人体红外测温仪电路系统设计与实现

.题 目 人体红外测温仪电路系统设计与实现 学生姓名 高 凯 学号 1213024120 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 通 信 1204 班 指导教师 赵 峰 完成地点 物理与电信工程学院实验室 2016年6月5日陕西理工学院本科毕业设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信工程(通信1204) 学生姓名 高凯 一、毕业设计题目 人体红外测温仪电路系统设计与实现 二、毕业设计工作自 2015 年 11 月 9 日 起至 2016 年 5 月 18 日止三、毕业设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、毕业设计应完成内容及相关要求： 设计内容：研究非接触式热释电红外测温仪的原理，实现对物体表面温度快速准确的测量装置。设计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具体的设计和实现，具体包括整体方案，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0.5。设计要点：（1）熟练应用单片机进行电路系统设计；（2）掌握热释电红外测温原理，建立起测量温度与输出信号之间的函数关系；（3）设计测温电路系统，测温距离不小于10cm；（4）根据电路原理图，制作电路板，完成样品制作、调试、改进；（5）系统测试与性能分析，分析存在的技术问题，并提出改进的方法；（6）撰写论文。 六、毕业设计的进度安排：1.开题报告截止日期：2016年3月18日完成任务：（1）开题报告撰写，并于指定时间在系统中提交开题报告。（2）完成在系统中下达的外文翻译原文并提交。2. 论文(设计)实施阶段截止日期：2016年5月18日完成任务：（1）查阅文献资料拟定毕业论文（设计）大纲，进行相关实验、调查或文献综述。（2）4月中旬必须在系统中提交中期检查，教师审核后按照整改意见修改。（3）提交初稿，教师进行初审，退回修改，直到初稿审核通过，进行定稿阶段。3. 评阅及答辩阶段截止日期：2016年6月13日完成任务：（1）定稿论文评阅，答辩PPT制作。（2）论文答辩，答辩后按照修改意见对论文进行终稿定稿。 指导教师签名 赵峰 专业负责人签名 王战备 学院领导签名 熊晓军 批准日期 2016-01-10 .人体红外测温仪电路系统设计与实现高凯（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1204班级，陕西 汉中 723003）指导教师:赵峰摘要：传统的测温技术操作方法用起来不太方便,测量时间也较长，而红外测温为测量人体表面温度提供了快速，非接触式手段，可广泛，有效的用于人们体表温度测量。本文通过介绍人体红外测温仪的实现方法来进行改进，结合热释电原理，以STC89C52单片机为其核心控制部件及红外测温探头TN901为基础，对数据进行分析，再通过LCD把结果显示出来，并且设置报警值。与传统的测温方式相比，具有操作方便、响应时间短、使用寿命长、非接触等一系列优点。实验结果表明，在测温距离不低于10cm的情况下，对人体表面温度测量的误差低于0.5。关键词：STC89C52单片机 红外测温 非接触式.Design and implementation of an infrared thermometer circuit system for human usesGao Kai(Grade 2012,Class 4,Major of Communication Engineering,School of Physics and TelecommunicationEngineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor:Zhao FengAbstract:Traditional temperature measurement method of operation is not convenient to use and the measurement time is longer, infrared thermometer provides a fast and non-contact means for the body surface temperature , can be used in people body surface temperature measurement widely and effectively.This paper describes the implementation of human infrared thermometer to make improvements,combined with