1、高等教育自學考試本科畢業論文紅外線測溫儀的設計考生姓名： 袁偉 準考證號： 011811306061 專業層次： 本 科 院 （系）：機械與電子工程學院指導教師： 唐曉慶 職 稱： 講 師 重慶科技學院二O一二年七月二十九日高等教育自學考試本科畢業論文紅外線測溫儀的設計考生姓名： 袁偉 準考證號： 011811306061 專業層次： 本 科 指導教師： 唐曉慶 院 （系）： 機械與電子工程學院 重慶科技學院二O一三年七月二十九日重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 中文摘要摘要在現代疾病預防檢測中，由于測量人數眾多，而時間也很緊迫。傳統的體溫計由于測量時間長、讀數麻煩、干擾物體的溫度場等

2、缺點，也已不能滿足人們的需求。但是有一種測溫儀要簡便的多了，那就是紅外線測溫儀，它可以通過非接觸式手段來測量人體的體溫，而且與傳統的測溫方式相比，具有響應時間短、非接觸、不干擾被測溫場、讀數方便、使用壽命長、操作方便等優點。可廣泛應用于醫院、機場、海關、車站等人口密集地區的體溫檢測。針對目前的這一狀況，本文在查閱了大量文獻資料的基礎上，以熱釋電紅外測溫技術作為參考，提出并設計了一種基于 51單片機的熱釋電紅外測溫儀。它以黑體輻射定律作為理論基礎，是光學理論和微電子學綜合發展的產物。紅外信號經過光學系統聚焦在熱釋電探測器上并轉變為相應的電信號，此信號經過放大、濾波、A/D轉換，再送到單片機中進行

3、數據的處理、補償，最后送到液晶顯示單元顯示。本文對系統設計中每個硬件部分的功能和設計思路做出了說明，并給出系統的軟件設計；方案以流程圖的方式介紹各個功能的具體實現，采用 51單片機對系統進行程序調試，軟件采用 C語言來編寫。另外還對測溫誤差因素進行分析，探討相應的抗干擾措施，最后對系統的進一步研究工作進行展望。關鍵詞：紅外測溫儀，單片機，熱釋電傳感器，溫度補償I重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 英文摘要Design of infrared thermometerAbstractIn the modern disease prevention and detection, because

4、 of the large number of measurements, and the time is pressing. The traditional thermometer readings due to long measuring time, trouble, the interference of the body temperature field defects, has been unable to meet the needs of people. But there is a thermometer is more, that is the infrared ther

5、mometer, which can measure the body temperature of a human body through non-contact method, and compared with the way of traditional temperature measurement, has the advantages of short response time, non-contact, no interference by temperature field, reading is convenient, long service life, conven

6、ient operation, etc. Can be widely applied to the dense population, airport, hospital, and other areas of the customs station temperature detection. In view of the present situation, based on lots of literatures, the pyroelectric infrared thermometer as a reference technology, propose and design a p

7、yroelectric infrared thermometer based on 51 single chip heat. It takes blackbody radiation law as theoretical basis, is a product of the development of optics theory and microelectronics. The infrared signal through the optical system focus on pyroelectric detector and converted to a corresponding

8、electrical signal, the signal after amplification, filtering, A/D conversion, and then sent to the processing, compensation data of the MCU, and finally to the liquid crystal display unit displays. The function and design of each hardware system design part describes the software design, and gives t

9、he system; scheme to chart the way specific realization of each function, using 51 single-chip microcomputer systems for program debugging, software using C language to write. In addition, the measurement error factors were analyzed, discusses the corresponding anti-jamming measures, finally, furthe

10、r research work on system prospect.Keywords: infrared thermometer，MCU，pyroelectric sensor，temperature compensationIII重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 目錄目 錄中文摘要I英文摘要II1 緒 論11.1 選題的意義11.2設計的目的11.3本文的研究內容12系統的測溫原理32.1輻射測溫原理32.2紅外線測溫儀的性能指標32.3紅外線測溫儀的特點42.4熱釋電傳感器的選擇42.5熱釋電效應53 系統的硬件設計73.1系統的整體設計73.2光學系統73.3放大電路73.4

