基于紅感器快速體溫檢測系統(tǒng)設(shè)計

目引 課題研究的背景和意 測溫的發(fā)展現(xiàn)狀以及趨 研究的任務(wù)和需要達(dá)到的性能指 課題研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安 本章小 系統(tǒng)整體方案設(shè) 系統(tǒng)的理論基 影響紅外測溫因 系統(tǒng)整體方 本章小 系統(tǒng)硬件設(shè) 控制模 電源電 按鍵電 復(fù)位電 時鐘電 電 液晶顯 紅外傳感 語音模 本章小 系統(tǒng)軟件設(shè) 主程序設(shè) 按鍵程序設(shè) 語音模塊程序設(shè) 程序設(shè) 顯示模塊程序設(shè) 紅外傳感器程序設(shè) 本章小 結(jié) 參考文 [1]。玻璃水銀溫度計的優(yōu)點(diǎn)是測量結(jié)果較為穩(wěn)定、價格低廉，缺點(diǎn)是體溫計玻，易碎并且容易引起交叉，而且易揮發(fā)并且，若處理不當(dāng)較為嚴(yán)重。2007年7月中旬，出售含的水銀溫度計順利通過了歐盟，這一的制定，減少了水銀溫度計對自然環(huán)境與的會造成巨大的危研究人員免遭于水銀的。到2017年，WHO預(yù)計全世界減少一半多的含的產(chǎn)品。同時，出售含水銀的體溫計這一也在順利通過。，（electricity式測得的體溫，不會對人的身體產(chǎn)生的和交叉[2]。并且完成高分辨率、低誤差和使用方便、長適用場合多等顯著優(yōu)點(diǎn)。了傳統(tǒng)水銀溫度計測溫時間長等問題，只需要短短幾秒中，就可以準(zhǔn)確測出數(shù)據(jù)的記錄，可體溫曲線的變化情況。非接觸式智能紅外體溫計是利用紅外輻射測溫的原理實(shí)現(xiàn)溫度的測量的非接觸式智能紅外體溫計較電子數(shù)字溫交叉等缺點(diǎn)。測溫的發(fā)展現(xiàn)狀以及趨、和水銀溫度計測量溫度時需要與接觸，容易產(chǎn)生交叉且快速性較低，在2003年的（SARS）和2009年的H1Nl型的爆發(fā)期間，高快速性、高準(zhǔn)了減緩流感的擴(kuò)散，許多國家都嘗試用非接觸紅外溫度計來檢測機(jī)場、儀實(shí)時測量患者測溫，來判斷他們是否患有重大。即便如此，由于流感的傳播速度極快途徑極多，有很多地區(qū)引進(jìn)了紅外溫度篩檢設(shè)備，為的是能夠避免日益增長的流感的。只有如此，才能在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)體溫異常者，在早期將發(fā)現(xiàn)的者 、紅外輻射測的發(fā)測經(jīng)歷了較長時間發(fā)展歷程。20世紀(jì)早期，最早的紅外測只能對被測20世紀(jì)六十年代左右，我國成功制造出首臺紅外光電測，它的測量速、到20世紀(jì)九十年代，我國的紅外測有了顯著的發(fā)展與進(jìn)步，也開始使用紅外輻射測溫原理進(jìn)行溫度檢測，通過反射、折射等光學(xué)方法對被測對、束的光學(xué)測，然后將測得結(jié)果經(jīng)單片機(jī)處理后，通過顯示模塊顯示出來。上世紀(jì)初利用紅外輻射測溫原理進(jìn)溫的理論已經(jīng)逐漸成熟又經(jīng)測的又可以分為三種類型全輻射測單色測和比色測。全輻射測的原理是把光譜中的所有輻射的光線按照波長由小到大的順序?qū)ζ涞妮椛涔β蔬M(jìn)量從而確定被測對象的溫度情況單色測原理是將被測測原理是選取光譜內(nèi)的兩段具有一定范圍內(nèi)的波長，通過測量他們的輻射功率比值，從而確定被測對象的溫度情況。上世紀(jì)五十年代中期，Pyatt提出了一個建議，打算將三種具有不同波長段的比色測一起使用，來得到被測對象的發(fā)射速率和它波長具有的函數(shù)關(guān)系。到1980年左右，多種光譜共同測量的測溫輻射技術(shù)達(dá)到了。20世紀(jì)七十年代末期，Cashdolla將Pyatt出了將三種具有不同波長段的比色測一起使用來得到被測對象的發(fā)射速率和它波長具有的函數(shù)關(guān)系的測溫計測量粉塵的溫度情況在波長為1.01.81.92M，與此同時還可以通過使用濾波片形成更高Svet和他的團(tuán)隊(duì)研制成功了四種波長的測溫計，可以更加準(zhǔn)確的測量物體面的溫度，被測溫度范圍是300--3M。Lyzenga和Ahrens成功研制出了6種波長的高溫計，測量溫度更加準(zhǔn)確，精度更加高，被測物體的溫度20世紀(jì)八十年代初期，JonesGardner6種波長的測溫和人Hoch帶領(lǐng)他們的團(tuán)隊(duì)也成功研制出了6種波長的測溫計，和以往的6準(zhǔn)的對被測對象進(jìn)行溫度測量，分辨率可達(dá)0.01，并努力使分辨率達(dá)到0.005。同一時期，Cashdollar6波測溫計，采用鉛銫測溫器，對粒子及非固20Hiernaut6波長的測2K—5000K的溫度范圍內(nèi)光譜進(jìn)行溫度測量，被測對象的溫度精度0.005,0.01—0.05。20世紀(jì)九十年代早期，Levendis3種顏色的輻0.65、0.80、0.95，在處理數(shù)據(jù)方面，采用的0.50、0.60、0.65、0.70、0.800.90。，20世紀(jì)80年代中期，在我國的光學(xué)內(nèi)成功研制出了3波長HDW-1型紅外測。在80年代末期聯(lián)合大學(xué)提出了用多種光束進(jìn)行溫，20世紀(jì)九十年代初期我國民和歐洲G.Ruffino一起合作成功研制了358波長的高溫計，并成功將其運(yùn)用到了火箭上。多波長紅外測溫技術(shù)更進(jìn)一步的成熟成功研制出可隱身測量發(fā)射裝置的高研究的任務(wù)和需要達(dá)到的性能指 本章小吸收率是物體吸收光的總量與投射到物體上所有光總量的比值，用表示。的總量與入射光總量之比的倒數(shù)稱為透射率，用表示。發(fā)射率是用來衡量光線向外的輻射能力，用表示。一般對于一個物體來說，對于投射到其上的光束，可以得到以下公式（2.1