pyroelectric principle. the STC89C52 microcontroller as its core control components and infrared temperature measurement probe TN901 as the basis for the analysis of the data. Then through the LCD to display the results, and set the alarm value.Compared with the traditional temperature measurement method, the method has a series of advantages, such as easy operation, short response time, long service life, noncontact and so on.The experimental results show that the error of the human body surface temperature measurement is less than 0.5 degrees Celsius in the temperature measurement distance is not less than 10cm.Keyword : The STC89C52 SCM Infrared Temperature Measurement Non contact目录引言11.红外测温仪的背景及研究意义21.1红外测温技术的发展历程21.2红外测温仪的研究意义22.系统总体方案选择32.1红外测温模块的方案论证32.2电源模块选取的方案论证32.3控制部分的选择33.人体红外测温仪的原理和特点53.1人体红外线测温仪的理论依据53.2人体红外线测温仪的原理53.3人体红外线测温仪的特点63.4影响温度测量的主要因素及修正方法64.人体红外测温仪的硬件设计84.1总体设计84.2单元模块设计94.2.1红外测温模块94.2.2红外测温模块的时序104.2.3 LCD1602显示模块105.软件设计125.1主程序的实现125.2红外测温模块程序145.3键盘扫描模块程序156.系统调试与分析186.1系统调试186.2结果分析19致谢21参考文献22附录A外文文献原文23附录B外文文献译文34附录C主程序44附录D元器件清单50附录E电路原理图及实物图51.引言在国内发展的红外测温仪的起步还是比国外晚一点,而且发展的方向也有些不同的方式,红外波长0.76 100 m之间，按波长的限制，可分为近红外，红外，远红外，超远红外四种，它是无线电波，在最后的位置，在电磁波频谱的可见位置之间。红外辐射是最常见的一种是电磁辐射的性质，它通常是基于环境中的任意对象将改变分子的元素和子元素的原子不规则活动，不断辐射红外线能量，分子元素和原子元素的活动愈强烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小使用红外辐射的方法开始温度检测的仪器是从单一到繁杂渐渐的研发而成的。红外测温仪是在一个点的温度限制为对象的早期检测，然后对检测线的温度，并不能显示物体的形状和表面的温度。直到第二十世纪五十或六十，由于红外探测器的光子探测器的迅速提高和有效出来，导致实验，热成像系统的理论基础。SARS爆发后，人们越来越重视公共卫生和安全。非接触、高精度医用红外温度计的研发，能够让在公共场合、大流量人群的迅速检测具备首要的意义。它不但具备强大的商业价值，并且又具有重要的社会价值。由于红外资源及传感器范畴创新的开发，新式测温仪器正逐渐替换传统的检测手法。如今美、英等国正悉力于增强前视红外系统信息处理本领(如智能人工目标分类)，便携式个人电脑机可以实时生成高分辨率的图像，以解决缺陷方面的研究和产业化。世界上除少许大型军工企业公司(如美国Honeuwell公司、休斯飞机公司)除外，极多大商业公司(如三菱电气、日本横河(株)、瑞典AGA公司、法国Pyro公司、Sofradier公司、HGH红外系统工程公司等)也正在积极地从事红外测温、热成像能力的科研及产品研发。在中国，近年来，随着中国工业的快速发展加速、产品升级的需求，越来越多的温度计，虽然热电偶（热电阻）一类的接触感温元件仍然具有很大的优势，但非接触红外测温仪已被业界关注。经过对非接触式红外测温仪资料的搜集，我们可以看到，近年来重要的发展趋势是：非制冷红外自动测温仪有了很大的进步。非制冷红外传感器的研究进展中可以看出，红外阵列传感器应用在过去，是量子型红外探测装置液氮冷却，现在是用于非致冷红外阵列传感器的使用，红外自动温度记录仪具有小，重量轻，价格低的特点。国内外近来成功地研发了具有杰出抵抗干扰的等效温差传感器，它的温度记录精度在0.060.08, 这是一个衡量毫米阵列式主动红外温度记录仪的热辐射的标准。