11、轉換電路84系統的軟件設計104.1系統軟件總體設計104.2主程序設計104.3 51單片機114.4顯示與鍵盤設計134.4.1 LCD顯示程序設計134.4.2 鍵盤掃描程序設計145 系統性能檢測165.1 系統性能測試165.2 誤差分析與抗干擾設計176 結 論19致 謝20參考文獻21附錄22重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 1 緒論 1 緒 論1.1 選題的意義隨著人們生活水平的不斷提高和對生活質量要求的提高，所以人們對自身的健康狀況越來越關注，而人體的體溫、血壓、脈搏和呼吸是鑒別人體健康狀況的重要參數，所以他們在醫療領域中占有十分重要的地位，也為人們的生活帶來了極大的

12、方便。本次設計主要圍繞體溫這一生理指標展開，以熱釋電紅外測溫儀現階段的技術作為參考，提出并研制了一種基于 51單片機的高性能熱釋電紅外測溫儀。根據紅外線測溫儀的原理，通過關鍵器件的選擇以及溫度補償的自動調節來提高紅外線測溫儀的精確度，設計了一種非接觸式人體體溫測試儀，用于快速測量人體體溫。非接觸、高精度醫用紅外測溫儀的研究，對于公共場合、大流量人群的快速檢測具有重要的意義，它不僅具有巨大的商業價值，而且具有重大的社會價值。1.2 設計的目的生理參數是人體最重要、最基本的生命指標，對危重病人進行生命指標參數的監測是醫務工作者及時了解病情狀況的重要手段之一，它有利于對有生命危險的傷病員進行及時有效

13、的治療和搶救處理，完善病人的醫療護理以及研究人體對環境變化的反應都有著重要的意義。體溫是人體最基本的生理參數，許多疾病都能通過體溫的變化來預測，所以體溫計在醫療領域中占有十分重要的地位。設計的目的是在理論學習的基礎上，完成一個涉及51單片機多種資源應用，主要是目標的設計和編程的應用。1.3 本文的研究內容本課題研究的主要內容是設計一種可用于醫療領域的高性能的紅外測溫儀。在查閱了大量資料的基礎上，提出并研制了一種基于 51單片機的高性能熱釋電紅外測溫儀。它采用美國 ATMEL公司的 AT89C51作為主處理芯片，設計的紅外測溫儀具有配置簡單、擴展方便、可靠性高的特點，本課題主要研究工作如下：1.

14、在測溫系統原理和測溫方案分析的基本上，進行總體方案框圖的設計。 2.對硬件部分進行設計，完成光學系統，放大電路單元對微弱信號的提取，環境溫度測量單元等部分的電路設計。 3.對軟件部分進行設計，完成模塊的初始化、環境溫度處理單元、 A/D轉換、鍵盤與顯示部分的流程圖設計和相關部分軟件的編寫。 4.對系統進行誤差分析與抗干擾設計。9重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 2 系統的測溫原理 2系統的測溫原理2.1 輻射測溫原理紅外測溫儀的測溫原理是輻射定律，一切溫度高于絕對零度(-273.15)的物體，由于分子的熱運動，都在不停地向周圍空間輻射包括紅外波段在內的電磁波。物體向外輻射能量的大小及其

15、波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的聯系，其輻射能量密度與物體本身的溫度關系符合輻射定律。紅外輻射原理輻射定律：式中：為輻射出射度數，；為斯蒂芬波爾茲曼常數，；為物體的輻射率；為物體的溫度，單位；為物體周圍的環境溫度，單位。測量出所發射的，就可得出溫度。這種測量不需要與被測對象接觸，因此屬于非接觸式測量。在不同的溫度范圍，物體向外輻射能量的大小及其波長的分布還與它的表面溫度有著十分密切的聯系，物體的溫度越高，所發出的紅外輻射能力越強。在常溫（0100）范圍，能量主要集中在中紅外和遠紅外波長。用于不同溫度范圍和用于不同測量對象的儀表，而具體的設計也不同。可得儀表所測得的紅外輻射為：式中：為光學