的單色輻出度與單色的吸收比成正比，其比值是一個只取決于波長和溫度T的普適函數(shù)，數(shù)學(xué)意義上的定義公式（2.2）如下[6]。e1(,T)e2(,T)eB(,T)

(,T

Ba1(,T a2(,T aB(,TB其中eB(,T)aB(,T1900年，德國物理學(xué)家在量子理論的基礎(chǔ)上建立了黑體輻射定律公式，這個定律是熱輻射的最基本定律定律，并在1901年。定間的具有如下數(shù)學(xué)關(guān)系（式2.3該定律的物理意義在于給出了黑體輻射的具體M (,T)M

eT

式中，是指定的輻射波長，TC2hC2，Chc C1、C2

MB(,Th是常數(shù)，c為真空中光的的速度，k是常數(shù)Mm時，這時候它的波長也達(dá)到最大值m，這時黑體的溫度T之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式為（2.4）[8]。mT

其中，bm,TK，便可以知道此時黑體的熱力學(xué)溫度TH2O、CO2、O3。，第三和紅外傳感器之間的距離長短也會對紅外測溫的精度產(chǎn)生一定的影響溫度的不同，向外輻射的波長也不相同，輻射波長的衰減程度也不相同通常情況下距離紅外傳感器越遠(yuǎn)測量誤差會越大測量精度會越低，。，系統(tǒng)整體方主要模塊包括：微控制器模塊單片機(jī)（STC89C52RC、紅外傳感器模塊（M3（3.3V33℃時，顯示溫度數(shù)據(jù)測量異常，提示重新測量。2.1所示。本章小

