重庆大学本科学生毕业设计（论文） 开题报告 徐成龙 20102957 毕业设计（论文）开题报告 1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、 选型分析等） 1、1 毕业设计（论文）题目 红外测温系统设计 1、2 红外测温技术研究背景 密集人群中的疾病防治工作是目前公认的难度较大的工作，尤其是在火车站， 机场，会场等人口密集，而且流动性有很大的场所，这项工作更是难上艰难。像 之前我们遭遇的“非典”，“H1N1”因为其具有较高的传染性和发病前期较好的隐 藏性（除体温偏高），使得这类疾病的防治工作变得十分困难。因为这类疾病最主 要，也是最明显的的的发病特征是体温比正常人偏高。所以，如果能够在密集人 群中快速，准确的把体温偏高者与正常体温者区别出来是防治这类疾病的重要手 段。目前，我们经常使用的传统体温测量的手段有很多，但是都不能满足在密集 人群中快速，准确的发现体温偏高者，而且，由于这类疾病的高传染性，使得传 统手段需要时测量者与被测量者接触，这就可能造成疾病的互相传染。 红外测温技术作为一种非接触测温技术在测量领域已经发展多年，它与传统 测温技术相比具有很多优点：①它的测量不干扰测温场，不影响测温场原有的分 布，因此相比传统测温方式它具有不可比拟的测量精度，理论上温度分辨率可达 0.01℃。②红外测温与普通接触式测温计测温的不同之处在于它不需要与测温对 象达到热平衡就能读出物体的温度，它的测温速度非常快，可以实时观测，便于 快速与动态测量，尤其对于一些测量人员不便于接近的设备或者一些易传染疾病 （SARS，H1N1）的测量具有很大的优势。③可以确定微小目标的温度。④红外测 温可以实现实时观测与自动控制，测量距离可近可远，并且可以夜间作业，具有 较强的适应性。⑤测温范围宽，红外测温的方法在理论上无测量上限。正是由于 上述传统技术无法比拟的优势，目前红外测温技术已经广泛应用在电力工业，航 空航天，质量检测及冶金等领域。 1、3 研究意义 近年来，我们先后遭遇了“非典”，“H1N1”等流行性疾病的侵扰，这些疾病 1 

重庆大学本科学生毕业设计（论文） 开题报告 徐成龙 20102957 最大的特点是传染性强，有潜伏性。因此，能够在第一时间发现病患，隔离病患 是预防这类疾病的一项重要手段与方法。尤其是在像火车站，商场，学校等人口 密集的场所，不可能对人群进行一对一式的检查，必须使用一种快速有效地检测 方法来迅速找出发病者。而体温是一项人体重要的健康指数，当人体健康时，其 体温会维持在一个基本确定的数值。但是当人体内的某些发生改变或者某些部位 发生病变时，原来恒定的体温将产生变化，如“非典”，“H1N1”发病的典型特征 就是体温偏高。 由于“非典”，“H1N1”这类疾病的高传染性，使得这类在公共场所进行体温 监测时主要考虑以下三个基本要求：非接触、测量的快速性和准确性。采用红外 非接触测温方法进行体温测量可以满足这样的要求。因此，对非接触人体体表温 度的测量方法进行研究有着非常现实的意义，是在非常时期应付突发疫情的必要 工作。 用于测量人体温度的仪器仪表大体上可以分为两大类：接触式的和非接触式。 接触式温度计又可分为玻璃液体温度汁、电子体温计和液晶温度计；非接触式温 度计又可分为耳温计、手持式额温计、医用红外热像以及红外体温监测仪。接触 式体温计的体温测量是用医用玻璃液体温度计、医用电子接触式温度计或液晶体 温计等插入人体内部(舌下、直肠)或置于腋下，通过接触使温度计的温度等于被 测处的温度。