近年来，红外自动温度记录仪的快速发展，使温度检测的高分辨率，高精度、高速度成为可能。.1.红外测温仪的背景及研究意义1.1 红外测温技术的发展历程在19世纪，英国天文学家赫歇尔F.W.发现红外线。20世纪70年代，热成像系统和CCD成功应用，这世纪末，焦平面阵列（FPA）红外装置已成功应用，红外技术核心是红外探测器。具有光学，光电，量子结构的光子检测器，热探测器与热敏电阻，热电偶，热电类型。从第一代红外探测器和多台设备上扫描成像到第四代的快速发展，带动了相关技术和相应的红外应用技术的飞速发展，红外材料，光学元件加工和涂层，冰柜，特别的信号电路处理，图像处理，系统设计，系统测试。仿真和测试技术，已经形成了比较完整的科研生产体系。红外探测是一种高科技检测技术在线监控（不间断）的风格，它集光电成像技术，计算机技术，图像处理技术于一身，由于其分子运动的任何对象，不断向外辐射的红外线热，以便在物体表面，以形成一定的温度场，通常被称为“图像”。通过接收对象发射红外线（红外线）时，屏幕上的热图像显示，红外诊断技术是通过测量设备的表面温度和温度场分布的红外辐射能量的吸收，从而判断加热设备的情况。确定表面温度的分布，准精确，实时，快速等特点。红外测温技术在生产过程和产品质量控制和监测中，在机械故障的诊断和安全保护中发挥重要作用。在近20年来，技术的非接触式红外测温仪得到了快速发展，也不断提高性能，功能也不断增强，品种不断增多，适用范围正在扩大。比起接触式测温，红外测温有着响应时间快，非接触，安全性和使用寿命长等优点。目前，红外诊断技术检测设备的应用程序，如红外测温仪，红外热电视和红外热成像仪等。如使用热成像技术将这种看不到“热”转化为可见光图像直接使测试结果红外热电视和红外热成像仪器，灵敏度高，可检测的热设备微妙的变化，准确地反映设备内部，外部加热，高可靠性，及时发现设备隐患非常有效Error! Reference source not found.。1.2红外测温仪的研究意义由于需要用于医学的发展，在许多情况下，普通温度计满足不了快速和精确的温度测量的要求，诸如用于测量体温火车站和机场在人口密度大的地方。虽然现在国外，这个温度测量技术相对成熟，但技术仍处于发展阶段。因此，为了适应医疗发展的需要，有效地为温度测量的特殊环境，从而有效地控制和预防诸如流，非典型特殊疾病的传播，有必要设计一种快速测定，高温测量精度。一般工业用红外线温度计的精度不够高，我们根据红外线温度测量原理，通过关键部件，其目的是系统设计和自动调节的温度补偿的选择，以提高红外线的精度温度计，设计了一种用于场合人员密集和大流量快速体温测量的红外温度测量电路。非接触式红外温度计可以通过使用最新的红外技术快速方便地测量物体的表面温度。与对象没有机械接触来进行测量和快速测量温度读数。只需要在对象瞄准进行测量时，按下扳机，在液晶显示读数的温度数据。红外线体温计具有重量轻，体积小，便于使用，携带方便和热，危险或难以到达的对象准确测量的优点，而不会污染或损坏待测定对象。每秒接触温度计测量将需要的时间数分钟，每秒红外测温仪可以测量多个读数。在温度测量技术上红外线温度传感器的选择是非常重要的，不仅在温度测量使用红外线温度传感器，大面积的温度测量也可以使用红外线温度传感器。本次设计就是使用红外线温度传感器的温度测量技术，它具有高的温度分辨率，响应速度快的优点，而不会干扰测量的目标温度分布场，测量精度高，稳定性好;还有更多类型的红外线温度传感器，发展非常快，技术比较成熟，这是由设计红外温度传感器设计的非接触温度测量仪是主要的原因之一。2.系统总体方案选择2.1红外测温模块的方案论证方案一：在这个方案中，该系统分为红外温度传感器模块，MCU模块，按键模块，报警（蜂鸣器）模块，液晶显示模块和电源模块的模拟。所谓的模拟传感器的输出是一个传感器是模拟的，而不是可以直接进行的数字数据的处理，因此它需要通过一个信号放大和AD转换可被发送到微控制器用于处理。在这个方案中，要通过红外线温度传感器的模拟接收人体发射红外线，则对应于通过传感器传出感温度的电压值的输出转换后。通过在液晶显示模块放大电路和AD转换电路和发送到微控制器模块进行处理，然后将两个红外线温度传感器输出以显示相应的体温。方案二：这个项目的第一个方案的最大区别是：在该方案由TN901红外温度传感器来取代模拟红外温度传感器。由于TN901红外线温度传感器内部集成运算放大电路，AD转换电路，滤波电路和数字信号处理器，所以只能TN901传感器的直接传递到微控制器处理模块和液晶显示模块显示的测定温度数据传感器数据接口。方案对比和选择：两种方案比较，相对较低的方案，而是要设计要求和系统电路变得更加复杂，从而使功率增加，以及效率将降低，在工作量增加，但也带来了更多的要求。两种计划的比较，虽然TN901模块成本的第二个计划是高的，但整个系统相对是比较简单的，传感器和MCU可以直接连接。它不仅简化了电路，而不是电源模块带来更多的消费，因此电源效率将提高到一个新水平。