2.1接下來介紹了熱輻射的四個基本定律：透射、反射、吸收定律、定律控制模單片機(jī)是整個紅外測溫系統(tǒng)的控制選擇一個好的單片機(jī)尤為重要ST8952特點(diǎn)進(jìn)行如下介紹：6機(jī)器/12機(jī)器/8051單T2全雙工串行口，MAX810復(fù)位電路，174級中斷結(jié)構(gòu)。正常工作模式，功耗約為4～7a?？臻e模式下(2mA左右)，定時/串口、中斷繼續(xù)工作，P0H（＜0.1u的內(nèi)容，單片機(jī)所有工作停止，可由外部中斷或硬件復(fù)位觸發(fā)[10]。P3，復(fù)位后：P0口是漏極開路輸出，作為I/O口用時，需要外加上拉電阻，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻[11]。單片機(jī)STC89C52RC3.1所示，單片機(jī)STC89C52RC3.2 圖3.1單片機(jī)STC89C52RC的引腳 圖 電源引腳：VCC（40引腳）為電源電壓（一般接+5V電壓GND（20引腳）控制引腳：REST（9引腳）為復(fù)位引腳，需要至少持續(xù)兩個及以上機(jī)器周ALE（30引腳）PSEN（29引腳）為外部程序器讀選通信EA（31引腳）為程序器的內(nèi)外部選通信號，接高電平時，選通內(nèi)部程序器，低電平時，選通外部程序器?？删幊蘄/O四個I/O口分別為P0口（P0.0～P0.7、P1口（P1.0～P1.7)、P2口（P2.0～P2.7輸出，內(nèi)部不自帶上拉電阻，其它I/O口內(nèi)部都自帶上拉電阻。因此，對端口的每個引腳置高電平時，P0I/O口由于內(nèi)部上拉電32都可以驅(qū)動4個TTL負(fù)載。另外特別說明一下P0口、P2口、P3口，在外部程序器ROM和數(shù)據(jù)器RAM時,P0口可提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)分時復(fù)用總線，P28位地址總線，P3I/O口不具備電源電本系統(tǒng)中除了紅外傳感器MLX906143.3V5V5V3.3V的供電電路。220V的交流電經(jīng)過一個變壓220:88V的交流電，然后在通過一個整流橋?qū)⒔涣麟娬鞒?8055V的穩(wěn)壓電源。將3.3電源電路（3.3）如下所示。按鍵電

3.3I/O口的使用數(shù)量，I/O4*4=16個按鍵，相比獨(dú)立按鍵的數(shù)量多獨(dú)立按鍵：直接用I/O口線構(gòu)成按鍵電路，一個按鍵用一根I/O口線，按鍵之間的工作狀態(tài)不互相影響，這種按鍵電路較為靈活，程序編程較為簡單[13]。根I/O口線，所以常常采用查詢式方法判斷按鍵是否被按下。按鈕和數(shù)據(jù)下移按鈕，不管采用獨(dú)立式按鍵還是矩陣式按鍵，都是占用4根I/O10ms的延時，再判斷一次。復(fù)位電

3.4位電路有兩種工作方式：上電復(fù)位和手動復(fù)位。復(fù)位原理：使單片機(jī)引腳RST上電復(fù)位工作原理，VCCC8R9出現(xiàn)電壓，RESTC8充滿，R9開按鍵S1，電容C8充電，幾個毫秒后，電容C8充滿，單片機(jī)又會進(jìn)入工作模3.5所示。時鐘電

3.512兩端連接兩個電容和一個晶振[14]度增加起振時間過小又會降低性所以一般選擇的電容的容量為30pF左右。，XTAL2XTAL1直接輸入時鐘信號。但若是采用外部時鐘方式產(chǎn)生時鐘信號源電路和內(nèi)部時鐘方3.6，電

