非接触体温测量仪

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1、第一章 绪论1.1体温计的发展随着2003 年非典的袭击，在我国迅速诞生了一支专门抗击非典的医疗仪器队 伍，特别是在红外体温检测仪的研发方面取得了突出的成就。国家相关部门也在重 点强调非接触式体温计的研发。随着现代科技的发展,新材料、新工艺的运用,各式各样的体温计陆续出现,探 测方式不断改进。国内外体温计的发展大致分为三个阶段。第一阶段是常见的玻璃 水银体温计；第二阶段是电子体温计；如今应用最为广泛的是非接触式红外体温 计。水银体温计虽然价格便宜但是有诸多弊端：首先，水银体温计遇热或安置不 当，体温计容易破裂。其次，人体接触水银后会中毒，中毒症状是恶心、头痛、腹 泻、脱发等，严重者会造成血液凝

2、固。因为水银有剧毒，一旦它污染了水源或食 物，可以对人的肾脏、肺等造成极大的伤害，水银也能加速人神经系统退变。最 后，采用水银体温计测温需要相当长的时间(5minlOmin)，使用不便。电子体温计是采用热敏电阻测量温度的，电子体温计能快速准确地测量人体 温度，与传统的水银玻璃体温计相比，具有读数方便、测量精度高、能记忆并有蜂 鸣提示的优点，尤其是电子体温计不含水银，对人体及周围环境无害，特别适合于 家庭、医院等场合使用。但采用电子体温计测温也需要较长的时间，同样使用不 便。非接触式红外体温计是根据黑体辐射原理通过测量人体辐射的红外线而测量 温度的。它用的红外传感器只是吸收人体辐射的红外线而不向

3、人体发射任何射线， 它采用的是被动式且非接触式的测量方式，因此红外体温计不会对人体产生辐射伤 害且价格低，体积小，实现了体温的快速准确测量，具有稳定性好，精度高，测量 安全，使用方便等特点1。非接触式人体体温测试仪的设计技术目前已经达到成熟，本文详细的介绍在 国内外已有技术的基础上，此设计开发的全过程。此设计涉及单片机，传感器等诸 多方面的知识，主攻方向在于温度的采集和处理，达到体温能够准确显示的预期效 果。1.2 单片机的应用领域目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机 的踪迹。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备 的智能化管理及过程控制

4、等领域，大致可分如下几个范畴：智能仪器仪表上的应用工业控制中的应用家用电器中的应用计算机网络和通信领域中的应用片机在医用设备领域中的应用各种大型电器中的模块化应用此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分 广泛的用途2。1.3传感器的重要作用信息技术已成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转 换、传输和处理的功能器件传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动检 测，自动控制系统中不可缺少的核心部件。传感器技术正深刻影响着国民经济和国 防建设的各个领域。传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环 节，是信息的源头，又是信息社会赖以存在和

5、发展的物质与技术基础。现在，传感 器技术与信息技术，计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱。可以 设想，如果没有高度保真和性能可靠的传感器，没有先进的传感器技术，那么信息 的准确获取就成为一句空话。信息技术和计算机技术就成了无源之水。目前，从宇 宙探索，海洋开发，环境保护，灾情预报到包括生命科学在内的每一项现代科学技 术的研究以及人们的日常生活等，几乎无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。 可见，应用，研究和开发传感器技术是信息时代的必然要求。因此，可以毫不夸张 的说：没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展3。1.4设计的目的与意义生理参数是人体最重要、最基本的生命指标,对危

6、重病人进行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一,它有利于对有生命危 险的伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理，完善病人的医疗护理以及研究人体对 环境变化的反应都有着重要的意义。其中体温是人体最基本的生理参数，对于日常护理和病情检测都是非常重要 的。有许多疾病都能通过体温的变化来预测，所以体温计在医疗领域中占有十分重 要的地位。人体体温测试仪应用范围不仅仅局限于医学，在消防上消防员在扑火的 同时也要对自己的体温做到了解，如果体温过高或者心率过快就要及时撤离，以免 发生危险；军事上用于部队训练，必须实施随时监测，体温使训练能够在良好的体 征下进行，提高效果。因此，在许多领域都

7、需要这种测试仪对人体体温进行精确测 试。此设计的目的是在理论学习的基础上，通过完成一个涉及 MCS-51 单片机多种 资源应用，并具有综合功能的小目标板的设计与编程应用，并在进行相关课程设计 基础上进行的一次综合设计。通过查阅资料，接口设计，程序设计，安装调试，整 理资料等环节，从而掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，熟悉开展科学实践 的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础，学会灵活运用已经学过 的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。因此研制一套可应用于个人家庭、方便携带、结构简单、测量速度快、实时 性好的人体体温测试仪尤为重要。人们可以足不出户，在家中可随时对自

