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1、2016届本科毕业设计基于单片机的红外人体温度检测装置设计院 （系） 名 称物理与电子信息学院专 业 名 称电子信息科学与技术学 生 姓 名=学 号=指 导 教 师=完 成 时 间2016年5月6日毕业设计(论文)基于单片机的红外人体温度检测装置设计=指导教师：=摘 要：为了有效解决传统体温测量速度慢、难以在高密度人群中使用的难题，本文设计了一种红外快速人体温度检测装置，该装置采用非接触式测量方法，能够快速准确测量人体温度，并对体温异常的个体具有识别和报警提醒功能。该测量装置主要包括红外传感器、模数转换电路、信号分析与处理电路、数码管显示电路和异常报警系统。本设计在AT89C51单片机的控制下
2、，首先采用TPS334红外温度器检测人体温度，接着选用AD7705完成数模转换、单片机读取数据后通过查表计算出温度，最后通过LCD直观的显示输出数据，完成测量任务。经实验表明，该系统能够实现非接触式人体温度测量及异常报警功能、并且具有测温速度快、灵敏度高、操作便捷等特点，具有一定的应用价值。关键词：红外温度传感器；A/D转换器；AT89C51单片机；TPS334红外温度传感器Design of Infrared Human Body Temperature Detection Device Based on Single Chip Microcomputer= =Abstract: In or
3、der to solve the problem of traditional temperature measurement speed slow and difficult to use in high population density, this paper introduces the design of a fast infrared human body temperature detection device, the device using non-contact measurement method, can quickly and accurately measure
4、 the temperature of the human body, and on individual body temperature anomalies with identification and alarm function. The measuring device mainly comprises an infrared sensor, an analog digital conversion circuit, a signal analysis and processing circuit, a digital tube display circuit and an abn
5、ormal alarm system. This design under the control of AT89C51. First of all, the tps334 infrared temperature sensor to detect the human body temperature, then choose the AD7705 digital to analog conversion, and then the signal processing method for measuring, finally through the LCD intuitive display
6、 output data, perform the measurement task. The experiment shows that the system can realize non contact human body temperature measurement and abnormal alarm function, and has the characteristics of high temperature measurement speed, high sensitivity, convenient operation and so on, it has certain
7、 application value.Keywords: Infrared Temperature Sensor; Fast Check; A/D Switch; Decoding Display; Exceeded Alarm目录1 引言11.1 研究背景11.2 基于单片机的红外快速人体温度检测装置的研究意义11.3 本文主要研究内容22 基于单片机的红外快速人体温度检测装置的设计框架22.1 设计思路22.2 方案比较22.3 利用红外测温的优点43 红外测温系统设计与工作原理53.1 红外测温系统组成53.2 单元电路的设计53.2.1 传感器选用53.2.2 信号处理电路设计63.2
8、.3 译码显示电路设计143.2.4 报警电路153.2.5 电源电路的设计163.3 系统的工作原理164 软件设计184.1 软件设计流程图184.2 热敏电阻测量温度算法设计184.3 程序设计185 总结20参考文献21III1 引言1.1 研究背景当下，国内依然大量使用传统的玻璃液体温度计、接触人体式医用电子温度计等插入人体内部或放于腋下，通过采取人体温度的接触传导进而测出人体体温。由于接触式体温计在采集过程中需要温度的传导，因此其最明显的缺点就是测量体温速度慢，水银温度计还具有易损坏，读取体温相对困难的特点，其损坏之后，温度计内含有的汞会对环境造成严重影响，尤其对于儿童使用该类体温
