非接触式红外遥感体温计的设计

非接触式红外遥感体温计的设计

摘要

针对传统水银体温计和电子体温计的种种缺陷和不便，本文设计了一种非接触测量体温计。该体温计利用GE公司的红外热电堆温度传感器ZTP-101L实现对温度信号的非接触测量。微弱的电压信号放大采用低失调、低漂移、高精度的集成仪用运算放大器AD620。模数转换用自带ADC的16位单片机MSP430F149。本文从硬件技术和软件方法上详细阐述了该仪器的实现手段。系统具有报警选择和长时间无人操作自动待机的功能，具有智能化的特点。

关键词热电堆温度传感器体温 AD620

DESIGN OF NON-CONTACT INFRARED REMOTE

THERMOMETER

ABSTRACT

The paper designs of a non-contact measurement thermometer to solve the traditional mercury thermometer and electronic thermometer of deficiencies and inconveniences. The infrared thermopile temperature sensor ZTP-101L produced by GE achieves the untouched measuring of body temperature. The weak electric voltage signal is amplified by the extremely low offset voltage、low drift、high precision of integrated instrument operational amplifier AD620. A/D is realized by 16 bits MCU MSP430F149, which has ADC function. The paper explains the realization of the instrument from the two aspects-hardware techniques and software methods. The system has functions such as selectable alarm feature and auto-standy if there is no operation for long time, the design has intelligentized feature.

KEY WORDS the thermopile temperature sensor body temperature AD620

目录

中文摘要 ..................................................................................................................................... I 英文摘要 .................................................................................................................................... II

1 前言 (1)

2 系统总体方案 (1)

3 硬件电路设计 (2)

3.1 电源电路 (2)

3.1.1 概述 (2)

3.1.2 TL431简介 (3)

3.2 单片机最小系统 (4)

3.2.1 MSP430F149简介 (4)

3.2.2 最小系统 (4)

3.3 键盘系统 (5)

3.4 显示系统 (6)

3.4.1 系统概述 (6)

3.4.2 YM12864简介 (6)

3.4.3 显示系统电路 (7)

3.5 报警系统 (8)

3.6 电池电压监控系统 (8)

3.6.1 系统概述 (8)

3.6.2 LM393概述 (9)

3.7 ADC系统 (10)

3.8 ZTP101L简介 (11)

3.9 信号调理系统 (11)

3.9.1 系统概述 (11)

3.9.2 AD620简介 (12)

3.9.3 热电堆信号调理 (12)

3.9.4 环境补偿信号调理 (13)

4 软件设计 (13)

4.1 环境温度补偿算法 (13)

4.1.1 黑体辐射定律 (14)

4.1.2 算法概述 (14)

4.2 主程序流程图 (15)

4.3 子程序流程图 (16)

4.3.1 初始化子程序流程图 (16)

4.3.2 键盘扫描子程序流程图 (16)

4.3.3 显示子程序流程图 (17)

4.3.4 测温子程序流程图 (18)

4.3.5 温度值存储子程序流程图 (19)

5 结束语 (20)

致谢 (22)

参考文献 (23)

附录一 (24)

附录二 (26)

1 前言

人体体温是鉴别人体健康状况的重要参数，所以体温计在医疗领域中占有十分重要的地位。现有体温计大概分为三种类型：一种是常见的玻璃水银体温计；一种是电子体温计；另一种是较高档的红外遥感体温计。

水银体温计虽然价格便宜但是有诸多弊端：首先，水银体温计遇热或安置不当，体温计容易破裂。其次，人体接触水银后会中毒，中毒症状是恶心、头痛、腹泻、脱发等，严重者会造成血液凝固。因为水银有剧毒，一旦污染了水源或食物，可以对人的肾脏、肺等造成极大的伤害，水银也能加速人神经系统退变。最后采用水银体温计测温需要相当长的时间(5min～10min)，使用不便。美国一些城市和医院已开始禁止使用水银体温计。

电子体温计是采用热敏电阻测量温度的，采用电子体温计测温也需要较长的时间，同样使用不便。红外体温计是根据黑体辐射原理通过测量人体辐射的红外线而测量温度的。它用的红外传感器只是吸收人体辐射的红外线而不向人体发射任何射线，它采用的是被动式且非接触的测量方式，因此，红外体温计的性能最好，它不仅测量速度快(测量时间小于1s)而且精度最高(±0.1℃)。

红外温度计在工业中已有广泛的应用，其测量范围可从常温到达上千摄氏度。但是红外温度传感器的输出与被测物体的温度是非线性关系，所以会存在较大的误差，精度一般在±1%～±2%。因而其绝对误差值较大。

人体的温度只在较小的范围内变化(35℃～42℃)，因此，只要进行较细的刻度，红外体温计就可获得较高的测量精度。为了排除环境温度变化对测量结果的影响，还要采取温度补偿电路对环境温度进行补偿。本文设计的红外体温计其测量范围是

35℃～42℃，且精度为±0.3℃。在该设计中，以低功耗单片机为主体，配有高精度放大器和12位ADC，测量值用LCD进行温度显示，具有成本较低、使用方便、测量时间短、精度较高、可重复性好等特点。

2 系统总体方案

本系统采用热电堆红外温度传感器采集目标物体和环境温度之间的温差，放大一定倍数后以电压形式输出。由于内部集成有热敏电阻用来补偿环境温度，经过本文设计的调理电路能够将环境温度转换成电压输出。然后，这两路电压进入