目錄TOC\o"1-3"\h\u13199摘要 （TO4-TA4）

（2-7）

式中：A為光學常數，與儀器的具體設計結構有關；ε1為被測對象的輻射率；ε2為紅外溫度計的輻射率；TO為被測對象的溫度（K）；TA為紅外溫度計的溫度（K）；它由一個內置的溫度檢測元件測出。所有的物體，包括人體各部位的表面，其ε值都是某個大于0而且小于1的數值。其中紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學元件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變為相應的電信號。該信號經過放大電路和信號處理電路，按照儀器相關的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。當用紅外輻射測溫儀測量目標的溫度時，首先要測量出目標在其波段范圍內的紅外輻射量，然后由測溫儀計算出被測目標的溫度。單色測溫儀與波段內的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例。2.2紅外測溫傳感器的測溫特點某些晶體材料，當其受熱時溫度升高，在晶體兩端產生數量相等符號相反的電荷；晶體冷卻，產生的電荷符號則與溫度升高時相反。這種由于熱變化產生的電極化現象稱作熱釋電效應。紅外感應源通常采用熱電堆元件，這種元件在接收到人體紅外輻射時，由于自身溫度變化，產生電荷或電勢差，再利用一定的電路將該電信號進行放大處理就可以得出要測量物體的溫度值。其中溫差電堆由若干熱電偶串聯組成，熱電偶傳感器測定溫度與輸出電壓的關系的測溫點在接收到紅外輻射能量后溫度升高，因為“塞貝克效應”而產生熱電動勢，其輸出電壓和測定點的溫度近似成正比例關系，這是紅外溫度傳感器測量體溫所依據的基礎。

同時為減少太陽光等可見光對傳感器的影響，在傳感器的前面要加上濾光片，只讓紅外光通過。濾光片的波長可通過下式計算：λ=2898/T。式中：λ（μm）是波長，T（K）是絕對溫度。人體的正常溫度取為37℃，則T

=310K；λ=9.35μm。通常選用波長為6

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μm的光學濾光片，其帶通特性有利于溫度的測量。（1）遠距離和非接觸測量：紅外測溫不需要與被測物體接觸，可遠距離測量，它特別適合于高速運動物體、旋轉體、帶電體和高溫高壓下物體的溫度測量。同時也適合用于人體溫度的測量。

（2）響應速度快：紅外測溫不像常規溫度計那樣，需要與被測量物體接觸以達到熱平衡狀態才能得到正確的溫度數據。它只要接收到目標的紅外輻射即可測量，其響應速度在毫秒甚至微秒數量級。（3）靈敏度高：因為物體溫度的微小變化會引起輻射功率的較大變化，容易被紅外測溫傳感器探測，所以紅外測溫的可測溫差很小，可達零點零幾攝氏度。

（4）準確度高：紅外測溫是非接觸測量，不破壞物體本身的溫度分布，因此所測溫度相對較為準確。

（5）測溫范圍廣：測溫范圍可從負幾十攝氏度到正幾千攝氏度。2.3

本章小結本章主要闡述了紅外線測溫的一些基礎理論和紅外測溫傳感器的測溫特點。紅外測溫可以說是人類發現紅外線后的一個重要應用，其中紅外線人體測溫儀更是醫學測量上的重要發明。隨著科學技術的不斷發展，紅外線人體測溫技術已經非常成熟了，不僅精準、靈敏，而且方便使用和測量。現在越來越多的這種測溫產品供消費者選購，也越來越多的人們接觸和了解到紅外測溫技術的方便和快捷之處。而且，紅外測溫儀應經應用在重大疾病的檢測檢疫中，特別是流動性大和密集的人群聚集地，不僅測溫速度快而且方便快捷，能夠及時發現病情，及時得到治療。第三章總體方案設計和選擇3.1設計方案分析本課題是關于便攜式人體測溫儀的設計與研究，因為研究方向是利用人體發射出的紅外線來測量人體的溫度，所以從紅外線測溫的原理來測量人體的溫度，并且要考慮系統的便攜性。常見的紅外人體測溫儀主要有兩種：一種是紅外耳溫計，另一種是紅外額溫計；這兩種形式的紅外體溫計各有自己的優缺點。

其中紅外耳溫計是一種專門用于測量鼓膜溫度的溫度計，通過紅外導波管將由鼓膜發射的紅外輻射能傳送到熱電堆等熱探測器，將紅外輻射能量轉換為電能后進行電信號處理得到人體溫度信息。由于鼓膜的溫度穩定，且可以直接體現人體內部核心溫度，因此當使用方法正確時耳溫計的示數可以作為醫學確認。但缺點是由于對使用者提出較高的要求，且使用一次性的探頭蓋，增加了后期的使用成本。

