus由两根信号线组成：时钟信号线和数据线，容许CPU与各种接4.6图 MLX90614的时序MLX906144.6SDA为低电平时，SCL由高电平跳跃到低电平，此为起始 MLX90614{}MLX906144.6SCL为高电平时，SDA由低电平跳跃到高电平，此为结束 //MLX90614{}MLX90614时钟线SCL300ns低电平后，数据线SDA上的数据便可更新，在时钟线SCL变为高电平瞬间捕获数据。程序如下：/***********************发送一个位 {elseSDA=1 //判断SDA //上升沿捕获SDA //}8MLX90614SCL为高电平时，可以改变SDA的数值，SCL由高电平变为低电平时，捕获SDA的数据。程序如下：/***********************接收一个位void{}8MLX90614温度数据的程序设PEC发送要ROMPEC发送要ROM图 /***********************读温度数据函数uint{ //tx_byte(0x00);//发送从机地址与读写位tx_byte(0x07);//读ROM的地址：0x07H tx_byte(0x01 DataL=rx_byte();//温度的低8位 DataH=rx_byte();//温度的高8位 //return((DataH*256+DataL)*2 本章小结过红外传感器进行目标温度，进行了误差分析和软件的修正补偿，解决了能，增加了语音播报、LED灯功能和历史数据查看设计，使测温系统设计LCD1602显示出测量温度数据时，语音模块同时开始工作，将测量的数据进行语音播报并给出指导意见。若出现测量的温度低于33℃2测量距离短，由于红外传感器MLX90614本身条件的限制，只能在和距1cm之内的范围测量。可采取激光测距和红外传感器测温结合的方法远1,,.PC机与单片机间串行通信的实现[D].现代电子技术2.污水污泥微波热解及微晶玻璃工艺与机制研究[D].哈尔滨工业大学,2011.3.基于μCOSⅡ的红外辐射测温系统研究[D].东学,4.单片机的C语言应用程序设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2003(10):46-46.5,.基于STC89C52RC单片机的红外发射系统设计方案[D].科技信息,2012.6.MCS-51系列单片机应用系统设计:系统配置与接术[M].航空航天大学,1990.7.基于虚拟仪器的红外测性能测试系统[D].华技大学,8.基于MLX90614的非接触式体温测量系统设计[J].软件导,8(3):105-9.红外温度计MLX90614及其应用[J].现代电