16、常數，為被測對象的輻射率；為紅外溫度計的輻射率；為被測對象的溫度（K）；為紅外溫度計的溫度（K）。2.2 紅外線測溫儀的性能指標紅外線的性能指標主要分為：測溫范圍、顯示分辨率、精度、工作環境溫度范圍、重復性、相對濕度、響應時間、電源、響應光譜、尺寸、最大值顯示、重量、發射率等都是紅外線測溫儀的性能指標。其中重要的有：1、確定測溫范圍：測溫范圍是測溫儀最重要的一個性能指標。每種型號的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。2、確定距離系數（光學分辨率）：距離系數由D：S之比確定，即測溫儀探頭到目標之間的距離D與被測目標直徑之比。光學分辨率越高，測溫儀的成本也越高。3、確定波長范圍：目標材料的發射率和表面特

17、性決定測溫儀的光譜相應波長。4、確定響應時間：響應時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應速度，定義為到達最后讀數的95%能量所需要時間，它與光電探測器、信號處理電路及顯示系統的時間常數有關。5、環境條件考慮：測溫儀所處的環境條件對測量結果有很大影響，應予考慮并適當解決，否則會影響測溫精度甚至引起損壞。6、紅外輻射測溫儀的標定：紅外測溫儀必須經過標定才能使它正確地顯示出被測目標的溫度。2.3 紅外線測溫儀的特點紅外線測溫儀是通過接收人體發射的紅外線的能量的大小來測量其體溫的儀器。測溫儀內部的探測元件將采集的能量信息輸送到微處理器中進行處理，然后轉換成溫度讀數顯示。所以它具有以下這些優點：非接觸測

18、量：它不需要接觸到人體，只需在額頭前方5厘米左右測溫即可，而且紅外探測器只需感應人體輻射的紅外線。因此，不會干擾人體，也不會為人體帶來損傷。測量范圍廣：因為紅外線測溫儀是非接觸式的測溫儀表，所以測溫儀并沒有較高的溫度要求，在正常的溫度或測溫儀允許的條件下進行測量，所以測量范圍比較廣。測溫速度快：即響應時間快。紅外探測器中靈敏元非常靈敏，只要接收到目標紅外輻射即可在短時間內測溫。準確度高：人體紅外測溫不會與普通測溫一樣破壞物體本身溫度分布，因此測量精度高，體積小，方便攜帶。2.4 熱釋電傳感器的選擇熱釋電器件是一種近十幾年發展起來的新型紅外傳感器，在紅外檢測領域中占有越來越重要的地位，廣泛用于紅

19、外測溫、紅外報警、工業過程自動監控、光譜分析、紅外攝像和空間技術等很多方面。而本次設計的探頭使用的是紅外線傳感器，它能接收人體發射出的紅外線并使之轉換成電壓信號。RE200B 是由菲涅耳透鏡、熱釋電紅外傳感器及電子電路組成的一種光電檢測裝置，RE200B 采用雙靈敏元互補的方法抑制溫度變化產生的干擾，提高了傳感器的工作穩定性。其內部采用了2個熱釋電元件PZT 板，PZT 板表面吸收紅外線，并在受光面的內外各自安裝取出電荷的一對電極，能敏感的捕捉到被測物體或光源，具有很高的靈敏度。2個受光電極反向串聯，可有效地防止背景波動以及干擾光照射時的誤動作對傳感器的影響。當2個受光電極同時受到紅外線照射時