而紅外額溫計主要是通過測量人體的體表（額頭等）紅外輻射，經過信號處理后得到人體的溫度信息。其優點是完全無需與人體接觸（真正意義上的無接觸測量），這就意味著無需使用一次性的探頭蓋，從而節約使用成本和避免人群交叉感染。但由于人體的體表溫度很容易受到各種因素（溫度、濕度、人體體表的潔凈度等）的影響，比如在寒冷的冬天人體的體表溫度比核心溫度要低得多，而在炎熱的夏天則情況相反。這樣測量得出的溫度數據不能反映出人體溫度的真實信息，而且這些因素的影響是不確定的，因此難以通過合適的溫度補償來消除誤差。所以在現實應用中，通常紅外額溫計是用于體溫的初步判斷。這兩種紅外測溫儀實際上應用的原理和內部結構是基本一致的，只是兩者有一些細微的差別而已。紅外額溫計使用起來比較方便，而且可以大規模測量，比較方便、快捷，但準確性容易受環境因素的影響。紅外耳溫計的使用方式使得它具有較高的準確性，但對于操作起來比較繁瑣，需要每次都更換探頭，而且對于大量的測量不太現實。所以，整體來說還是選擇紅外額溫計，操作起來比較方便，而且還適合大規模檢疫中使用。綜上所述，本設計采用測量額頭溫度的方案，即設計一個紅外額溫計。經過初步分析可以得知，整個系統可以劃分為幾個大模塊，紅外測溫模塊、單片機處理模塊、外圍電路（輸入按鍵、LCD等）模塊和電源模塊。其中為了提高系統的便攜性，電源模塊采取電池供電的方式。所要設計的系統的幾個基本要求和指標如下所示：

（1）利用人體紅外輻射的原理來測量體溫，即采用紅外溫度傳感器；

（2）體溫測量的準確度要高；（3）系統采用電池供電，且功耗要低；（4）系統響應速度要快，要在1~2s內完成測溫；（5）要使用簡單，有良好的人機界面；（6）總體成本（硬件成本、設計時間成本等）要低。3.2方案的選擇方案一：在該方案里，系統可以分為模擬紅外溫度傳感器（內含環境溫度測量）模塊、放大電路模塊、AD轉換電路模塊、MCU主控模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、LCD模塊和電源模塊（如圖3.1所示）。所謂的模擬傳感器就是傳感器的輸出量是模擬量，而不是可以直接進行數據處理的數字量，所以它需要通過信號放大和AD轉換等處理后才能傳輸給單片機進行相關的處理。模擬紅外傳感器KEY模塊BUZZER模塊模擬紅外傳感器KEY模塊BUZZER模塊放大電路路AD轉換LCD模塊MCU主控模塊放大電路路AD轉換LCD模塊MCU主控模塊電源模塊（DC-DC）電源模塊（DC-DC）圖3-1方案一的方框圖首先模擬紅外溫度傳感器接收人體發出的紅外線，經過放大電路把接收到的紅外信號放大，再經過轉換電路轉換后轉換成電信號，輸出對應的電壓值，傳感器同時通過溫度傳感器測量環境溫度/傳感器溫度。這兩個紅外溫度傳感器的輸出量通過放大電路和AD轉換電路的處理后傳輸到MCU模塊進行相關的處理計算，最后通過LCD模塊顯示相應的人體溫度。方案二：