考虑到各方面的问题，我认为方案二更适合这种设计。2.2.电源模块选取的方案论证方案一：采用USB接口进行供电。随着科技的不断发达，电脑等产品的不断升级，电子产品智能化，很多电子产品的供电已经开始慢慢的转向USB供电，USB供电不仅即插即用，而且更环保、更方便、更普遍，更能跟上时代的步伐。方案二：由电池供电。电池电源有着悠久的历史，并一直延续到现在，许多遥控器，手电筒等常用的家电产品也已经在使用电池供电，电池供电方便，易于更换电源。比较方案的选择：电池供电与USB供电比起来更加便携，但是，在市场上电池的种类繁多，比如干电池、锂电池和纽扣电池等。电量都会很快消耗掉，而且USB供电更方便快捷、即插即用、更环保，并且能符合电子产品的走势，所以还是采取USB供电。综上所述：本设计采用0.5米的USB供电线作为电源模块部分的设计。2.3控制部分的选择从ATS和STC单片机我们可以了解到，51和52单片机占了大多数，但51单片机内存小而且由于设计的更高的要求，所以对于初学者来说，我选择52 ，价格低廉,具有较高的价比。STC89C52是STC 司生产的 种低功耗、高性能 CMOS8位控制 ,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，因其拥有灵活的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 功能，使得 STC89C52 为很多嵌入式控制应用系统提供了高效、灵活的解决方案。STC89C52 具有以下所示标准功能：8k 字节 Flash，512 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口1。此外，STC89C52可以减少到0赫兹静态逻辑操作，支持两种软件可选省电模式。在空闲模式下CPU停止工作，并允许RAM，定时器/计数器，串行口和中断系统工作。掉电保护模式,信息得以被保存，振荡器被冻结，单片机机器的所有工作停止，直到中断或硬件复位，最高工作频率35MHz时，有6T/12T可选。P1口是8位双向I/O口内部上拉端口， P1输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑电平。 P1口，写入“1”，内部上拉端口电阻升高，这可以被用作输入。作为输入，外部上拉引脚为低电平，由于内部的输出电流（IIL）的阻力。此外，P1.0和P1.2分别定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/ T2）和定时器/计数器2触发输入端口），在闪存编程和低8位地址接收的字节在P1口。P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将作为输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高八位地址。在此时，P2口使用很强的内部上拉电阻。在使用8位地址（如MOVXRI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和控制信号。综合以上功能我选择STC89C52作为方案的控制部分的单片机。3.人体红外测温仪的原理和特点3.1人体红外线测温仪的理论依据所有自然界的高于绝对零度(-273.15)的物体，由于分子的热运动，在不停止对周围空间辐射红外波段的电磁波,通过能量密度的辐射温度依赖性和对象本身与辐射法可得出红外辐射理论，辐射定律为： （3.1）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，就可得出其温度。 这种测量不需要与要被测量的物体接触，因此它属于非接触测量。在不同的温度范围和对象发射电磁波能量波长分布是不同的，在室温下范围，能量主要集中在红外和远红外波长（0至100）。对于不同的温度范围和在仪器的不同的测量对象，具体的设计也是不同的。根据式（3.2）的原理，仪器通过红外辐射测量： （3.2）式中：为光学的常数，与仪表具体的设计结构有关；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。我们人体主要辐射波长约在910的红外线，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，所以可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面的温度。通过在红外能量人体辐射的测量可以精确地测量身体表面温度。红外测温技术的最大优势之一就是测试速度快，不到1秒就可以完成测试。由光学系统，光电检测器，信号放大器和信号处理，显示输出部件红外线温度计。