20、，輸出電壓相互抵消而無輸出，只有當人體移動時才有電壓的輸出。RE200B芯片的主要性能如表2-1所示，表中特性指標是在源極電阻 Rs=47K條件下測定的。表2-1 RE200B 主要性能型號RE200B靈敏元面積2.0×1.0mm2平均透過率>75%源極電壓0.41.1V （VD=10V，Rs=47K，25）工作電壓2.215V （VD=10V，Rs=47K，25）工作電流8.524A （VD=10V，Rs=47K，25）工作溫度-2070儲存溫度-3580噪聲<200mV(420K,0.33Hz)視場139°×126°2.5 熱釋電效應當一

21、些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產生的電極化現象，被稱為熱釋電效應。早在1703 年左右人類就發現了熱釋電效應，但由于種種條件的限制，以及無法克服來源不明的準直流噪聲干擾，一直未能成功地把該技術用于非接觸式測溫。通常晶體自發極化所產生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發極化電性不能表現出來。某些晶體(如：PZT，LiTaO3，PVFZ)的表面接受了紅外線的輻射能量，其表面產生溫度變化，隨著溫度的上升或下降，這些物質表面上就會產生電荷的變化。熱釋電紅外傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監測范圍內溫度

22、有T 的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷Q，即在兩電極之間產生微弱電壓V。熱釋電探測器檢測到變化的溫度，經光電轉換后，變成一個交流電壓信號供信號處理電路進行處理。設被測目標的溫度為T1，環境溫度為T2，被測目標輻射率為1，環境的輻射率為2，則傳感器的輸出信號可表示為： 相應的輸出電壓： 式中的1表示被測目標輻射率；2表示目標背景輻射率； 表示斯蒂芬-玻耳茲曼常數； S 為熱釋電響應特性及物體表面發射率有關的常數。重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 3系統的硬件設計 3 系統的硬件設計3.1 系統的整體設計紅外測溫儀的系統組成如圖 3-1 所示，主要由光學系統、光電轉換、信號處理

23、、顯示輸出等部分組成。光學系統完成視場大小的確定，熱釋電探測器用來將聚焦在探測器上的紅外能量轉換成電信號，經過放大、濾波后進行模數轉換，并送至單片機進行信號處理，液晶顯示單元顯示出被測目標的溫度值。圖3-1測溫系統結構框圖3.2 光學系統紅外測溫儀光學系統的作用是重新改善光束的分布，更有效地利用光能。紅外光學系統的使用可大大提高靈敏面上的照度，從而提高儀器的信噪比，增大系統的探測能力。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零件及其位置確定，主要由濾光片和菲涅爾透鏡組成，以濾除514um以外的紅外線，并達到聚焦的目的。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

24、號經過放大器和信號處理電路，并按照儀器內療的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。3.3 放大電路由于傳感器探測到的人體紅外線信號較弱，當轉化為電壓后需要通過放大器放大電壓信號。因為探測器測到的信號可能摻雜了外界環境的某些因素，所以放大電路中要加入低通濾波電路把多余的雜信號過濾掉。放大電路如圖3-2所示：圖3-2 放大部分電路放大器電路采用集成運放LM358，其特點是低失調、低噪聲、低漂移，廣泛用于精密儀器放大器、傳感放大器等場合。紅外傳感信號由LM358 的管腳3 端口進入放大電路，圖中電容C9 用于濾除信號中的直流信號，電路中阻值為500K 的可調電位器Rv1，用來對傳感器輸出信號

25、的增益進行調節。管腳7 端口將放大后的紅外傳感信號送往信號采集電路單元進行模數轉換。3.4 轉換電路傳感器探測到紅外線后被放大的是模擬信號，然而需要在LED上顯示出來，所以本設計利用模數轉換器來實現這個功能。因為只用到了一個輸入信號，所以為了節省不必要的累贅，采用ADC0804把有用的模擬信號轉換成數字信號，最后顯示出來。ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數轉換芯片。分辨率8位，輸入電壓范圍是05V, 增加一些外部電路后，輸入模擬電壓為±5V。此芯片內有輸出鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在CPU數據總線上，不用再加接口電路。引腳名稱及意義如表3