在本方案中采用模塊化的設計思想。它的硬件結構由STC89C51單片機模塊，紅外測溫模塊，電源模塊，鍵盤模塊和LED顯示模塊組成。STC89C51單片機是本系統的控制中心，它負責控制啟動溫度測量、接收測量數據、計算溫度值、并根據取得的鍵值控制顯示過程；紅外測溫模塊負責溫度數據的采集、測量，并將采集到的數據通過數據端口傳送給STC89C51單片機；通過鍵盤模塊可以方便地進行測溫及各種操作；LED顯示模塊把測量的溫度值直觀地顯示給觀測者；電源模塊負責本紅外測溫儀電源的供應。此紅外測溫儀系統的硬件結構框圖如圖3-2所示單片機單片機按鍵電路1602液晶顯示器按鍵電路1602液晶顯示器時鐘電路時鐘電路紅外測溫模塊紅外測溫模塊復位電路復位電路圖3-2方案二的系統框圖方案對比和選擇：對于方案一，模擬傳感器的成本相對要低，而且整個系統設計的自由度相對要高一些，但是也使得系統電路變得更為復雜。例如集成運放電路要用到雙電源供電，這就使得電源模塊的設計變得復雜、功耗變大和效率變得更低，這對于使用電池供電的便攜式系統是不利的。同時在軟件設計方面，要涉及到濾波處理、溫度線性校準處理和黑體校定等，這使得設計工作量大大增加。而且對于開發者的開發環境要求較高，不適合作為畢業設計的課題研究。在方案二中，采用的是模塊化的設計思路，設計起來比較方便，更容易理解。而且采用STC89C51單片機控制，由單片機構成控制核心部分，更便于實現控制，而且電路設計比較簡單，焊接也比較簡單。適合作為畢業設計的研究對象，雖然成本有點高，但是實用性和穩定性更好。綜上所述，通過對比和篩選，方案二更適合作為此次設計課題的研究設計方案。3.3總體方案設計經過論證對比，選擇了方案二的設計?；赟TC89C51單片機的紅外測溫儀的硬件設計采用目前使用比較廣泛的模塊化設計思想，將整個系統分成五大模塊：單片機處理模塊、紅外測溫模塊、電源模塊、報警模塊和LCD顯示模塊。通過劃分模塊的方法，可以把一個復雜的問題分割成幾個相對容易解決的問題，分別予以解決，大大簡化了設計的難度。其中紅外測溫傳感器采用的是TN系列的高敏感測溫產品——TN901。這是一個接收和檢測裝置與一體的集成塊，具有靈敏度高、精度高、低功耗的特點。3.4本章小結這一章主要分析了課題的設計要求和基本指標，初步確定紅外測溫的設計方向。然后對兩種不同的方案進行了對比和分析，最后決定使用第二個方案作為該課題的最終方案。在該方案里，整個系統從硬件上可以分成五個子模塊：分別是單片機處理模塊、紅外測溫模塊、電源模塊、報警模塊和LCD顯示模塊。第四章系統硬件設計4.1單片機處理模塊該紅外測溫儀是以STC89C51單片機為核心控制器件的測溫設備，此單片機模塊的工作原理：加載相應程序的STC89C51單片機把紅外測溫模塊傳來的數據加以處理，送LED顯示屏顯示。單片機處理模塊的電路原理圖如圖4-1所示：圖4-1單片機處理模塊電路圖圖4-2單片機復位和時鐘電路圖其復位電路和時鐘電路如圖4-2所示，本單片機處理模塊是通過開關手動復位的，只要在RST引腳出現大于10ms的高電平，單片機就進入復位狀態，這樣做的目的是便于根據實際情況而選擇是否復位溫度測量數據。而此儀器的震蕩電路選用的是晶體震蕩電路，其具體電路如圖4-1左邊下部分。采用晶體震蕩電路的原因是因為它的頻率穩定性好，而這正是本紅外測溫儀非常重要的技術要求。單片機作為紅外測溫儀的核心控制部件，它關系到整個儀器的性能指標，能否實現測溫功能起著關鍵作用，因此它的選擇是非常重要的。本測溫儀選擇的STC89C51RC單片機，下面是STC89C51RC單片機相關資料信息：STC89C51RC單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾/高速/低功耗的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇，最新的D版本內部集成MAX810專用復位電路。STC89C51RC系列單片機具有在系統可編程（ISP）特性，這樣可以省去購買通用編程器，單片機在用戶系統上即可下載/燒錄用戶程序，無須將單片機從生產好的產品上拆下。對于一些尚未定型的設計可以一邊設計一邊完善，加快了設計速度，減少了一些軟件缺陷風險。由于可以在用戶的目標系統上將程序直接下載進單片機看運行結果，故無須仿真器。下圖4-3是此單片機的引腳圖：圖4-3STC89C51單片機引腳圖一、STC89C51RC單片機的特點：1.增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU；工作電壓：3.8v-5.5v；3.工作頻率范圍：0-40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz；4.4k的Flash程序存儲器；5.片上集成512字節RAM；6.ISP/IAP，無須專用編程器/仿真器；7.通用I/O口，復位后：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口開漏輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時需加上拉電阻；8.EEPROM功能；9.看門狗；10.內部集成MAX810專用復位電路（外部晶體20M以下時，可省略復位電路）；11.共3個16位定時器/計數器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用；12.外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發中斷，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒；13.超低功耗，正常工作模式，典型功耗2mA；掉電模式，典型功耗0.5uA，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續執行原程序；14.2個數據指針；15.通用異步串行口（UATR），還可用定時器軟件實現多個UATR；16.工作溫度范圍：0－75℃/－40～＋85℃；17.封裝形式：PDIP-40/PLCC-44/PQFP-44。二、STC89C51各引腳的功能描述如下：（1）電源和晶振：VCC——運行和程序校驗時加的電壓；VSS——接地；XTAL1——輸入到振蕩器的反向放大器；XTAL2——反向放大器輸出，輸入到內部時鐘發生器。（2）RST：單片機的上電復位或掉電保護端；（3）ALE:地址鎖存有效信號輸出端；（4）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端。4.2紅外測溫模塊此設計的紅外測溫模塊使用TN901，可以不用接觸被測物體，解決了傳統測溫中需要接觸的問題，具有回應速度快，測量精度高，測量范圍廣等優點。它通過紅外溫度傳感器掃描被測物體，并把相應的紅外輻射數據通過P1.3、P1.4和P1.5口傳送給單片機模塊，由單片機讀取信息，通過LCD顯示出來。紅外測溫模塊電路圖如圖所示：圖4-4紅外測溫電路模塊面對眾多的紅外檢測器件產品，在設計中選擇合適的紅外檢測器件已成為一個重要問題。在設計過程中選擇紅外線檢測器件時，首先考慮的是器件的以下性能因素:光譜響應范圍、響應速度、有效檢測面積、元件數量、制冷方式和檢測目標的溫度。本紅外測溫儀選用了凌陽公司生產的型號為TN9的紅外探測器作為測溫模塊，它是一種集成的紅外探測器，內部有溫度補償電路和線性處理電路，因此簡化了本系統的設計。電路圖并不復雜，對于設計研究也不是很難，比較容易理解、易懂。它的測量距離大約為1米，測量回應時間大約為0.5秒。而且它具備SPI接口，可以很方便地與單片機（MCU）傳輸數據。其相關資料如下：一、紅外測溫傳感器的引腳介紹：圖4-5紅外測溫傳感器引腳圖紅外測溫傳感器引腳圖如圖4-5所示，其中V為電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，一般取3.3V；D為數據接收引腳，沒有數據接收時D為高電平；C為2KHzClock輸出引腳；G為接地引腳；A為測溫啟動信號引腳，低電平有效。二、紅外測溫模塊的時序紅外測溫模塊的時序圖如圖4-6，在CLOCK的下降沿時接收數據。(例：如果一次溫度測量需接收5個字節的數據，這5個字節中：Item為0x4c表示測量目標溫度，為0x6c表示測量環境溫度；MSB為接收溫度的高八位數據；LSB為接收溫度的低八位數據；Sum為驗證碼，接收正確時Sum=Item+MSB+LSB；CR為結束標志，當CR為0xodH時表示完成一次溫度數據接收。)