毕业设计（论文）：红外快速检测人体温度装置的设计与研制.doc

1、 1 编号 : 200600802079 毕业设计 题 目 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 指导教师 学生姓名 学 号 200600802079 专 业 电子信息工程 教学单位 物理系 （盖章） 二 O 一 O 年 六月 一日 2 德州学院毕业设计 开题报告书 2010 年 3 月 15 日 院（系） 物理系 专 业 电子信息工程 姓 名 学 号 200600802079 设计题目 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 一、选题目的和意义 目前，国内传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计、医用电子接触式温度计等插入人体内部或置于腋下，通过与人体接触使温度计测出人的体温。但这些体温计的缺点是

2、测量的速度慢 。玻璃水银温度计还易碎，在使用时容易因消毒不彻底而引起交叉感染。红外快速检测人体温度装置，有效地避免国内传统的体温测量的缺点，能够在机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所，快速，准确，没有交叉感染地测量出人体温度。正是由于红外快速检测人体温度装置的种种先进特性 ,而可以广泛应用于各种场所 ,拥有良好的市场前景 ! 二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势 3 在 2003 年全国防 “非典 ”斗争中，中科院上海技术物理研究所在 863 计划高技术成果的基础上对红外技术应用于非接触式测温进行了深入 研究，在短时间内开发成功了“非接触式红外测温仪 ”，打

3、开了国内 “非接触式测量 ”的新篇章，但由于这种装置受一定因素影响，测量结果还有待进一步进行校正。在国外，非接触式红外测温仪已经非常先进了，自 1999 年就有许多国家致力于这方面的开发研究，到现在为止很多国家的产品已经达到国际先进水平，并已广泛应用于各个领域。比如：美国早在 2001 年就颁布了有关红外测温仪的计量标准，美国雷泰公司生产的 ST 系列红外测温仪已达到世界领先水平。由于红外测温仪测量温度范围宽，并为从更远的距离或同样的距离测量较小物体的温度而改变光学分辨率 ,它为专业人员提供了精度和价格合理的组合 ,除了用于人体温度检测外，还可用于电器的红外测温、供暖的红外测温、运输 /汽车维

4、修时的红外测温等各个领域。 三、课题设计方案 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； 设计主光学系统，它有两个作用： a）把被测处的红外线集中到检测元件上， b）把进入仪表的红外线发射面，限制在固定范围内； 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； 设计显示单元，把处理过的信号 变成人们可阅读的数字或画面；报警电路，当人体温度超出预设温度值时进行报警。 本设计中采用的 热释电红外传感器 是 PerkinElmer Optoelectronics 的 P7187。 温度传感器是美国 DALLAS 半

5、导体公司最新推出的 DS18B20。 单片机是 TI 公司的带有 LCD 驱动的低功耗单片机，可以直接与 LCD 屏相连而不需要另外的驱动电路，它最多可以显示 96 段。 ADC 采用的是 AD 公司带有恒定电流源的高精度的 16 位 - AD，它为两路输入，一路与热电堆相连，另一路与热敏电阻相连。恒定电流源可以用于补偿电路中驱动热敏电 阻。 利用红外传感器对被测目标时的热辐射进行采集，通过转换电路将红外传感器采集到的光信号转换成电信号，再将电信号通过放大电路， A/D 转换等单元电路处理后送到单片机中，最后单片机将带有数据信息的电信号进行分析处理，将电信号转变成与之相对应大小的温度值 并 将

6、 结果送到 LCD 进行显示。 四、计划进度安排 4 我的安排进度如下： 第一周 搜集论文资料，确定方案，画出方框图，布置写开题报告； 第二至五周 设计与选用传感器和测量电路，并对参数进行计算 , 写检查报告； 第六至十一周 画出元件安装图。实习并撰写 毕业论文初稿 ,交毕业论文初稿，制作样机并对系统进行调试仿真； 第十二周 修改、打印毕业设计论文，进行毕业答辩。 五、主要参考文献（只列出最重要的 5 6 种） 1 周继明，江世明，传感技术与应用，中南大学出版社， 2005 2 赵亮 侯国锐 .单片机 C 语言编程与实例 ,人民邮电出版社 ,2003. 3 求是科技 ,单片机典型模块设计实例导