26、-1所示：表3-1 ADC0804引腳名稱及意義引腳名稱功能信號方向有效電平備注Vin（+）接模擬信號輸入單極性Vin（-）接模擬信號輸入雙極性D0D7數據輸出輸出AGND接模擬信號地輸入低DGND接數字信號地輸入低CLK IN時鐘脈沖輸入外電路提供CLK R外接電阻輸出與CLK IN端配合CS片選信號端輸入低WR寫信號輸入低啟動轉換RD讀信號輸入低讀取轉換結果INTR轉換結束輸出低Vcc電源輸入高Vref基準電壓輸入表征輸入信號范圍本設計采用了CLK R端口和CLK IN端口配合，芯片本身產生時鐘脈沖的方法，A/D轉換器Vin（+）端口接收到經處理過的模擬信號在內部進行模數轉換，片選端口CS

27、和WR寫信號輸入端口同為低電平時啟動轉換，因為0804內部有輸出鎖存器，轉換后的數字信號存在鎖存器里，當CS、RD同為低電平時，可以讀取轉換輸出的數字信號，由A/D模數轉換器的D0D7端輸出，接入AT89S52單片機的P0口的P0.0P0.7，經過程序燒制顯示到LED顯示屏上。重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 4系統的軟件設計 4 系統的軟件設計4.1 系統軟件總體設計紅外測溫系統的軟件設計采用模塊化的設計思想，把一個復雜的軟件設計分成幾個相對簡單的部分予以解決13。因為本論文完成的功能是測溫，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，而對其它程序做了簡要的介紹，系統軟件總體

28、設計框圖如圖4-1 所示。圖4-1 系統軟件總體框圖4.2 主程序設計軟件是整個紅外測溫系統的核心，是一個完整的系統不可缺少的一部分。在設計中需要考慮到系統軟件的低功耗設計、軟件的運行效率以及軟件的開發效率、可維護性及易升級性。單片機軟件設計采用循環系統設計，應用程序是一個無限循環，循環中調用相應的函數完成相應的功能。當啟動紅外測溫儀時，測溫程序無限循環的對探測器的輸出信號進行采樣，當過一段時間無操作時自動關閉紅外測溫儀以降低功耗。系統軟件設計的功能主要包括以下幾個方面。1. 對環境溫度檢測的控制。2. 對目標數據采樣的控制。3. 通過軟件算法對數據進行處理和環境溫度的補償。4. 處理后的數據

29、送到 LCD 進行顯示。5. 通過按鍵進行參數的輸入與溫度轉換顯示。為了提高系統的開發效率和軟件的性能，整個紅外測溫系統的程序采用C 語言編程方式，程序在執行過程中，首先通過初始化程序完成系統的初始化過程，然后跳轉到應用程序。4.3 51單片機控制部件選擇ATMEL公司生產的AT89C5l型單片機。AT89C5l是一種低功耗、高性能的8位單片機，片內帶有4KB的Flash可編程可擦除只讀存貯器，它采用CMOS工藝和高密度非易失性存貯器技術，而且引腳和指令系統都與MCS-51兼容。片內的Flash存貯器允許在系統內可改編程序或用常規的非易失性存貯器編程器來編程。AT89C5l是一種功能強、靈活性

30、高且價格合理的單片機，可方便地應用在各種控制領域。（1）結構框圖AT89C5l的結構框圖如圖4-2所示。它具有如下的主要特征:4KB可改編程序的Flash存貯器(可擦寫1000次)；全靜態工作頻率: 24MHz；三級程序存貯器保密；128字節內部RMA；32條可編程I/O線；2個16位定時器/計數器；6個中斷源；可編程全雙工串行通道；片內時鐘震蕩器 。圖4-2單片機結構框圖AT89C5是用靜態邏輯來設計的，其工作頻率可下降到OHz，并提供兩種可用軟件選擇的省電方式，即空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數器、串行口和中斷系統都繼續工作。在掉電方式中，片內振蕩器