3.2 人体红外线测温仪的原理红外测温仪的温度测量是基于黑体辐射定律，传感器是测量温度信息的主要载体，通过传感器把经过的温度信息放大到电路先转换成为毫伏级的电压信号把弱电压信号慢慢放大到单片机能够自由处理的可调控范围之内,然后再通过输入A/D转换器把电压信号转换成为数字信号然后再通过相应的软件把得到的数字信号成功地输入到主机中去。在使用单片机对信号进行采集的时候一般为了提高测量的准确度,必须要求在采样的同时对信号进行数字滤波1。所有高于绝对零度的物体的性质已辐射能量，物体的向外辐射能量的改变与按波长的排布与它的表面温度有着相对贴切的因质，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。根据黑体光谱辐射亮度的普朗克公式，即： (3.3)式中第一辐射常数: ,第二辐射常数: 其中：-波尔兹曼常数； -普朗克常数； -电磁在真空中的传播速度。3.3 人体红外线测温仪的特点人体红外测温仪是通过接收人体发射的红外线的能量的大小来测量其体温的仪器。红外测温仪是利用红外传感器对被测目标时的热辐射进行采集，测温仪内部的灵敏探测元件将采集的能量信息输送到单片机的微处理器中进行处理，然后转换为温度读数显示在LCD显示屏中。所以人体红外测温仪的优点有：(1) 测温速度快：即响应时间快。红外探测器中灵敏元非常灵敏，只要接收到目标红外辐射即可在短时间内定温。(2) 准确度高：人体红外测温不会与普通测温一样破坏物体本身温度分布，因此测量精度高。(3) 非接触测量：它不需要接触到人体，只需在额头前方10厘米左右测温即可，而且红外探测器只需感应人体辐射的红外线。因此，不会干扰人体，也不会为人体带来损伤。(4) 测量范围广：因为人体红外测温仪是非接触式的，所以测温仪不会处在很高或很低的温度环境中，而是工作在正常的温度或测温仪允许的条件下进行测量的，所以测量范围比较广。(5) 体积小，方便携带。(6) 灵敏度高：只要人体温度有微小变化，辐射能量就会有较大改变，容易测出来。而且使用寿命长及使用安全。(7) 受外界环境温度干扰较小：由于本设计中所使用的红外探测器是带补偿电路的，所以它可以补偿外界环境温度的高低起伏。3.4 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) 测量温度时的环境因素：测温仪所处的环境条件对测量结果有很大的影响，所以应该考虑进去，检测仪器接收到的红外辐射包括目 标自身红外辐射和其它部位及周围环境的辐射，以及目标对太阳和环境辐射的反 射与散射。因此为准确对设备进行红外诊断，则必须考虑环境背景的辐射影响，本设计中正是利用了PM611热释电红外线传感器可以补偿温度起伏的作用，实现准确的测温。(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）来分度的，而实际上，物质的发射率一般都小于1.00，在需要测量目标的真实温度时，必须要设置发射率值。(3) 温度测量范围和测定对象的大小之间的关系：在不同的距离，有效直径D的衡量的目标是不同的，并且在靶的测量应注意到目标的距离。红外线温度计距离系数K的定义是测量的距离L与靶的直径D的测量比，即,。(4) 目标的背景光测量：如果用一个明亮的背景光来测量物体（尤其是受阳光直射或强光），测量精度会受到影响，因此可以使用对象遮挡目标直接光消除背景光的干扰。(5) 温度输出功能：首先，我们模拟输出信号 -05V，15V，010V，0/4mA会加入到闭环控制。其次，低报警，高报警，在控制温度在一定范围内所需的生产工艺可设置高低报警值。高报警：高报警设置为打开的情况下，当温度低于上限报警值越高，对应的LED灯闪烁，继电器接通蜂鸣器会响。(6) 如在温度测量是在一个不确定的环境下，所在外部环境将会对温度测量以及测量误差的结果有一定的影响，所以需要一个校正环境温度。 由节辐射公式可得出热释电传感器的响应公式为： (3.4)式中：为与热释电响应特性及物体表面发射率有关的常数，为物体表面温度，为环境温度。根据表达式（3.5）可以得到不同的标定公式： （1）简单关系式，即 （3.5）式中：，表中数据表明，不仅与 有关，还与 有关。 （2）多项式，即 （3.6）令 （3.7）其实验结果表明，测温时的环境温度和物体表面温度要在一定的范围内，要使测温仪满足一定的精度，如环境温度=30，物体表面温度超出180以上时，读数误差就会较大。从表3.1所示：首先，它应该是分段标定物体的表面温度，因为测量范围大，校准系数差异，所以细分的话影响也很大。实际应用中以5为间隔，在10下对系数校准，采样电压峰值在对系数的选择的时间内间隔下降。然后根据不同的环境温度和已被选定的校准系数，保证在不同的环境温度仍然可以精确的测量温度。分析表3.1显示，当表面温度较低（78）时，经修改的系数受环境温度影响较大。校准系数在这个温度范围对象必须对环境温度修正。当表面温度较高时，修正系数基本上是由物体的表面温度来确定，这样的系数不必根据环境温度校正，这减少了校准系数的复杂性。