医用玻璃液体温度计是根据液体的体积受温度变化而产生变化的原 理制成的，如水银温度计；医用电子接触式温度计采用半导体温度传感器(如热敏 电阻)将温度信号转换为电信号，处理得到的电信号得到温度的信息；接触式体温 计的优点是它们本身准确、稳定，仪表的误差通常不超过 0.1℃；而且容易使用， 价格便宜，既可作医疗使用，也可作为家用。其缺点是测量的速度慢，测量时要 求与病人接触，因此在使用时容易因为消毒不彻底而引起交叉感染。 利用红外热成像的方法对被测物进行温度测量，不需要与被测物体进行接触， 对于像 SARS，H1N1 这种具有高传染性的流行性疾病具有很好的防止作用。通过红 外热成像系统显示的伪彩色图像找出密集人群中体温偏高的疑似患者，并且通过 系统的测温模块对疑似患者进行远距离体温测量，既可以发现密集人群中体温偏 高者，又可以在自身不被传染的前提下对疑似患者进行体温测定与跟踪。 1、4 国内外研究现状 2 

重庆大学本科学生毕业设计（论文） 开题报告 徐成龙 20102957 红外热成像系统分为制冷型和非制冷型。制冷红外热像系统又有一代、二代 和三代之分。第一代红外热成像系统主要由红外探测器(含致冷器)、光机扫描器、 信号处理电路和视频显示器组成。红外探测器通常使用的有 InSb 和 CMT 器件，目 前发展的是高性能多元 CMT 探测器，器件元数己高达 60 元、120 元和 180 元。多 元 CMT 器件不但提高了探测度，而且可以增大视场，提高分辨率和信噪比，并可 在 3-5μm 和 8~14μm 两个大气窗口波段下工作。20 世纪 80 年代初，又有一种称 为 Sprite 的新型红外探测器(或称扫积型探测器)问世，它是由 n 条纵横比大于 10:1 的窄条光导 CMT 元件所组成，在高偏压下工作。Sprite 探测器除了具有探测 功能外，又能在元件内部实现信号的时间延迟和积分，从而取消了普通线列器件 所需的后接信号处理电路，减少了元件引线和热负载，使红外系统简化紧凑，工 艺难度下降，大大提高了可靠性。目前美国的热成像通用组件采用多元(60 元、120 元、180 元)CMT 探测器，并扫体制，图像清晰度可与采用图像增强技术的图像相 比，最小可分辨温差达 0.1K。 第二代红外热成像系统与第一代通用组件相比，它的响应速度更快、分辨率 更高、视场更大、尺寸更小、质量更轻、可靠性更好、能耗更少、自动化程度更 高，且应用范围更广。第二代热成像系统采用位于光学系统焦平面、具有 n*m 元 且带有信号处理的面阵探测器，即红外焦平面探测器阵列(IRFPA)。它是借助集成 电路的方法将探测器装在同一块芯片上，并利用极少量引线把每个芯片上成千上 万个探测器信号传输到信号处理器中。这种焦平面阵列的优点是，既能在焦平面 上封装高密度探测器，又能在焦平面上进行信号处理。红外焦平面阵列是探测器 制造技术和大规模集成电路结合的产物，有两种工作方式:一种是扫描式，其阵列 规模多在 50*4～1000*32 之间。前一数字表示分辨通道的数目，后一数字决定时 间延迟和积分的次数;另一种是凝视式，其阵列规模在 32*32～512*512 元之间。 阵列中元数越多，能获得视场景物的分辨率就越高。目前红外焦平面凝视式阵列 (俗称第三代红外热成像器件)己日趋成熟，除 32*32 和 64*64 元凝视式中波红外 阵列外，512*512 元高密度 CMT 阵列也己经问世。 红外探测器是红外成像系统的核心部件，而红外探测器则分为光子探测器和 热探测器两大类。虽然光子探测器如 HgcdTe 探测器(工作在 8~14μ m 波段)和 Insb 探测器(工作在 3~5μm 波段)的灵敏度、响应速度、探测距离等性能都比较高，但 3 

