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1、人体红外测温仪的设计毕业设计论文 目 录摘要IAbstractII第一章 红外线测温仪的研发背景11.1 红外测温仪的实际应用11.2 红外测温技术的发展历程1第二章 人体红外测温仪的原理和特点22.1 人体红外线测温仪的理论依据22.2 人体红外线测温仪的性能指标及作用22.3 影响温度测量的主要因素及修正方法32.4 人体红外线测温仪的特点5第三章 人体红外测温仪的硬件设计63.1 总体设计63.1.1 整体框图设计63.1.2 电路设计73.2 温度传感器83.3 放大电路的设计83.4 模数转换部分电路93.5 LCD1602显示电路10第四章 软件设计125.1 红外测温仪的使用注意
2、事项155.2 改进方案155.3 推广及应用15参考文献16致 谢17附录1 PCB板图18附录2 3D效果图19附录3 程序20人体红外测温仪摘要:为了克服传统温度计测量温度的主要缺点?需要测量者与被测目标近距离接触和测量不方便。在顾及仪器测量高精度前提下,以追求最低成本为原则,研制了非接触式热释电红外测温仪,实现了对物体表面温度快速准确的测量。本文也设计了红外测温仪的整体系统构架。根据热释电原理,主要针对人体体温测量进行了具体的设计开发,开发包括整体方案,硬件电路,单片机程序和主机程序。并利用设计出来的红外测温仪在环境温度30下对人体温度和水温进行了测量,对人体的温度测量的误差低于0.1
3、,提高了测量精度。人体测温仪的设计主要为适应人体体温快速无接触测量的需要。主要介绍热释电红外传感器的工作原理以及最适宜人体红外线检测的热释电传感器PM611的优点和等效电路,阐述了基于热释电传意器的红外测温仪的工作原理,讨论了该系统的设计与实现方法,简单介绍了测温系统的适用条件。关键词:温度测量,热释电,AT89C51Temperature measuring based on body infrared rayAbstract: To decrease the limitation of traditional method of temperature measuring such as
4、close contact between measurer and the target and inconvenience when measuring, we developed a non-contact type piezoelectric infrared thermometer, realizes fast and accurate surface temperature measurements. This article also designed the overall system architecture infrared thermometer. Then under
5、 the piezoelectric principle, aimed at human body temperature measurement for a specific design, development including hardware, peripherals technology, SCM, and the host programDesigned by using the infrared thermometer at ambient temperature 30,temperature and water temperature on the human body w
6、ere measured on the human body temperature measurement error is less a 0.1 improve the measurement accuracy. This thermometer mainly applies to no-contact, speedy body-heat measurement. This article mainly introduces operational principles of piezoelectric infrared sensor and the structure of hydroe
7、lectrically sensor PM611.It formulates the theory of the thermometer based on hydroelectrically sensor and studies how to design and implement of the system.Finally,it indicates the conditional demand of the system.Key words: temperature measurement, piezoelectric,AT89C51第一章 红外线测温仪的研发背景1.1 红外测温仪的实际应
8、用 由于医学发展的需要,在很多情况下,一般的温度计己经满足不了快速而又准确的测温要求,例如车站和机场等人口密度较大的地方进行人体温度测量。虽然现在国外这种测温的技术都比较成熟,但是国内这方面的技术还处于发展阶段。因此,为了适应医学发展的需要,有效地进行特殊环境下的温度测量,从而有力地控制和预防诸如甲流、非典之类型的特殊疾病的传播,急需设计一种测温速度快,准确率高的测温仪。针对一般的工业用的红外测温仪的精确度不够高,我们根据这种红外线测温的原理,通过关键器件的选择、瞄准系统的设计以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度,设计了一种用红外线测温电路,用于人员密集且流量大的场合进行快速的人体