下面表3.1是不同环境下温度系数： 表3.1 不同环境下的温度系数标准温度 （）环境温度（）测量值（V）系 数 Ka（V/）34.0026.02.6123.06126.52.6052.87927.02.5782.70478.0026.02.96117.5826.52.94817.4827.02.93517.44120.0026.03.39227.7226.53.38727.4927.03.38427.48 4. 人体红外测温仪的硬件设计4.1 总体设计下图4.1所示是人体红外测温仪系统的总体结构框图。红外传感器检测系统信号处理部分LCD显示模块报警模块按键模块图4.1系统总体结构框图由上图4.1可以看出，红外传感器接收到人体发出的红外线后，经过检测系统确定后，再在信号处理模块对所测得到的信号进行放大、滤波、再进行一系列的计算，再由单片机处理传送到显示模块显示出温度读数。当外界温度超过或低于此温度时，1脚会输出高电平或低电平，完成对温度的判断，进而实现对温度的控制或进行报警，如果经过处理后的数据大于所设置的预警数据，则蜂鸣器报警。如果检测完信号后送达处理系统处理，所测的数据有误，则可以通过控制器（按钮）来进行重新检测，直到显示正确温度。如下图4.2是电路的电路原理图的处理模块：图 4.2红外人体测温仪电路原理图基于单片机STC89C52红外测温仪是目前使用较多的设计理念的硬件设计的一部分，整个系统分为五个模块：红外测温模块; MCU处理模块;电源模块;键盘模块和液晶显示模块。可以把一个复杂的问题分解成一种较容易解决的模块划分方法，分别要解决，从而大大简化了设计作品的难度。红外测温仪是STC89C52单片机为核心器件，芯片模块的工作原理是：加载相应程序STC89C52单片机红外测温模块的数据，送往液晶显示器显示。如上图4.2中的左是单片机处理模块是通过人工复位开关，只要RST引脚高电平超过10ms时，芯片进入复位状态，根据实际情况和选择很容易判断复位温度测量数据。使用振荡电路的仪器是一个晶体振荡器电路，如上图4.2在左侧是具体这部分电路的一部分。使用晶体振荡电路是因为它的频率稳定性是良好的，这是红外温度计的非常重要的一项技术要求。4.2 单元模块设计4.2.1红外测温模块在TN901红外测温仪模块，设计具有高精度、低功耗、高灵敏度特性，保证了采用MEMS热电优良特性，可准确测量环境温度，TN901红外测温仪用温度补偿技术，使module.ZyTemp产品承受10热冲的影响，产品在温度变化大的环境具有良好的精度。例如：在高达160的环境温度情况下，传统的红外测温仪的温度变化的误差，需要建立时间30分钟。TN901产品错误仅0.5，只需要很短的时间。而相比TN901只需要3伏电源，大多数其他红外温度测量仪器需要一个9伏的电源电压，TN901的具体性能参数如下表4.1：表4.1 TN901性能参数表测试条件-33220/ -27428工作范围-1050/14122精度 Tobj=1535, Tamb=25+/-0.5全范围精度#AC+/-2%, 2分辨力（-9.9199.9）1/16C=0.0625 (fall range)响应时间 (90)1秒D:S1:1发射率0.011 step.01刷新频率1.4Hz尺寸12x13.7x35mm波长5um14um重量9克电源3V或5V可选择采用非接触方式，解决传统测温接触红外测温模块的问题，具有响应速度快，测量精度高，测量范围宽等优点。它通过红外线温度传感器扫描所述测定对象物，并通过发送到MCU模块口线传输的相应的红外辐射数据，下图4.3是红外线温度测量模块电路图：图4.3 红外测温模块电路图面对目前众多的红外检测器件产品，在设计中选择合适的红外检测器已成为一个重要问题。在设计过程中选择红外线检测器件时，首先考虑的是器件的以下性能因素:光谱响应范围、响应速度、有效检测面积、元件数量、制冷方式和检测目标的温度。在深入研究混合高斯背景建模的基础上,为提高人体目标提取的准确性,研究了几种边缘算子,把边缘算子引进混合高斯背景建模对其进行改进,人体目标提取效果有所提高,最终有效实现人体目标的提取。本红外测温仪选用了凌阳公司生产的型号为TN901的红外探测器作为测温模块，它是一种集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路，因此简化了本系统的设计3。4.2.2红外测温模块的时序红外测温模块中，温度测量需接收5个字节的数据,这5个字节中:Item为0x4c表示测量目标温度,为0x66表示测量环境温度。MSB接收温度的高八位数据；LSB接收温度的低八位数据；Sum为验证码,接收正确时SumItem+MSB+LSB；CR为结束标志,当CR为0xodH时表示完成一次温度数据接收4。他们的温度的计算方法都相同，无论测量环境温度还是目标温度，只要检测到Item为0x4cH或者0x66H同时检测到CR为0x0dH就可以了。