8、己生理指 标进行测试，监测自己的身体状况，做到提前预防，提高生命质量。第二章设计方案2.1设计任务我们根据红外线测温仪的原理，通过关键器件的选择以及温度补偿的自动调 节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种红外线测温电路，用于对人体温度的 快速测量。我们要设计的红外体温计其测量范围是35C42C，且精度为0. 1C。在该设计中，以AT89S52单片机为主体，配有高精度放大器和8位ADC，测 量值用数码管进行温度显示。2.2设计思想外测温仪是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

9、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显示输出。其中要解决的问题有：体 温信号的非接触测量、微弱电压信号的放大、传感器的环境温度补偿等。其中体温 测量选用红外热释传感器ZTP135S-R、0P07进行电压放大、ADC0809进行模数转 换、系统控制及数据处理等功能都用AT89S52单片机实现，通过串行显示器接口芯 片HD7279,同时驱动共阴极LED数码管进行显示。2.2.1 硬件设计思想在一个系统的硬件设计中应选择合适型号的单片机后，进行系统所需的扩展 和配置。按照系统功能要求进行扩展和配置外围设备。要设计合适的接口电路，系 统的扩展和配

10、置应遵循以下原则：1 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模 块化打下良好的基础。本次设计选取的是 AT89S52 单片机。2 系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有 适当余地，以便二次开发。3 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。4 可靠性及干扰设计是硬件设计必不可少的一部分。5 单片机外围电路较多时，应考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作 不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。6 工艺设计必须考虑安装、调试、维护的方便。7 本次设计首先选择设计所需 AT89S52 芯片，根据实际要求利用 Protel

11、软件 绘制课题的原理图和 PCB 图，并根据绘制的原理图和 PCB 图接线及焊接电路板，外 围设备电路简单，干扰较小。2.2.2 软件设计思想单片机应用系统中软件的设计在很大程度上决定了系统的功能。软件的资源 细分为系统理解部分、软件机构设计部分和程序设计部分。1系统理解是指在开始设计软件前，熟悉硬件留给软件的接口地址，I/O 口 方式，确定存储空间的分配，应用系统面板控制开关、按键、显示的设置等。2 软件结构设计要结合单片机所完成的功能确定相应的模块程序，比如一般 子程序、中断功能子程序的确定。确定模块程序运行的先后顺序，绘制程序整体流 程图。3 程序设计和其他软件程序设计一样，首先要建立数

12、学模型，选定数学算 法，绘制具体程序流程图，做好程序接口说明。然后选取编程语言（汇编语言或c 语言）。本次课题的软件设计采用的是模块化设计，使用汇编语言编写程序，结构清 晰简捷。2.3系统结构设计2.3.1 所用元器件此次设计所需的传感器、主要芯片如下所示：传感器：红外热释传感器ZTP135S-R 主机：ATMEL 89S52 A/D 转换：ADC0809显示器：数码管显示器LED键盘/显示芯片：HD72792.3.2总体方案设计此系统是通过红外热释传感器ZTP135S-R采集人体体温并以电压信号的形式输出并进行放大，然后将模拟电压信号通过模数转换器转换成与之对应的数字量经单片机对数据的非线性

13、处理及分析，通过显示芯片HD7279驱动数码管即完成一 次体温的测量，从而可进行循环温度采集。整体框图如图2.1所示第三章系统硬件设计方案3.1AT89S52单片机简介AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K的系统可编程 Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规 编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标 准功能：8k字节Flash

14、，256字节RAM， 32位1/O 口线，看门狗定时器，2个数 据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至OHz静态逻辑操作，支持2种软件 可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、 中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工 作停止，直到下一个中断或硬件复位为止4。AT89S52单片机的主要特点是：与MCS-51单片机产品兼容;8k可反复擦写（1000次）Flash ROM；全静态操作：0Hz33Hz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O 口线；

15、3个16位定时器/计数器；8个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒看门狗定时器及双数据指针；掉电标识和快速编程特性； 引脚功能：PDIFIL：小tl匚 宪詳：” 1 C 心匚 =1 J C PaiC ： =沙匚 M55； s-5RETC ；：倾匚 :TVS! 53 1 E :丽;珂Z匚 冈羽、匚 It； 3 4 C (T3JP35C 测!羽占亡 (KB； -PSTL XTAL2C XTaL i iSiDCf4G137 VW1553J332-051!1JOK話为Bi17胡:巧S3？塔3011 VCC PC 1 Q)Z1WZM Pfrj :心. 汨=m c s- ：*： n 口 iSVFP LLKU =3h ?r 7 4*1 Ef 71&2- ；A14：= ?Z= ；ik13； 二琏百MR P3(A1tlZliyklD- 32:3 剧JAT89S52引脚图如图3.1所示:PDIPT5! 513C ：T2 EM) P l.l C m匚 ?匚