基于51单片机的红外测温设计.pdf-资料库

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武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）基于单片机的非接触式红外测温仪设计 Design of Non-contact Infrared Thermometer Based on Single-Chip Microcomputer 学生姓名学号专业班级光信息科学与技术 0701 指导教师 2011 年 5 月

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）作者声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。特此声明。作者专业：光信息科学与技术作者学号： 5 作者签名：字 ____年___月___日

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）摘要在疾病预防检测中，测量人数众多，时间紧迫。传统体温计由于测量时间长、读数麻烦、干扰物体的温度场等缺点，已不能满足人们的测温需求。红外测温仪为人体体温检测提供了快速有效的非接触式手段，可广泛应用于医院、机场、海关、车站等人口密集地区的体温检测。本文针对目前国内外医用测温仪的现状，在查阅了大量文献的基础上，以热释电红外测温技术作为参考，提出并设计了一种基于 51 单片机的热释电红外测温仪。它以黑体辐射定律作为理论基础，是光学理论和微电子学综合发展的产物。与传统的测温方式相比，具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、读数方便、使用寿命长、操作方便等一系列优点。红外信号经过光学系统聚焦在热释电探测器上并转变为相应的电信号，此信号经过放大、滤波、A/D 转换，再送到单片机中进行数据的处理、补偿，最后送到液晶显示单元显示。本文对系统设计中每个硬件部分的功能和设计思路做出详细说明，并给出系统的软件设计；方案以流程图的方式介绍各个功能的具体实现，采用 51 单片机对系统进行程序调试，软件采用 C 语言来编写。另外对测温误差因素进行分析，探讨相应的抗干扰措施，最后对系统的进一步研究工作进行展望。关键词：红外测温仪；单片机；热释电传感器；温度补偿

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） Abstract In disease prevention and detection, the number of people for test is larger and time presses. Traditional thermometer can’t satisfy people's requirements for the measure of length, reading trouble and the interference of the body temperature field. Infrared radiation thermometer provides a quick and effective non-contact method. It’s used in hospitals, airports, customs, railway stations and other densely populated areas for temperature test. The article takes the present medical thermometer situation at home and abroad, In search of the large number of documents, based on the pyroelectric infrared thermometer as a reference technology. Put forward and designed a kind of 51 single-chip microcomputer based on pyroelectric infrared colorimeter. It takes blackbody radiation law as theoretical basis. It is optical theory and microelectronics comprehensive development of product. Compared with the traditional way, infrared radiation thermometer has a short response time, non-contact, and no interference by temperature field, easy reading and long life, easy operation and a series of advantages. The infrared signal goes through the optical system to focus on pyroelectric detector and converted to the corresponding electric signal. The signal will be amplified, filtered, A/D switched to SCM for data processing and compensation, finally to LCD display. In system design process, make a detailed explanation for the function and design of each hardware part. I described the design of the software system with flow chart in 51 Microcontroller systems for program debugging. In order to maintain readability, the software wrote in C language. In addition, analyzed the measurement error factors and took some corresponding anti-jamming measures. Finally, I look forward to a further research on the system. Key Words：Infrared Thermometer; SCM (Single-Chip Microcomputer); Pyroelectric Sensor; Temperature Compensation

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）目录第 1 章绪论 ..................................................................................................................... 1 1.1 医用红外测温仪现状 ....................................................................................... 1 1.2 本课题研究的目的与意义 ............................................................................... 2 1.3 本论文的研究内容 ........................................................................................... 2 第 2 章系统测温原理 ..................................................................................................... 3 2.1 辐射测温原理 ................................................................................................... 3 2.2 传感器 DS18B20 介绍 ..................................................................................... 4 2.3 热释电传感器工作原理 ................................................................................... 7 第 3 章系统硬件设计 ................................................................................................... 11 3.1 系统硬件整体设计 .......................................................................................... 11 3.2 光学系统设计 .................................................................................................. 11 3.3 信号处理电路设计 ......................................................................................... 14 3.3.1 信号放大电路 .......................................................................................... 14 3.3.2 信号采集电路 .......................................................................................... 15 3.3.2 环境温度补偿电路 .................................................................................. 17 3.4 单片机外围电路 ............................................................................................. 18 第 4 章系统软件设计 ................................................................................................... 22 4.1 系统软件总体设计 ......................................................................................... 22 4.2 系统主程序设计 ............................................................................................. 22 4.3 温度补偿程序设计 ......................................................................................... 23 4.4 数据采集程序设计 ......................................................................................... 26 4.5 显示与键盘程序设计 ..................................................................................... 27 第 5 章系统调试与测试分析 ....................................................................................... 30 5.1 系统调试 ......................................................................................................... 30 5.2 系统性能测试 ................................................................................................. 32 5.3 误差分析与抗干扰设计 ................................................................................. 34 1