计算公式：目标温度/环境温度=Temp/16-273.15其中Temp为十进制，当把它转换成十六进制的高八位为MSB，低八位为LSB；比如MSB为0x14H，LSB为0x2Ah，则Temp十六进制时为0x142aH，十进制时为5162，则测得的温度值为5162/16-273.15=39.475.4.2.3 LCD1602显示模块1602LCD液晶屏显示模块具有微功耗，体积小，内容丰富的特点，在便携式仪器和低功耗应用中具有优势，因为系统超薄，重量轻的原因变得越来越被广泛的应用。在该设计中，字符类型LCD模块是一个57点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示容量可以分为116个字符，2行16个字符，220个字等，这里是常用采用2行16个字来介绍它，method.1602是标准的接口，标准的14英尺（不需要背光源）或16英尺（带背光）接口，每个引脚的界面如下表4.2：表4.2 1602LCD引脚图编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极在液晶显示电路连接，LCD1602显示模块可直接与SCT89C52单片机直接接口相连，D0D7端口的液晶显示器连接到P0.0P0.7 SCT89C52单片机的端口，单片机P0口可以作为通用输入，输出端口的使用，在这个时候，如果要驱动的NMOS或其它拉伸负载电流，需要一个外部上拉电阻，以使高电平有效，所以中间连接10K电位器来决定显示的高电平和低电平是否显示。由于V型端与电源连接时，电源相对最弱，接地电源相对较高，过高会导致“重影”，对比度过低就会使屏幕模糊，所以在使用的时候可以通过一个10K的电位器来调节与P2.1端口的单片机连接时RS注册其contrast.LCD1602选择端口，通过软件程序来确定寄存器的选择。P2.2液晶RW端口直接连接到单片机，高功率时读取输入端口数字信号。电子端与P2.3的单片机相连，启动低功耗时将显示读数的执行情况。下图4.4是LCD1602液晶显示器的电路连接图。 图4.4LCD显示电路连接图液晶显示模块是一个缓慢的显示装置，所以前每个指令必须确认从工作状态到空闲状态的模块，否则指令失败。要显示字符时先输入地址显示字符，那就是告诉模块在哪里显示字符，表4.3是DM-162的内屏地址。表4.31602的内部显示地址12345678910111213141516序号000102030405060708090A0B0C0D0E0F第一行404142434445464748494A4B4C4D4E4F第二行1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。在软件中设置温度的代码是：30.0(00110011B，00110000B，00101110B,00110000B，01000011B)；37.0(00110011B，00110111B，00101110B，00110000B，01000011B)；60(00110110B，00110000B，01000011B)。5. 软件设计5.1主程序的实现根据所述室的要求红外线人体温度测量系统的设计，该设计是在LCD1602的MCU和显示收集的数据，在LCD显示温度后MLX90615红外线温度传感的装置。不在设定范围内任意的一组数据时，该蜂鸣器报警之内到传感器设定的温度和湿度，感应范围内，比设定值高或低时报警。实现以确定的温度和湿度满足这些基本功能。人体目标特征提取是进行目标识别的关键前提,特征序列的好坏直接影响入侵探测系统人体目标识别的效果,本探测系统结合入侵探测实际,主要提取人体目标的辐射特征、不变矩阵特征以及人体形状特征,利用基于RBF神经网络,并优化其网络模型,实现人形目标的识别,识别准确性得到提高,能有效降低虚警率4。设计的思想是在第一系统初始化，并显示子程序，每个端口温度数据重置，按下开关，接通电源，以确定当电源接通时的A/D转换器的VIN（+）输入放大后读取和滤波计算从模拟信号到数字信号，片选CS的数据转换后，WR读出结束也被设置为低电平时，芯片本身产生脉冲，转换就会开始。然后通过A / D转换的CS，RD和0低电平时读取转换的输出数据，存储在模拟到数字转换器闩锁装置的转换后的数据，端口D0D7是SCM P0口输入到一个组成部分。读取正确的数据写入EEPROM的MCU内存后阅读三次。同时，计数器加1，继续读取下一组数据。如果取得数据后，读满三次不正确，MCU复位，重新阅读后复位。中断INT0被设置为外部中断，之后读出在EEPROM中的数据的中断，然后通过液晶屏显示，通过读出的数据来判断，AT89C52 P3口是多功能的I/O口或具有第二功能，其第二功能是作为控制口，所以此设计中使用的P3.0串行端口输入来控制报警系统中，如果数据大于人体，蜂鸣器报警的表面温度高，显示温度为3060下，当所测量的温度低于下限，或最高温度和报警系统报警更高的范围内。一个二阶的操作信号中断子程序将返回后执行。主程序流程图在图中，如图5.1所示。主程序主要实现以下功能： (1) 在给产品上电后时能自动初始化设备，引导程序能够正确执行。