圖4-6紅外測溫時序圖紅外測溫模塊溫度值的計算方法：以上面為例：無論是測量環境溫度還是目標溫度，只要檢測到Item為0x4cH或者0x66H同時檢測到CR為0x0dH，他們的溫度的計算方法都相同。計算公式：目標溫度/環境溫度=Temp/16-273.15其中Temp為十進制，當把它轉換成十六進制的高八位為MSB，低八位為LSB；比如MSB為0x14H，LSB為0x2Ah，則Temp十六進制時為0x142aH，十進制時為5162，則測得的溫度值為5162/16-273.15=39.475℃。4.3電源模塊電源是組成一個系統必不可少的部分，任何一個系統沒有電源都是無法正常運行。本次課題設計所要求的供電電源為5V電源，既要求滿足單片機供電電源，而且必須滿足紅外測溫模塊和LCD顯示模塊，保障系統的正常運行。STC89C51的內核共電為5V，而此紅外測溫儀系統的紅外測溫模塊和LED顯示模塊的共電電壓都可為5V，所以通過此電源模塊后，將外部輸入電壓轉換成5V的單片機工作電壓，以保障紅外測溫系統的正常運行。這樣就不需要多電源供電，簡化了電路設計，更方便于操作和焊接，還能滿足系統的需求。系統的電源電路如下圖所示：圖4-7電源電路4.4報警模塊該模塊的電路設計簡單，整個模塊由兩部分組成：一個三極管和一個蜂鳴器組成。三極管的基極與單片機的P2.0口相連接，蜂鳴器連接在三極管的發射極。電路圖如下圖所示：圖4-8報警電路原理圖蜂鳴器在此電路中的主要作用是在測量人體溫度時提供報警幫助。當人體溫度高于單片機程序設定的37.5℃時，單片機會輸出信號，通過三極管傳送到蜂鳴器發出報警聲音。該部分電路設計簡單，易懂、易操作，而且從使用者的角度來說，更具有人性化的設計，方便使用者操作和讀書。4.5LCD顯示模塊液晶顯示器以其功耗小、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統中得到越來越廣泛的應用。在本設計采用的是字符型液晶模塊是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的LCD1602液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，這里以常用的2行16個字的1602液晶模塊來介紹它的使用和編程方法。1602采用標準的16腳接口，其中：第3腳：VEE為液晶顯示器對比度調整端；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數據；第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令；第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線；第15～16腳：空腳。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，表2是DM-162的內部顯示地址。表21602的內部顯示地址12345678910111213141516序號000102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。在軟件中設置溫度的代碼是：30.0℃（00110011B，00110000B，00101110B，00110000B，01000011B）；37.0℃（00110011B，00110111B，00101110B，00110000B，01000011B）；60℃（00110110B，00110000B，01000011B）。LCD1602液晶顯示模塊可以直接和單片機STC89C51接口連接，液晶顯示的D0~D7八個雙向端口接STC89C51單片機的P0口的P0.0~P0.7，單片機的P0口可以作為通用的輸入，輸出端口使用。此時，若要驅動NMOS或其他拉電流負載時，需外接上拉電阻，才能使該位高電平有效，所以中間接10K的排阻，來決定顯示器高低點位，是否要顯示。由于VEE端接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，對比度過低會使屏幕模糊不清，所以使用時可以通過一個10K的電位器來調整它的對比度。LCD1602的RS寄存器選擇端口接單片機的P2.5口，通過軟件程序中對此端口的設置來決定選擇的寄存器。液晶顯示的RW端口直接接單片機的P2.6口，高電平時對輸入的數字信號進行讀數，使能E端接單片機的P2.7口，使能端由高電平到低電平時開始執行命令，把讀數顯示出來。LCD顯示電路原理圖如下圖所示：圖4-9LCD顯示電路原理圖此部分電路設計與其他設計方法相比比較大的有點就是讀數準確。通過一個電位器調節LCD的顯示屏幕的對比度，使屏幕畫面顯示更清晰，不會產生模糊的感覺，更容易讀出數據。特別是對那些視力不是很好地使用者來說，更大的方便了讀數，使設計更具合理化、人性化。第五章系統軟件設計本紅外測溫系統的軟件設計采用模塊化的設計思想，這樣可以把一個復雜的軟件設計分成幾個相對簡單的部分分別予以解決。因為此次設計要完成的功能是測溫，所以對溫度數據接收及顯示部分的程序設計做了詳細敘述，而對其它各模塊做了相應簡要的介紹。5.1主程序模塊設計當紅外測溫儀接通電源時，STC89C51單片機自動復位，開始運行該程序。該程序首先對STC89C51初始化。然后給出開機顯示，接著判斷是否有鍵輸入，若沒有鍵輸入，則繼續判斷；若有鍵輸入，則判斷是否是紅外測溫。若不是就返回開機顯示，是則進行紅外測溫，接收數據，并將計算的溫度值顯示出來，如果是環境溫度就通過數碼管前四位顯示，則目標溫度用數碼管后四位顯示，并等待結束測溫命令。再判定是否結束溫度測量，若沒有則繼續測溫，若收到結束命令則返回開機顯示，重新判斷。具體工作的流程圖如下圖5-1：外部中斷0初始化外部中斷0初始化顯示子程序復位讀取數據寫入EEPROM（超過37.0度）計數器加1計數器清零數據正確滿三次啟動鍵打開結束NYYNY開始N圖5.1主程序流程圖讀取指令讀取指令讀取EEPROM（超過37度）報警發送數據LCD顯示中斷返回YN外部中斷入口圖5-2中斷子程序流程圖主控部分就是一個判斷過程，是開始溫度測量還是停止溫度測量，給開機界面一個指令，讓其進行下一步操作。中斷子程序部分是在單片機接收到測溫信號之后，把數據發送給LCD顯示器，由LCD把溫度數據顯示出來。當LCD接收到數據之后，單片機將發送中斷指令，讓紅外測溫模塊停止接收紅外信號。5.2紅外測溫程序模塊該紅外測溫模塊的數據輸出信號和脈沖信號分別接單片機P1.3，P1.4口,測溫控制端接P1.5口。它的程序流程圖如圖5-3所示，此模塊首先定義一個字符型數組用于存放讀取到的一幀數據，然后啟動測溫，讀取數據，數據是在脈沖的下降沿一位一位傳送的。把五個字節數據都讀完后判斷第一個字節是否為開始0x4c或0x66并且第五個字節為0x0d，若是則計算溫度值返回，否則繼續讀取數據。開始定義數組存放測溫數據定義數組存放測溫數據開啟測溫開啟測溫讀取數據讀取數據第一字節為0x4c或0x66并且第五個字節為0x0d第一字節為0x4c或0x66并且第五個字節為0x0d N返回計算溫度值返回計算溫度值圖5-3紅外測溫流程圖5.3LCD顯示程序模塊在該模塊中，LCD采用的是液晶LCD1602顯示器，直接與單片機相連接，不需要增加其他保護電路。通過程序由單片機控制，當單片機接收到測溫數據時，傳送給LCD，最后把示數顯示在顯示屏上。完成一次讀數，程序執行一次結束。當再有測溫數據傳送過來時，屏幕清屏，重新顯示溫度值。LCD程序模塊流程圖如下圖所示：開始開始顯示開啟及光標設置顯示模式初始化顯示開啟及光標設置顯示模式初始化寫地址模式設置寫地址模式設置寫數據顯示關閉寫數據顯示關閉結束數據指針加1延時數據是否完畢屏幕清屏結束數據指針加1延時數據是否完畢屏幕清屏圖5-3LCD程序模塊流程圖第六章系統調試與分析6.1紅外測溫系統調試和分析本課題是關于便攜式紅外人體測溫儀的設計。為了提高測溫的準確性，該系統采用了額溫計的設計方案。由于整個系統（軟件和硬件）采取了模塊化的設計思想，因此在很大程度上提高了調試系統的便易性。首先把系統硬件的各個模塊（電源模塊、紅外測溫模塊等）都焊接好，然后逐個地檢測每個模塊是否有元器件焊接錯誤，是否有虛焊、漏焊、短路等情況出現。當這些工作都完成后這，就可以把已經編譯好的軟件程序通過AVR