31、停止工作，由于時鐘被“凍結”，使一切功能都暫停，只保持內部RAM的內容，直到下一次硬件復位為止。（2）AT89C51的引腳AT8C951引腳采用雙列直插式封裝(DIP)或方形封裝。雙列直插式封裝的如圖4-3所示，共有40個引腳，下面將對這些引腳進行說明。圖4-3 AT89C51的引腳主電源引腳1)Vcc:電源端。2)GND:接地端。外接晶體引腳XTAL1和XTAL2：1)XTAL1:接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩信號源時，該引腳接收外部振蕩源的信號，即把此信號直接接到內部時鐘發生器的輸入端。2)XTAL2:接外部晶體的另一個引腳。在單

32、片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩信號源源時，此引腳應懸浮不連接。控制或與其它電源復位引腳RTS。RST：復位輸入端。當振蕩器運行時，在該引腳上出現兩個機器周期的高電平將使單片機復位。在對Flash存貯器編程期間，該引腳也用于施加編程語序電源。輸入/輸出引腳P0.0-P0.7、Pl.O-P1.7、P2.0-P2.7。1)P0端口(PO.0-PO.7):P0是一個8位漏極開路型雙向I/0端口。作為輸入口用時，每位能以吸收電流的方式驅動8位TTL輸入，對端口鎖存器寫“1”時，又可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數據時，它是分時多路轉換的地址(低8位)/數據總線，在訪問期

33、間激活了內部的上拉電阻。在對Flash編程時，PO端口接收指令字節;而在驗證程序時，則輸出指令字節。驗證時，要求外接上拉電阻。2)P1端口(P1.0-P1.7):P1是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。Pl的輸出可驅動4個TTL輸入。作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對Flash編程和程序驗證期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。3)P2端口(P2.0-P2.7):P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。P2作輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會

34、輸出一個電流。4.4 顯示與鍵盤設計4.4.1 LCD顯示程序設計SMCl602 顯示屏可顯示2 行16 個字符，當測溫時，顯示3 位被測數據，可精確到0.1，SMCl602 的基本操作時序為：(1) 讀狀態：輸入：RS=L，RW=H，E=H； 輸出：D0D7=狀態字(2) 寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7 為指令碼，E=高脈沖；輸出：無(3) 讀數據：輸入：RS=H，RW=H，E=H；輸出：D0D7=數據(4) 寫數據：輸入：RS=H，RW=L，D0D7=數據，E=高脈沖；輸出：無軟件設計中另外一個需要注意的是注意時序的配合，在寫操作時，首先應設置RS、R/W 的狀態。然后再設置數

35、據，最后產生E 信號的脈沖，讀完以后再將E、Rs、R/V 信號復位，SMC1602 液晶顯示的程序流程圖如圖4-4 所示。圖4-4 LCD顯示流程圖當開機后，系統首先對LCD 進行初始化設定，SMCl602 液晶顯示模塊是使能顯示器件，所以在每條指令之前需要確認模塊的忙標志，如果其為低電平，則表示不忙，否則失效。另外，由于寫入顯示地址時要求數據位的最高位恒定為高電平，顯示字符的實際地址應為實際地址+(80H)。4.4.2 鍵盤掃描程序設計鍵盤共有6 個按鍵，分別為開機鍵、復位鍵、溫度上下限設置鍵、環境溫度顯示鍵、人體溫度顯示鍵。當按下開機按鍵后，首先定義相應的鍵盤控制引腳為輸入模式。當有鍵按下

36、時，被按下的引腳為低電平；當沒有按鍵按下時，引腳狀態為高電平。通過判斷引腳狀態的電平就可確定是否有按鍵被按下，鍵盤的掃描程序流程圖如圖4-5 所示。圖 4-5 鍵盤掃描流程圖通常按鍵所用開關為機械彈性開關，在按鍵閉合和斷開的瞬間均伴隨著一連串的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為510ms。本系統采用軟件方法消抖，當單片機響應鍵盤中斷后，首先進入按鍵延時程序，當有一按鍵按下時，軟件延時10ms 后再判斷鍵狀態，如果仍有鍵按下的狀態，則確認該按鍵按下，否則作為按鍵抖動處理，從而消除了抖動的影響。18重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 5系統性能檢測 5 系統性能檢測5.1 系統