(2) 保持环境温度显示的同时，采样覆盖在热释电探测器视场的物体表面的红外辐射的数据，再对采样进行转换，并比较各值，直到它的值为热释电探测器响应的峰值电压为止。 如图5.1是软件设计部分的中断子程序流程图，主要实现以下功能： (1) 当红外测温仪上电后，STC89C52单片机自动复位，开始运行该程序。该程序首先对STC89C52初始化。(2) 然后给定引导显示，然后判断是否键输入，如果没有输入键，则继续判断;如果按键输入，判断是红外测温。如果是要返回到引导显示，是红外线温度测量，接收的数据，并显示温度值的计算，并等待温度测量命令的结束。判断温度测量结束与否，如果没有继续的温度，接收到的最终命令返回显示引导来判断。(3) 读取温度超过高预警温度或低于低限度值时，蜂鸣器报警，没超过直接显示所测温度。(4) 液晶显示子程序完成最后的温度。图5.1 主程序流程图主程序如下：void main() time_init();/初始化定时器 Outside_Init();/外部中断初始化 Init_LCD();/温度显示初始化Init_T(); /循环读码 init_eeprom();/读eeprom数据 xianshi();while(1) if(Menu_Flag=0);/没有菜单标签则显示主界面 if(flag_one=1) qingping(); flag_one=2; Init_T(); xianshi(); /读取目标温度 TN_IRACK_UN(); TN_IRACK_EN(); TN_GetData(0x4c); MBTemp=Temp; Display(MBTemp); if(Menu_Flag=1)/显示控制界面 if(flag_one=2) flag_one=3; FMQ=1; / 蜂咛器不报警。 baojinxianshi1(); write_com(0x80+0x40+4); write_date(T); write_date(H); write_date(:); write_date(0+tempH/10); write_date(0+tempH%10); write_date(.); write_date(0); key(); if(Menu_Flag=2)/显示控制界面 if(flag_one=3) flag_one=1; FMQ=1; / 蜂咛器不报警。 baojinxianshi2(); write_com(0x80+0x40+4); write_date(T); write_date(L); write_date(:); write_date(0+tempL/10); write_date(0+tempL%10); write_date(.); write_date(0); key(); 5.2红外测温模块程序该红外线温度测量模块和一个脉冲信号的数据输出信号分别与单片机的P1.0和P1.1端口，温度控制端P1.2访问端口相连。其程序流程图如图5.2，该模块首先定义一个字符阵列，用于读出存储到数据帧，然后开始测量温度并读出的数据，该数据是在沿输送机的脉冲下降。数据的五个字节读到后，判决后第一个字节是0x4c0x66还是0X0D，并计算温度的返回值，或继续读数据。图5.2 红外测温模块流程图测温模块获取温度程序如下：void xianshi() /读取目标温度 TN_IRACK_UN(); TN_IRACK_EN(); TN_GetData(0x4c); /确定第一个字节是否是0x4c; MBTemp=Temp; Display(MBTemp);/延时10ms; write_com(0x80+0x40+3); write_com(0x80+0x40+11); write_date(:); write_date(0+tempL/10);/显示十位上数字; write_date(0+tempL%10);/显示个位数字; write_date(.); write_date(0);5.3键盘扫描模块程序键盘是单片机应用中不可缺少的一部分。本键盘的设计采用3位独立按键，在固定的极短的时间内对键盘的列线进行扫描，进而判断是否有键按下，有键按下再判断是哪个键按下从而根据按键值在程序中做出进一步的判断，它的程序流程图如下图5.3： 图5.3 键盘扫描程序按键程序如下：void key() if(!K1) delay_LCD(20); /延时去抖 if(!K1) tishiyin(); if(Menu_Flag=1) tempH+=1; /每按下一次，数值加1 if(tempH=100) tempH=99; write_eeprom(); /保存数据 flag_one=2; if(Menu_Flag=2) tempL+=1; /每按下一次，数值加1 if(tempL=100) tempL=99; write_eeprom(); /保存数据 flag_one=3; while(!K1);/等待按键 弹起屏蔽此句，可以实现按键按下不放开时，连加技术功能，