studio（JTAG模式）下載到本系統采用的的主控芯片—STC89C51單片機里。雖然系統軟件部分可以通過編譯軟件的編譯，但這僅僅是語法上的檢測，具體運行效果還是要取決于調試的結果。由于本系統的軟件也是采用模塊化的編程方式，所以它也可以像硬件那樣進行分模塊進行調試。例如，我們可以先把其它模塊屏蔽，然后測試LCD模塊是否能顯示各種需要顯示的內容，然后再逐一調試單片機控制模塊和紅外測溫模塊。必須保證每一個模塊都是正確的，能夠實現預期的功能。系統的硬件和軟件都基本通過了電路測試和基本功能調試后，就可以進入最后的人體溫度測量調試了。因為缺少相應的測試和校準設備，所以無法對該系統的準確度進行系統地測試和評估。因此，在這里只能采用與水銀式體溫計的測量結果進行對比和分析。由于此系統是測量人體額頭的溫度，水銀體溫計主要是測量人體腋下的溫度，而事實上人體不同部位的溫度是不一致的，如表6.1所示：表6-1人體不同部位的正常體溫對比表身體部位額溫肛溫口溫液溫正常體溫35.9~37.636.6~3835.5~37.534.8~37.3水銀體溫計自其發明以來，在醫學界里就一直作為標準的人體測溫工具，所以這次的設計——便攜式紅外人體測溫儀就以水銀體溫計的測量值作為溫度調校基準。所以，只要系統基本達到水銀式體溫計的精度水平即可。但我們從表6.1中的數據可以得知：在測試條件相同的情況下，人體額頭溫度平均要比腋下溫度高出0.5℃左右，因此兩者的測量數據是有一定偏差的。所以，在兩者進行數據對比時，有零點幾攝氏度的差值是合理的。只要紅外人體測溫儀測量的體溫數據減去一個差值（大約為0.5℃），得到的結果接近水銀體溫計測得的數據，我們就可以認為它所測的數據是準確的。人的體溫隨一天中不同的時間而發生著不同的變化，同時也受其它外部條件的影響，比如年齡、性別、環境溫度以及濕度等的影響。所以，在不同的環境里、不同的時間段，測的同一個人的體溫也是不相同的。以下是人體正常額溫的參考數據：表6.2人體正常額溫的參考數據年齡組別正常額聞(℃）0~2歲36.4~38.03~10歲36.1~37.811~65歲35.9~37.665歲以上35.8~37.5在本次測量調試中，溫度采集分兩種形式進行采集，一種是用水銀式體溫計采集，另一種是用紅外人體測溫儀采集。其中水銀體溫計是測量人體腋下的溫度，紅外人體測溫儀是測量人體額頭的溫度。測量過程中，除測溫的方式不同外，其它因素全部相同（環境溫度、濕度、同一時間段、同一人體等等）。經過多次測量后，我們可以得到多組的體溫數據，以下是其中一組數據的圖表：表6-3水銀體溫計的測量數值測量次數12345678910溫度值（℃）36.836.936.936.836.736.936.836.836.936.8表6-4紅外測溫儀的測量數值測量次數12345678910溫度值（℃）37.337.137.237.337.237.137.437.237.237.0由上述測量溫度值表我們可以得知：水銀體溫計所測量出同一人體的體溫數值相對比較穩定，其誤差在±0.1℃左右；而紅外測溫儀由于其靈敏度高、容易受環境因素影響，所以測量的溫度值誤差會偏大一些，其誤差在±0.2