重庆大学本科学生毕业设计（论文） 开题报告 徐成龙 20102957 必须用低温致冷器进行制冷，而且红外成像系统几乎都要使用机械扫描装置，因 而整个红外成像系统显得结构复杂、体积大、成本高，尤其是昂贵的价格不仅限 制了它在军事上的普遍应用，而且也使商业(民用)用户望而却步。所以研究开发 轻、小、低成本的非致冷焦平面(UFPA)及其成像系统成为了一种必然的发展趋势。 近年来，军用、民用的低成本非致冷焦平面及其成像系统飞速发展，标志着这门 高新技术的美好前景。非致冷热成像技术采用热电探测器探测景物的热辐射，利 用热电探测器对红外辐射引起的温度变化敏感，而温度变化速度和探测器某些电 参量成正比，通过光电和电光转换成像。其主要优点是可以在一般环境温度下工 作，不需要致冷;缺点是灵敏度低和响应速度慢。非致冷焦平面的出现和应用标志 红外技术的又一次革命，拓宽了红外热成像技术发展领域。目前研制非制冷焦平 面阵列的两大代表是以德克萨斯仪器公司(Tl 公司)为首的热释电 UFPA 和霍尼威尔 公司为首的微测辐射热计 UFPA。 我国国内主要几家公司研制生产状况:1995 年，中科院长春光学精密机械研究 所采用微机械加工技术研制成低成本线列 32 元、128 元硅微测热辐射计阵列，NEm 为 300mk 存储时间为 1ms。2000 年 12 月，中科院上海技术物理研究所采用新工艺 制成的钛酸锶钡铁电薄膜材料性能通过鉴定达到国际领先水平，与美国 TI 公司演 示的第一代非制冷探测器所用材料相同。我国在非制冷红外热像仪方面的研发集 中在公司、研究所和个别高等院校，他们都主要从事在整机系统方面的开发应用 工作，而热像仪的核心部分，即红外焦平面阵列都还是从国外进口的。 2、课题任务、重点研究内容、实现途径 2、1 课题任务 了解红外测温基本原理,开发单片机红外温度检测系统。主要内容包括： （1）仪器方案设计，主要元器件选型； （2）单片机系统硬件电路设计； （3）温度信号采集； （4）温度信号处理与结果显示； （5）毕业设计论文撰写。 2、2 重点研究内容 根据远红外测温的基本定律，阐述远红外测温仪的工作原理及功能实现：一 切温度高于绝对零度的物体都在不停的向周围空间发出红外辐射能量。 1、设计出光电检测部分的具体电路图进行信号采集，元器件选型（电源、放 大器、滤波器以及温度补偿等） 2、确定出各部分元件的具体参数，并结合单片机将设备的运行过程中的临界 4 

重庆大学本科学生毕业设计（论文） 开题报告 徐成龙 20102957 温度写入单片机，本设计分别从红外传感器、串联稳压电源、同相放大器、低通 滤波器和温度补偿部分共五个部分分别进行方案选择、参数计算、并给出了各模 块的电路图以便更好的理解 3、配以终端显示,可方便的对测量结果进行实时监控，从而实现远红外测温 仪的自动化和智能化，最终将监测对象因超温所出现的故障给予解决 总之，整个设计分别从硬件和软件两个方面进行详细的分析，思路清晰，方 案正确，并最终得出总的电路图。 3、进度计划 序号 起止周次 工 作 内 容 1 2 3 4 5 4 周至 6 周 查看资料，外文翻译，写开题报告 7 周至 8 周 初步系统设计，元器件选型，外文翻译 9 周至 11 周 12 周至 15 周 硬件电路设计 软件程序的开发 16 周至 18 周 整理资料，完成毕业论文，准备答辩 4、指导教师意见 学生签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日 说明： 1、开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生 独立撰写，在毕业设计（论文）开始后两周内完成。 5