7、航 ,人民邮电出版社 ,2004. 4 毛志毅，苏东明，非接触式红外遥感体温计的设计和实现，医疗卫生装备， 2003 5 郭培源，光电子技术基础教程，北京航空航天大 学出版社， 2005.9 6 张建奇，红外物理，西安电子科技大学出版社， 2004.6 指导教师意见及建议： 签名： 5 年 月 日 教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日 德州学院毕业论文（设计）中期检查表 院 (系 )： 物理系 专业： 电子信息工程 2010 年 04 月 15 日 毕业论文（设计）题目： 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 学生姓名 学 号 200600802079 指导教师 职 称 计划完成

8、时间： 2010 年 05 月 20 日 毕业论文（设计）的进度计划： 第一周： 根据 搜集的论文资料， 通过认真分析和整理， 确定方案，画出方框图，布置写开题报告并上交； 第二至五周：设计与选用传感器和测量电路，并对参数进行计算 , 写中期检查报 告表； 第六至十一周：根据确定的设计方案画出元件安装图。实习并撰写毕业论文初稿，交毕业论文初稿； 第十二周：修改论文初稿、 最终定稿并 打印毕业论文，进行毕业答辩。 6 完成情况： 已经 根据 搜集的论文资料确定了方案 和论文整体构思并 画出了方框图 ，上交了开题报告，正在对所搜集的资料进行学习、分析， 设计和选用传感器及测量电路 ，并已草拟出毕业

9、论文框架。 指导教师评议 评议人： 年 月 日 备注： 目 录 摘要及关键词 引言 1. 设计思路与原理方框图 1.1 设计思路 1.2 系统方框图及测量原理 2. 器件选择 2.1 红外器件的选择 2.2 LM358 放大器件 2.3 温度传感器 DS18B20 2.4 A/D 转换器 TLC549 2.5 AT89C51 单片机 2.6 显示器件 LM016L 7 3.电路设计 3.1 复位电路设计 3.2 上下限温度控制电路 3.3 报警电路 3.4 显示电路 3.5 P7187 红外传感电路 4. 系统的 调试 仿真 5.源程序 参考文献 致谢 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 (

10、德州学院物理系，山东德州 253023) 摘 要 系统由 红外热释传感器 、 温度传感器 DS18B20、高精度放大器、 A/D 转换器 TLC549、AT89C51 单片机、译码显示模块与报警电路等部分构成，实现非接触式红外快速测温，它能够在较短的时间内准确测量出人体的温度，而在测得温度超出某一范围时即启用报警电路进行超标报警。文中提出了具体设计方案，讨论了红外非接触式体温计的基本原理，进行了可行性论证。给出了电路图和程序流程图并附有源程序。由于利用了单片机及数字控制系统的优点，系 统的各方面性能得到了显著的提高。 具有温度分辨率高、响应速度快、不扰动被测目标温度分布场、测量精度高和稳定性好

11、等优点；同时也有测量值受被测物体发射率、反射热源、气氛干扰影响的弱点。 关 键 词 红外热释传感器 ； 温度传感器；快速检测；非接触测量； A/D 转换器；单片机；译码显示；超标报警 Abstract This system by infrared pyroelectric sensor， temperature sensor DS18B20, high accuracy amplifier ， A/D switch TLC549, AT89C51 8 microcomputer master control part constitution ,decoding demonstration

12、module and warning circuit . Realized the non-contact type infrared clinical thermometer It can be accurate in shorter time to measure a temperature of human body, but at measure the temperature outrun some one scope be in use to report to the police electric circuit to carry on a super mark to repo

13、rt to the police namely. In the article discussed the infrared non- contact type clinical thermometer basic principle, proposed the concrete design proposal, and has carried on the feasible proof. And we have produced the circuit diagram and the program flow diagram and attach the source program. Fo

14、llow-on trend of abroad digitize was at present complied with in the design of this system, and the exploit singly merit of piece machine and numerical control system makes the each side function of system get the notable raise. With a temperature high resolution, fast response, non-disturbance meas

15、ured target temperature distribution field, high accuracy and stability and good; also have measured values by the measured object emissivity, reflective heat, the atmosphere disturbances weaknesses. Key words Pyroelectric Infrared Sensors， temperature sensor， fast check， non contact measurement, A/