37、性能測試紅外測溫儀只有經過嚴格定標后才能用于人體體溫測量，系統通過數據測試，修正程序中的算法參數，提高測溫儀的精確度。關于定標，設計中采用了自身定標的方式，即采樣后的數據用數理統計學中的“相關分析方法”，求出紅外測溫儀接收到的紅外輻射信號和被測對象的溫度之間的具體函數關系。根據這種函數關系可以對它進行溫度的定標，并且運用新的紅外測溫方法避開了輻射率修正的困難，但是仍然有一定的誤差。在現有設計的基礎上采用黑體爐進行標定，根據替代法原理，用準確度高的“標準儀器”來對紅外測溫儀做現場性測試、校準。以便提高紅外測溫儀的準確度。1測量環境室溫環境 2630，檢測設備為標準黑體爐，黑體空腔發射率為0.99

38、5，測量單位： 。2測量內容使用標定后的紅外測溫儀與水銀體溫計對人體和水進行距離和分組溫度測試，統計測量對比結果。紅外測溫儀測量人體溫度時，將光學系統對準人的額頭進行測量，且保證額頭無汗水，因有汗水會降低測溫精度。3測量結果(1) 使用水銀體溫計測量到某人體溫36.8和水溫40.0，在不同測量距離內，使用標定后的紅外測溫儀測量上述人體溫度和水溫，將測量后的溫度結果進行統計，統計結果如表5-1 所示。表5-1 測溫距離對比表 距離/溫度/691215182124273033體溫36.836.636.736.736.937.237.437.637.938.138.3水溫40.039.940.040

39、.140.140.640.941.541.942.142.4由表5-1 可知，在不同距離內使用紅外測溫儀測量，發現紅外測溫儀的測溫精度隨測溫距離的增加而下降。為了保證紅外測溫儀的測溫精度，測溫距離控制在615cm 范圍內。(2) 在615cm 范圍內，使用紅外測溫儀和水銀體溫計對水溫以分組測量的方式確定紅外測溫儀的測溫精度，測量統計結果如表5-2 所示。表5-2 水溫測試對比表水溫測試/測試編號12345678910水銀體溫計42.141.240.139.138.237.036.135.534.133.0紅外測溫儀41.941.339.938.937.936.835.935.733.932.9

40、(3) 在615cm 范圍內，使用紅外測溫儀和水銀體溫計對人體溫度進行分組測量的方式進一步確定紅外測溫儀的測溫精度，測量統計結果如表5-3 所示。表5-3 體溫測試對比表人體測試/測試編號12345678910水銀體溫計36.336.136.436.836.237.236.036.335.936.9紅外測溫儀36.236.036.536.736.137.035.936.435.836.8由表5-2 和5-3 可知，紅外測溫儀可取代水銀體溫計進行溫度測量，但由于測量環境與時間的局限性，本系統測溫數據有待進一步采集，更好的修正程序參數，使紅外測溫儀的測溫精度符合人體的測溫要求，達到醫用水平的標準。

41、5.2 誤差分析與抗干擾設計紅外測溫儀為非接觸式測溫系統，因而其誤差的來源是多種多樣的。為了減少誤差對系統的干擾，提高測溫系統的可靠性，系統必須進行抗干擾設計。1系統誤差分析除了前面所提到測溫距離、環境因素可以影響系統的精度外，其它的一些因素也會影響到紅外測溫儀的測量精度。(1) 光學系統造成的色差、球差以及像的畸變，鏡頭的污染等直接影響紅外輻射能量進入紅外測溫系統，在一定程度上會影響紅外測溫儀的測量精度。(2) 黑體是理想的物理模型，試驗中所使用的標準黑體爐空腔發射率為0.995，而不是1，存在一定的誤差。(3) 系統在進行數據計算時，由于單片機精度的限制和計算中的取舍問題，造成了測得的實際