~

0.3℃左右。水銀體溫計所測得的人體溫度的平均值大約是36.8℃，而紅外測溫儀所測得的人體溫度的平均值大約是37.2℃，兩者相差0.4℃。這是由于人體耳道的平均溫度要比腋下的平均溫度更高一些，因此兩者的平均值存在差值是正常的。通過以上兩組數值的對比發現：此次的紅外測溫儀的設計還是成功地，基本上實現了人體溫度的測量。雖然存在誤差，但是都是在允許的范圍內，是可以不計的，能夠作為測量人體平均溫度的測溫儀使用。6.2本章小結本章主要講述了便攜式紅外人體測溫儀的調試和測量結果分析。通過調試和結果分析，我們可以看出，紅外測溫儀基本上實現了預期的結果，基本上可以準確測出人體的平均溫度。在此，本系統（便攜式紅外人體測溫儀）實現了設計方案所提出的功能和要求，真正做到了與水銀體溫計的精度相當，而且擁有許多水銀體溫計所沒有的優點：安全、快捷、方便等。其實，這次課題設計雖然成功了，但是還有很多的不足需要在今后的研究中一步一步地去完善。比如，在紅外測溫模塊，接收到的紅外線有來自周圍環境中的其它物體發出的，這樣就會使測的數據偏大或者偏小，造成誤差。針對這種誤差。就需要我們研究出一種可以過濾掉環境中的紅外線的測溫設備，或者是可以降低環境溫度的影響的測溫模塊。我相信，在以后的努力研究中，一定會突破難關，走向成功的。第七章總結與展望眾所周知，體溫是人體生命活動的基本特征，也是觀測人體機能是否正常的一個重要指標。所以體溫計無論是在日常生活保健和還是臨床診斷上，都是必不可少的計量器具。雖然傳統的水銀體溫計價格低廉、精度高，但也有許多弊端：不易讀數，水銀對人體有害，易產生污染等等。隨著科技的發展和現代醫療技術的需要，測溫技術也在不斷地改進和提高，通過努力研究，人們研究出了紅外線人體測溫儀，它是利用人體發出的特定波段的紅外線來測量出人體溫度的。這種紅外測溫儀無論是在大規模的檢疫中，還是在日常保健、臨床醫療中都發揮了重要的作用。本次課題設計是根據人們生活和醫療上的需要而研究和設計的，該論文首先講述了此課題的研究目的和意義