3.6本設(shè)計采用 電路功能是當(dāng)紅外溫度傳感器發(fā)生故障時通過使蜂鳴4mA～7mA于5V蜂鳴器來說，工作電流一般為20多mA，因此通常用三極管組成的放大電I/O電流，從而驅(qū)動蜂鳴器[15]10K的電阻的作用是用來防止干擾的。電路如圖3.7所示。液晶顯

圖3.7電LCD1602進(jìn)行液晶顯示。下面對LCD1602的特點(diǎn)進(jìn)行一下簡單的介紹。LCD160216*232個字符,封裝圖正3.83.9所示。圖3.8封裝圖正 圖3.9封裝圖背VSSVDD接+5VVO是液晶顯示的偏壓信號，接高電平時，對比度太弱，容易看不清；接低電平時，對比度太強(qiáng)，容易出現(xiàn)“重影”10K的電阻來調(diào)節(jié)。ERW是讀/RS是數(shù)據(jù)/ 液晶顯示電路接線圖（3.10）紅外傳感

3.103.11字信號通過Smbus協(xié)議傳送給單片機(jī)[16]。供電電源為3.3V，測量時，精度可達(dá)±0.1℃。3.11引腳及其功能如下表（3.1）SCL或SMBus接口的數(shù)據(jù)信號SMBusSCL、SDA管腳直接連接單片機(jī)的普通I/O口即可，通常情況下SDA管腳輸出物體溫度，由于MLX90614的輸入輸出接口是漏級開路（OD）結(jié)構(gòu)，和單片機(jī)相連時，需要加上拉電阻[17]。紅外傳感器和單片機(jī)的連接圖（3.12）如下語音模為了使體溫計更加智能化本設(shè)計選用了語音模塊3可以將測得（3.13如下所示。5V1A供電電源來供電；接單片機(jī)時，可進(jìn)行二進(jìn)制編碼觸發(fā)，A1-A5為編碼接口，最多可以31首。3.13本章小STC89C52RC作為核控制單MLX90614的智能紅外體溫計。主要介紹了系統(tǒng)各部分電路的特點(diǎn)和工作情況電源電路作為供電線路為系統(tǒng)提供3.3V和5V主程序設(shè)4.1（LCD1602的初始化，紅外溫度傳感器MLX90614的初始化while(1)死循環(huán)中。在循環(huán)中示使用人員設(shè)備已初始化完成，當(dāng)key1鍵按下的時候，設(shè)備進(jìn)行體溫測量并完與key4key2再次被按下的時候，模式切換到初始狀/****************************主函數(shù)void{uint //1602 //MLX90614 // //1602{ 存在語音} //按鍵key1按下，進(jìn){ 存在語音{ 018} //程} //按鍵key2 }}1602NNYYNNYY4.1按鍵程序設(shè)本設(shè)計程序設(shè)計思路為：首先令按鍵對應(yīng)的單片機(jī)I/O口為高電平，根據(jù)電路圖可知當(dāng)按鍵按下的時候，與按鍵相連的單片機(jī)I/O口會降成低電平，單片機(jī)的主程序一直進(jìn)行查詢按鍵這幾個I/O口的狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)低電平時，單片機(jī)進(jìn)行NYNYNYNY圖 /*****************************按鍵程序void{key1=1;key2=1;key4=1;key3=1;//首先令單片機(jī)的相應(yīng)I/O //當(dāng)key1與zisuo10時，進(jìn)入if //zisuo1 // //} }（00000B~1BA1~A5接口不同的電平，來確定出所選擇的語音并播讀出來。在此僅展示一下/*****************************讀數(shù)字voidRead_Number(uint{{case0:A5=0;A4=1;A3=1;A2=1;A1=1;//單片機(jī)觸發(fā)語音模塊相應(yīng)語音的方式是 A5=1;A4=1;A3=1;A2=1;A1=1;//再置高電平，完成觸發(fā)break;//0 //9default:}delay1(10程序設(shè)