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）第 6 章总结与展望 ....................................................................................................... 35 参考文献 ......................................................................................................................... 36 致谢 ................................................................................................................................. 37 附录 1 电路原理图 ........................................................................................................ 38 附录 2 部分核心代码 .................................................................................................... 39 2

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）第 1 章绪论红外测温仪是一种将红外技术与微电子技术结合起来的一种新型测温仪器，它通过将被测物表面发射的红外波段辐射能量通过光学系统汇聚到红外探测器件上，使其产生一个电压信号，该信号经过放大、滤波、模/数转换后送到微控制器中进行温度补偿与数据处理，最后将目标温度值以数字形式显示在显示屏上。本章对国内外医用红外测温仪的发展现状及趋势作了介绍，同时对本课题研究的目的与意义，主要内容及创新点做了说明。 1.1 医用红外测温仪现状红外测温仪在工业领域广泛应用，但由于医用红外测温仪的特殊要求，直到 1986 年 T Shinozaki 等才首次应用热电堆探测器制成了耳道式红外体温计，用来测量人体鼓膜的温度。虽然热电堆所做的仪器在响应速度、精度等方面都能达到较高的要求，但它有很大的局限性，如信号强度小，非线性，电损耗大，仪器重，成本高。由于热释电探测器具有响应速度快、光谱响应宽、工作频率宽、灵敏度与波长无关等优点。1989 年以来，热释电耳道式测温仪已成功的用于体温测量， 1991 年以后该产品已遍及欧美市场[1]。我国在这方面的起步较晚。2003 年，由中科院物理研究所王树铎教授研制的 “非接触、口腔式红外线电子体温仪”才获得专利授权。在此之前，完全不与人体接触、又满足医疗测量精度要求的体温计还没有面世。即使是上述两种体温测量仪，由于其自身的特点，不适合对大流量人群的快速检测。耳道式体温测量仪在测量的时候需将探头插进人的耳道内，而“非接触、口腔式红外线电子体温仪” 在测温时需对准人的口腔，且其远距离测温容易受外界环境温度的影响，导致测量精度的下降。由于上述两种红外体温测量仪的这些特点，制约了它们在公共场合的应用[2]。 1

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 1.2 本课题研究的目的与意义随着医疗技术的快速发展，人们对非接触、快速有效测温技术的需求越来越大，传统的接触式人体测温仪已经不能满足现代医用领域的测温需求。红外测温仪具有安全、可靠、非接触、快速、准确、方便、寿命长等方面不可替代的优势，已被越来越多的医疗行业认识和接受[3]。 2003 年我国遭受非典型肺炎传染性疾病(SARS)，2009 年全球甲型 H1N1 流感的肆虐，这些事件的发生，使人们越来越注重公共卫生安全。非接触、高精度医用红外测温仪的研究，对于公共场合、大流量人群的快速检测具有重要的意义，它不仅具有巨大的商业价值，而且具有重大的社会价值[4]。 1.3 本论文的研究内容本课题研究的主要内容是设计一种可用于医疗领域的高性能的红外测温仪。在查阅了大量国内外文献的基础上，以热释电红外测温仪现阶段的技术作为参考，提出并研制了一种基于 51 单片机的高性能热释电红外测温仪。课题采用美国 ATMEL 公司的 AT89C51 作为主处理芯片，设计的红外测温仪具有配置简单、扩展方便、可靠性高的特点，本课题主要研究工作如下。 1. 在测温系统原理和测温方案分析的基本上，进行总体方案框图的设计。 2. 对硬件部分进行设计，完成光学系统，放大电路单元对微弱信号的提取，环境温度测量单元等部分的电路设计。 3. 对软件部分进行设计，完成模块的初始化、环境温度处理单元、A/D 转换、键盘与显示部分的流程图设计和相关部分软件的编写。 4. 对系统进行仿真整机调试。 5. 对红外测温仪进行标定。 6. 对系统进行误差分析与抗干扰设计。 2

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