9、温度测量。1.2 红外测温技术的发展历程 红外测温技术在生产过程中、在产品质量控制和监测、设备在线故障诊断和安全保护以及节约能源等方面发挥了重要作用。近20年来,非接触式红外人体测温仪在技术上得到迅速发展,性能不断完善,功能不断增强,品种不断增多,适用范围也不断扩大。比起接触式测温方法,红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。非接触式红外测温仪包括便携式、在线式和扫描式三大系列,并备有各种选件和计算机软件,每一系列中又有各种型号及规格。 红外检测技术是“九五”国家科技成果重点推广项目,红外检测是一种在线监测不停电式高科技检测技术,它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于
10、一身,通过接收物体发出的红外线红外辐射,将其热像显示在荧光屏上,从而准确判断物体表面的温度分布情况,具有准确、实时、快速等优点。任何物体由于其自身分子的运动,不停地向外辐射红外热能,从而在物体表面形成一定的温度场,俗称“热像”。红外诊断技术是通过吸收这种红外辐射能量,测出设备表面的温度及温度场的分布,从而判断设备发热情况。 目前应用红外诊断技术的测试设备比较多,如红外测温仪、红外热电视、红外热像仪等等。像红外热电视、红外热像仪等设备利用热成像技术将这种看不见的“热像”转变成可见光图像,使测试效果直观,灵敏度高,能检测出设备细微的热状态变化,准确反映设备内部、外部的发热情况,可靠性高,对发现设备
11、隐患非常有效。目前,我国也在研发一种体积小,成本较低,又不受外界环境温度干扰的人体红外测温仪,对医学的发展有很重大的意义。第二章 人体红外测温仪的原理和特点2.1 人体红外线测温仪的理论依据 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,其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合辐射定律。红外辐射原理? 辐射定律: (2.1)式中:为辐射出射度数,;为斯蒂芬波尔兹曼常数,;为物体的辐射率;为物体的温度,单位;为物体周围的环境温度,单位。测量出所发射的,就可得出温度。 利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与
12、被测对象接触,因此属于非接触式测量。在不同的温度范围,对象发出的电磁波能量的波长分布不同,在常温(0100)范围,能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表,其具体的设计也不同。根据式(2.1)的原理,仪表所测得的红外辐射为: (2.2)式中:为光学常数,与仪表的具体设计结构有关;为被测对象的辐射率;为红外温度计的辐射率;为被测对象的温度(K);为红外温度计的温度(K);它由一个内置的温度检测元件测出。 辐射率是一个用以表达物体发射电磁波能力的系数,数值由0至1.0。所有真实的物体,包括人体各部位的表面,其值都是某个低于1.0的数值。人体主要辐射波长在910的红
13、外线,通过对人体自身辐射红外能量的测量,便能准确地测定人体表面温度。由于该波长范围内的光线不被空气所吸收,因而可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度。 通过对人体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定人体表面温度。红外温度测量技术的最大优点是测试速度快,1秒以内可测试完毕。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。2.2 人体红外线测温仪的性能指标及作用 总的来说,测温范围、显示分辨率、精度、工作环境温度范围、重复性、相对湿度、响应时间、电源、响应光谱、尺寸、最大值显示、重量、发射率等都是红外线测温仪的性能指标。 1、确定测温范围:测温范围是测温仪最
14、重要的一个性能指标。每种型号的测温仪都有自己特定的测温范围。 2、确定目标尺寸:红外测温仪根据原理可分为单色测温仪和双色测温仪(辐射比色测温仪)。对于单色测温仪,在进行测温时,被测目标面积应充满测温仪视场。否则背景会干扰测温读数,造成误差。对于双色测温仪,其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。 3、确定距离系数(光学分辨率):距离系数由D:S之比确定,即测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标直径之比。如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处, 而又要测量小的目标,就应选择高光学分辨率的测温仪。光学分辨率越高,测温仪的成本也越高。 4、确定波长范围 :目标材料的发射率和表面
15、特性决定测温仪的光谱相应波长对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。 5、确定响应时间:响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有 关。 6、信号处理功能:鉴于离散过程(如零件生产)和连续过程不同,所以要求红外测温仪具有多信号处理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)。 7、环境条件考虑:测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响,应予考虑并适当解决,否则会影响测温精度甚至引起损坏。 8、红外辐射测温仪的标定:红外测温仪必须经过标定才能使它正确地显示出被测目标的温度。 2.3 影响温度测量的主要因素及修正方法 影响红外人体测温仪的因素有: 1、测温目标大小与测温距离的关系:在不同距离处,可测的目标的有效直径D是不同的,因而在测量小目标时要注意目标距离。人体红外测温仪距离系数K的定义为:被测目标的距离L与被测目标的直径D之比,即KL/D。 2、选择被测物质发射率:人体红外测温仪一般都是按黑体(发射率1.00)分度的,而实际上,物质的发射率都小于1.00。因此,在需要测量目标的真实温度时,必须设置发射率值。物质发射率可从辐射测温