，以及在中外的一些研究成果和達到的水平階段。然后分析了紅外測溫原理，主要是弄明白溫度傳感器的原理以及它的一些特點。接下來就要進行方案的設計了，首先是分析所確定的幾種方案的設計特點和方法，其次是對兩種不同的方案進行對比和分析，最后是確定使用第二個設計方案作為最終設計方案。在該設計方案的整個系統中，從硬件設計上可以分為五個子模塊：單片機處理模塊、紅外測溫模塊、電源模塊、報警模塊和LCD顯示模塊。硬件設計是一個系統實現功能的前提條件。從軟件上可以分為三個程序模塊：主控程序模塊、紅外測溫模塊和顯示程序模塊，這是系統實現功能的核心部分，控制著整個系統的正常運行。然后就是實物的焊接，在這一塊最要注意的問題就是元器件的焊接，一定要保證每個元件焊接都非常準確，而且不能有虛焊、漏焊、錯焊的情況出現。我們已經在多次的課程設計中掌握了焊接的技術要領，相信不會出現錯誤的情況。最后就是系統的調試和分析了，這一步主要是測試產品的功能是否都能實現，都是正確的。紅外人體測溫儀的研究成功不僅給人們帶來了極大的方便，而且也給科研帶來了很大的研究價值和使用價值。紅外人體測溫儀給人們帶來的使用價值是無法估量的，它的使用價值必定超過它的研究價值。紅外人體測溫儀已經越來越多的被人們所使用，在各個方面都有所應用。無論是日常生活、臨床醫療、食品加工、工業生產等等，都已經被廣泛應用。正是紅外測溫儀的廣泛應用才顯示出它的絕對優點和特色，與其他類型的測溫計有著不可比擬的優勢。我們接觸最多的，也是最了解的測溫計就是傳統的水銀式體溫計。這種水銀式體溫計的工作原理是液體的熱漲冷縮性質，當體溫計遇熱時，儲存在體溫計下端的水銀球內的水銀會受熱膨脹，沿著玻璃管往上升，達到一定高度停止，然后根據玻璃管上的刻度讀數。這樣就會使測溫時間長、不易讀數，而且還容易破碎、造成水銀污染。我們都知道水印是有毒的，如果不慎人口，會使人體水銀中毒，產生嚴重的后果。但是，這種新型的紅外測溫儀就避免了這些弊端，不僅容易讀數、測量時間段，只需要0.5s的時間，而且還不容易破碎、無污染、測量攜帶方便、操作簡單。由此可以看出，紅外測溫儀比傳統的水銀體溫計更適合使用，現在已經可以完全取代水銀體溫計了。雖然，紅外測溫儀的成本更高一些，從幾十塊錢到幾百塊錢不等，但是它的靈敏度高、測量范圍廣、測量方便。目前的紅外測溫儀的最高精度一般在±0.2℃，還不能達到水銀體溫計的±0.1℃的偏差。所以，在測量的精準度方面還需要進一步的設計研究，這就要求我們要不斷的突破自己，不斷地創新。在不久的將來可以研究出可以避開被測物體周圍的環境溫度的影響，準確的顯示人體的溫度。就是把周圍環境溫度隔離開而不被檢測到，從而避免了環境溫度的影響，實現人體的準確測溫。這種設計出來的紅外測溫儀可以達到世界級的頂尖水平，最高精度應該可以達到±0.05℃，完全的取代其它類型的測溫設備。