16、D switch， single chip computer, decoding demonstration, excess warning 引言 目前，国内传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表）、医用电子接触式温度计（常用热敏电阻作为它的感温元件等插入人体内部 （舌下 、 肛门）或置 于腋下，通过与人体接触使温度计测出人的体温。但这些体温计的缺点是测量的速度慢（约 2 分钟以上）。玻璃水银温度计还易碎，在使用时容易因消毒不彻底而引起交叉感染。红外快速检测人体温度装置，有效地避免国内 传统的体温测量的缺点，能够在机场、海关、车站、宾馆、商场、影院、写字楼、学校等人流量较大的公共场所

17、，快速，准确，没有交叉感染地测出人体温度。 9 在 2003 年全国防 “非典 ”斗争中，中科院上海技术物理研究所在 863 计划高技术成果的基础上对红外技术应用于非接触式测温进行了深入研究，在短时间内开发成功了 “非接触式红外测温仪 ”，打开了国内 “非接触式测量 ”的新篇章，但由于这种装置受一定因素影响，测量结果还有待进一步进行校正。 在国外，非接触式红外测温仪已经非常先进了，自 1999 年就有许多国家致力于这方面的开发研究 ，到现在为止很多国家的产品已经达到国际先进水平，并已广泛应用于各个领域。比如：美国早在 2001 年就颁布了有关红外测温仪的计量标准，美国雷泰公司生产的 ST 系列

18、红外测温仪已达到世界领先水平。由于红外测温仪测量温度范围宽，除了用于人体温度检测外，还可用于电器的红外测温、供暖的红外测温、运输 /汽车维修时的红外测温等各个领域。因此，它具有广泛的开发前景！ 这里设计的红外快速检测人体温度装置，由 红外热释传感器 、 温度传感器DS18B20、高精度放大器、 A/D 转换器 TLC549、 AT89C51 单片机、译码显示模块与 报警电路等部分构成 ， 从原理上进行设计计算，并进行初步的制作与调试。 1. 设计思路与原理方框图 1.1 设计思路 本设计中采用的 热释电红外传感器 是 PerkinElmer Optoelectronics 的 P7187。温度

19、传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的 DS18B20。 单片机是 TI 公司的带有 LCD 驱动的低功耗单片机，可以直接与 LCD 屏相连而不需要另外的驱动电路，它最多可以显示 96 段。 ADC 采用的是 AD 公司带有恒定电流源的高精度的 16 位 - AD，它为两路输入，一路与热电堆相连，另一路与热敏电阻相连。恒定电流源可以用于补偿电路中驱动热敏电阻。 利用红外传感器对被测目标时的热辐射进行采集，通过转换电路将红外传感器采集到的光信号转换成电信号，再将电信号通过放大电路， A/D 转换等单元电路处理后送到单片机中，最后单片机将带有数据信息的电信号进行分析处理，将电信号转变成与

20、之相对应大小的温度值 并 将 结果送到 LCD 进行显示。 1.2 系统方框图及测量原理 1.2.1 系统方框图 10 根据设计要求，建立总的系统设计框架。总体框架图如 1.2-1 1.2-1 红外测温装置袭击框架 1.2.2 测量原理 自然界一切温度高 于绝对零度 (-273.15 )的物体，由于分子的热运动，都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波，其辐射能量与物体本身的温度关系符合辐射定律 。 公式一 中： E 为辐射出射度， 表现物体辐射能力的强弱，单位是 W m3； 为斯蒂芬 彼 尔兹曼常数 ， 5.6710 -8W (m2K4) ； 为物体的辐射率； T 为物体的温度，单位 K； T0 为物体周围的环境温度，单位 K。物体的温度越高，辐射功率就越大。相反，物体辐射功率越大，其温度也越高，利用这个公式，我们就可以知道所测量物体的温度。 人体主要辐射波长在 9 10 m 的红红外线，通过对人体量的测量，便能准确的测量人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收，因而能更准确的测量人体表面温度。红外测温最大的优点是测量速度快，并由于它只吸收人体对外发射的红外辐射，没有任何化学、生物因素作用于人体，所以可以安全放心使用。 E=（ T4-T04) (公式一 )