圖 部設(shè)備（如SD卡。本設(shè)計在程序在建立了一個數(shù)組用來數(shù)據(jù)，設(shè)定可以10個數(shù)據(jù)，這已足夠日常使用。將來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后存入數(shù)10個數(shù)據(jù)時，第十一個數(shù)據(jù)該如何存放。本程序樣有用的數(shù)據(jù)不會丟失且查看數(shù)據(jù)的程序會相對簡單很多，程序的流程4.4NY圖 void uint //10 //留出第十位的空間} c++;}}LCD160216X2個字符，控制器內(nèi)存為40H。每一行有40個地址，我們只用前16個地址。使用1602首先就要進(jìn)行4.5據(jù)圖 void //初始化 dis_cmd_wrt(0x01dis_cmd_wrt(0x0c);//整體顯示，光標(biāo)不顯示，不閃爍dis_cmd_wrt(0x06);//寫入新數(shù)據(jù)光標(biāo)右移，顯示屏不移動dis_cmd_wrt(0x38);} //數(shù)據(jù)總線8位，顯示兩行，5×7點(diǎn)陣/每個字符voidchk_busy_ //LCD忙標(biāo)志判{ //當(dāng)最為0是從循環(huán)跳{P0=0xff; LCDE=0;}紅外傳感器程序設(shè)本設(shè)計采用紅外溫度傳感器MLX90614，其采用SMBusSMBus由兩根信號線組成：時鐘信號線和數(shù)據(jù)線，容許CPU與各種接4.6圖 MLX90614的時序MLX906144.6SDA為低電平時，SCL由高電平跳躍到低電平，此為起始 MLX90614{}MLX906144.6SCL為高電平時，SDA由低電平跳躍到高電平，此為結(jié)束 //MLX90614{}MLX90614時鐘線SCL300ns低電平后，數(shù)據(jù)線SDA上的數(shù)據(jù)便可更新，在時鐘線SCL變?yōu)楦唠娖剿查g捕獲數(shù)據(jù)。程序如下：/***********************發(fā)送一個位 {elseSDA=1 //判斷SDA //上升沿捕獲SDA //}8MLX90614SCL為高電平時，可以改變SDA的數(shù)值，SCL由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，捕獲SDA的數(shù)據(jù)。程序如下：/***********************接收一個位void{}8MLX90614溫度數(shù)據(jù)的程序設(shè)PEC發(fā)送要ROMPEC發(fā)送要ROM圖 /***********************讀溫度數(shù)據(jù)函數(shù)uint{ //tx_byte(0x00);//發(fā)送從機(jī)地址與讀寫位tx_byte(0x07);//讀ROM的地址：0x07H tx_byte(0x01 DataL=rx_byte();//溫度的低8位 DataH=rx_byte();//溫度的高8位 //return((DataH*256+DataL)*2 本章小結(jié)過紅外傳感器進(jìn)行目標(biāo)溫度，進(jìn)行了誤差分析和軟件的修正補(bǔ)償，解決了能，增加了語音播報、LED燈功能和歷史數(shù)據(jù)查看設(shè)計，使測溫系統(tǒng)設(shè)計LCD1602顯示出測量溫度數(shù)據(jù)時，語音模塊同時開始工作，將測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行語音播報并給出指導(dǎo)意見。若出現(xiàn)測量的溫度低于33℃2測量距離短，由于紅外傳感器MLX90614本身?xiàng)l件的限制，只能在和距1cm之內(nèi)的范圍測量?？刹扇〖す鉁y距和紅外傳感器測溫結(jié)合的方法遠(yuǎn)1,,.PC機(jī)與單片機(jī)間串行通信的實(shí)現(xiàn)[D].現(xiàn)代電子技術(shù)2.污水污泥微波熱解及微晶玻璃工藝與機(jī)制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.3.基于μCOSⅡ的紅外輻射測溫系統(tǒng)研究[D].東學(xué),4.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2003(10):46-46.5,.基于STC89C52RC單片機(jī)的紅外發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計方案[D].科技信息,2012.6.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計:系統(tǒng)配置與接術(shù)[M].航空航天大學(xué),1990.7.基于虛擬儀器的紅外測性能測試系統(tǒng)[D].華技大學(xué),8.基于MLX90614的非接觸式體溫測量系統(tǒng)設(shè)計[J].軟件導(dǎo),8(3):105-9.紅外溫度計MLX90614及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電