42、數據與原始數據存在一定的偏差。(4) 大多數有機物和涂有油漆或氧化的表面具有0.95 的發射率，人體的皮膚，其輻射率為0.98。常用的低價位紅外測溫儀采用了周定的0.95 的發射率，發射率不同會對測溫帶來一定的影響。2系統抗干擾設計針對上述紅外系統的誤差，采用一定的措施加以改進，以減小系統的測溫誤差，提高系統的測量精度。(1) 采用反射性能優而吸收系數又比較小的反射材料，減小非近軸光線帶來的誤差和球差，同時保持光學平面的清潔。(2) 采用發射率盡可能高的標準儀器進行溫度定標，盡量多采集一些數據，取其平均值作為定標值，以降低定標誤差。(3) 軟件設計時，采用循環系統測量參數，求其參數最大值，從而

43、得到更精確的算法，以減小系統的取舍誤差。(4) 由于本課題主要針對人體測溫，故人體的發射率取為0.98，環境的發射率取0.95。重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 6 結論6 結 論熱釋電紅外測溫儀是根據熱釋電效應而制成的一種新型的紅外測溫儀，它具有不需制冷、能在室溫下工作、抗干擾能力強、靈敏度高、光譜響應寬、性價比高等優點。由于它在這些方面突出的優點，使得其近年來發展十分迅速，獲得了廣泛的應用。本文在輻射測溫的基礎上，采用熱釋電傳感器，結合單片機芯片高性能，低功耗和低成本的優點，開發了一個適用于醫療的熱釋電紅外測溫儀，課題采用PHILIPS 公司的性能優越的AT89C51 作為主處理器

44、，簡化了硬件電路的設計，增強了系統的處理能力，主要完成了軟件和硬件的設計以及一些干擾的處理。爭取能夠在此基礎上設計出更先進、功能更強大、結構更簡單的智能化儀器。26重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 致謝 致 謝經過將近一個月的忙碌和工作，本次畢業設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促指導，想要完成這個設計是難以想象的。我要在這里對他們表示深深的謝意！ 首先感謝我的指導老師唐曉慶老師，感謝唐老師對本論文從選題、構思、資料收集到最后定稿的各個環節給予細心的指引和教導，使我對本次設計有了深刻的認識，并最終得以完成畢業論文

45、，同時，在此次畢業設計過程中我也學到了許多關于單片機和傳感器方面的知識，實驗技能有了很大的提高。其次要感謝和我一起作畢業設計的同學們，他們在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業設計。因為有了他們的努力工作，此次設計的完成才會如此順利。最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝！重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業論文 參考文獻 參考文獻1齊文娟. 發射率對紅外測溫精度的影響D. 長春:長春理工大學, 2006, 3. 2戴景明. 輻射測溫的發展現狀與展望J. 自動化技術與應用, 2004, (3): 1-5.3張德云, 張玉華. 紅外測溫儀

46、探熱的質量保證J. 中國國境衛生檢疫雜志. 2003, 26(5):271-274.4蔣凱, 葉樹明等. 高精度醫用紅外測溫儀的開發J. 計算機工程, 2004, 30(23): 168-171.5安毓英, 劉繼芳, 李慶輝. 光電子技術M. 北京: 電子工業出版社, 2010.6王慶有. 光電傳感器應用技術M. 北京: 機械工業出版社, 2007.7苗玉杰. 醫用紅外測溫儀的研究D. 燕山大學碩士學位論文, 2004.8石順祥, 王學恩. 物理光學與應用光學M. 西安電子科技大學出版社,2008.9劉福杰, 王浩靜, 范立東. 紅外測溫儀原理及其在應用中注意的問題J. 現代儀器. 2007,

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