但隨著科技的快速發展，紅外線人體測溫儀也在不斷地改進中。相信在不久未來，紅外線人體測溫儀可以更穩定、更精準、更廉價，從而可以完全取代傳統的水銀溫度計。致謝在本次畢業設計中，我首先要感謝我的指導老師齊仁龍老師，由于他孜孜不倦的指導，在做設計的過程不斷的詢問和提供無私的幫助，才有了我今天的設計成果。他對待工作認真、嚴謹細致、一絲不茍的作風，一直是我工作和學習中的榜樣，他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。當我遇到難點的時候，我首先想到的是我的指導老師，他對待學生就像對待自己的親人一樣，總是很認真、很細心的給與指導和幫助。對每一個學生的詢問總是細心的的給予講解、指導，幫助我們開拓研究思路、精心點撥、熱忱鼓勵。對自己的學生耐心之極，很令人欽佩，是優秀的師德，也是我們學習的榜樣，更是我們在以后的學習和工作中應該做到的一個準則。其次，我要感謝那些給與我幫助的同學和老師，是你們給與的無私幫助才讓我走向成功。如果沒有你們提供的幫助，我也可能順利的完成設計，是你們讓我懂得了團結的重要性。一個成功者，在他的背后都有一些默默給與幫助的人群，少了他們的幫助也不會走向成功地。在此，我鄭重的對你們說聲：謝謝，謝謝你們！參考文獻［1］李建中.

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附錄一：設計總體電路圖附錄二：實物連接圖附錄三：PCB圖附錄四：元器件清單名稱型號/規格數量備注單片機STC89C511電阻R10Κ1電容C110μf1電阻C230pf1LCD顯示屏16021溫度模塊TN9011三極管B5501電位器10Κ2晶振12МНz1蜂鳴器普通1腳座DIP401排座40引腳2開關K1輕觸開關1開關K2自鎖開關1插座DC0051萬用板9×151電池盒普通1附錄五：程序編寫#definecharunsignedchar#defineunitunsignedint#include<reg52.h>floatTemp;floatTempeh,Mb-temp;#include<TN9.h>#include<LCD.h>sbitK=P1^2;sbitLR=P1^0;sbitLG=P1^1;voidmain(){ Init_LCD(); LR=1; LG=0; while(K==1); Init_T(); while(1) { LR=~LR; TN_IRACK_UN(); TN_IRACK_EN(); TN_GetData(0x4c); MBTemp=Temp; LR=~LR; TN_IRACK_UN(); TN_IRACK_EN(); TN_GetData(0x66); HJTemp=Temp; Display(MBTemp,HJTemp); } sbitTN_ACK=P1^3;sbitTN_Clk=P1^4;sbitTN_Data=P1^5;ucharReadData[5];voidTN_IRACK_EN(void){ TN_ACK=0;}voidTN_IRACK_UN(void){ TN_ACK=1;}intTN_ReadData(void);voidTN_ReadData(ucharFlag){ uchari,j,k; bitBitState=0; for(k=0;k<7;k++) { for(j=0;j<5;j++) { for(i=0;i<8;i++) { while(TN_Clk); BitState=TN_Data; ReadData[j]=ReadData[j]<<1; ReadData[j]=ReadData[j]|BitState; while(!TN_Clk); } } if(ReadData[0]==Flag) k=8; } TN_IRACK_UN();}voidTN_GetData(ucharX){ TN_ReadData(X); Temp=(ReadData[1]<<8)|ReadData[2]; Temp=(float)Temp/16.00-273.15;}sbitrs=P2^7;sbitlcden=P2^6;ucharcodetable0[]=″Welcometothe″;ucharcodetable1[]="TN9System";ucharcodetable2[]="TargetT:00.0C";ucharcodetable3[]="MilieuT:00.0C";voiddelay_LCD(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_com(ucharcom){ rs=0; lcden=0; P0=com; delay_LCD(1); lcden=1; delay_LCD(1); lcden=0; }voidwrite_date(uchardate){ rs=1; lcden=0; P0=date; delay_LCD(1); lcden=1; delay_LCD(1); lcden=0; }voidInit_LCD(){ ucharnum; lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); write_com(0x01); write_com(0x80); for(num=0;num<16;num++) { write_date(table0[num]); } write_com(0x80+0x40); for(num=0;num<16;num++) { write_date(table1[num]); }}voidInit_T(){ ucharnum; lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); //時間 write_com(0x01); write_com(0x80); for(num=0;num<16;num++) { write_date(table2[num]); } write_com(0x80+0x40); for(num=0;num<16;num++) { write_date(table3[num]); }}voidDisplay(floatMT,floatHT){ uinttemp=0; if(MT>220.0||MT<-33.0) { write_com(0x80+9); write_date(''); write_date('E'); write_date('r'); write_date('r'); write_date('o'); write_date('r'); write_date(''); } elseif(MT>=0) { if(MT<10) { temp=MT*10; write_com(0x80+9); write_date(''); write_date(''); write_date('0'+temp/10); write_date('.'); write_date('0'+temp%10); write_date(0xdf); write_date('C'); } elseif(MT<100) { temp=MT*10; write_com(0x80+9); write_date(''); write_date('0'+temp/1