9、计则更为不便。针对传统体温计存在的问题，一种新的、非接触的、基于单片机的体温测量装置能够有效克服这些困难，它具有测温快、非接触和易读数等优点，是未来体温测量设备的发展方向，它的大规模使用能够有效解决公共场合（汽车站、火车站、机场等）难以对每位乘客一一测体温的难题，对公共场所和防御控制传播疾病具有重要意义。红外人体温度测量装置是由红外采集模块、模数转换模块、体温的译码显示模块、基于51单片机的信息处理模块和超温报警模块这几部分组成，此系统的核心是单片机信息处理模块，关键是红外采集模块，精确的红外采集量是最终体温精确测量的前提。该系统的处理流程为：利用红外传感器1采集人体散发的红外能量，红外传感器
10、先将这些能量转换为模拟电信号，再利用模数转换电路把传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，数字信号被送入单片机处理2-3-4，最后将处理结果显示在显示器上，并根据情况控制报警电路。国外对于非接触式红外测温仪5的研究已经持续了很多年，取得了一些重要成果。1.2 基于单片机的红外快速人体温度检测装置的研究意义随着人们生活水平的提高，传统的体温测量方式已经不能满足人们的需求，具有准确、快速、直观特点的红外线测温仪的研究具有重要的应用价值。近年来，非接触式红外测温仪得到了快速的发展，它的功能和性能都有很大程度的提升，种类也越来越多，用户群越来越大，适用范围也越来越广。本设计利用AT89C51单片机的进行
11、控制，首先采用TPS334红外温度器检测人体温度，接着选用AD7705完成数模转换、单片机读取数据后通过查表计算出温度，判断温度是否过高，如果过高则报警器进行报警，最后通过LCD直观的显示输出数据，完成测量任务。这次自己手动设计与开发红外快速检测人体温度装置7，不仅提高了我的动手设计能力，也通过对这次的设计，我学习到了硬件软件的开发的基本流程和对单片机进一步的认识并且还有了一定的掌控此次开发设计过程的技术能力。也让我们平时在学校学习的知识与实际应用结合起来，为以后的为工作打下铺了一条道路。1.3 本文主要研究内容 本文第一节阐述了红外人体温度检测装置的研究背景及意义，还有国内外研究状况；第二章
12、根据设计目标设计了几种实现方案，并根据实际情况选取了最为合理的设计方案；第三章设计了红外温度的硬件实现电路，选取了合适的电器原件；第四章根据需求设计了流程图和硬件电路编写了程序，并进行了仿真调试；第五章对本文工作进行了总结。2 基于单片机的红外快速人体温度检测装置的设计框架2.1 设计思路本设计的目的是寻找一种快速测量人体温度的一种新的装置，该装置能够非接触、快速准确测量体温，为了实现该设计，我们设计了两种不同的方案，通过两种方案的对比来选择一种更为合适的方案。2.2 方案比较方案1：模拟电路的处理方法模拟电路的处理方法是利用放大器将热电堆和热敏电阻的信号放大后进行对比，然后计算出它所对应的模
13、拟电信号，再将该模拟电信号转换为相应的温度值。其原理图如图1所示，研究表明，在一定的温度范围内，Ro和是常数，。根据以上公式能够看出，通过调整放大器放大倍数，能够使得输出信号只与被测对象温度的4-次方具有线性关系，从而去除环境温度造成的输入影响，进而确定出物体的温度。正因为如此，虽然它具有灵活性好，能够通过调节放大倍数来适合不同物体的温度测量。但模拟处理方法测得的温度精度不高，并不能达到设计的要求。 方案2：数字电路的处理法数字电路的处理方法原理是，首先将热电堆和热敏电阻的信号转换成模拟电信号，通过大器放大后，利用A/D转换将模拟信号转数字信号，然后由单片机获取该数据在利用写好的程序在单片机内
14、部计算处理，从而得到被测物体的温度值。该数字电路的处理方法的测量精度较高，它的精度主要受到传感器的性能和A/D转换的位数的影响。图2为该数字处理法的框图。两种方案比较与论证结果：方案1的测量精度不高，一般只是用在要求不高的工业生产方面，它并不适用于人体体温的测量。方案2采用数字电路的处理方法，放大器对模拟信号放大之后，A/D转换器的分辨率得到明显的提升，它的精确度可以达到0.1度，完全能够适用于人体体温的测量。图1 模拟电路处理电路图图2 数字电路处理方框图2.4红外测温的特点(1)非接触测量：直接通过被测物体散发出来的红外能量进行测量，避免了接触测量的不便。(2) 测温速度快：也就是相应速度
15、快，只要测量到目标的红外辐射就可以在短时间内测出温度。(3)测量范围广：它的测量值能够达到负几十度到三千多度范围。(4)准确度高：红外测温并不会由于跟被测对象温度场的接触而改变被测温度，因此具有更高的精确度。(5)灵敏度高：红外传感器能够感受到细微的辐射能量变化，因此它的灵敏度极高。(6)安全。相较于接触式测温仪，红外线测温仪能够安全地获取难以靠近的目标的温度，避免了测温人员处于极端恶劣的环境中，进而保障了其人生安全。2.4 系统测量原理研究表明，自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度（-273.15oC），那么就会产生分子的热运动现象，随着分子的热运动，能量会以电磁波的形式不断地辐射出来，普朗克（Plank）定律8能够很好的描述物体本身的温度与辐射能量密度之间的关联关系。人类作为一种恒温动物，其温度远远超过绝对零度，人体辐射红外线波长大致在910m之间，我们就是利用人体向外辐射红外线的原理进行
