多功能红外语音体温计的设计_饶连周.pdf

2006年 6 月三明学院学报Jun. 2006 第23卷第2期JOURNAL OF SANMING UNIVERSITY Vol.23 NO.2

多功能红外语音体温计的设计

饶连周

( 三明学院物理与机电工程系, 福建三明365004)

摘要:介绍一种具有非接触体温测量的新型多功能红外语音体温计。该体温计基于普朗克黑体辐射定律和高性能红外温度传感器,采用单片机数据处理和语音处理、LCD显示等技术,能够对体温进行有效准确的非接触测量。该体温计功耗

低,测量速度快,并有年历、语音报温和报时,安全可靠,使用方便等特点,可广泛应用于日常保健及医学测试领域。

关键词:单片机;红外语音体温计;SPCE061A;TSEA01- 4A

中图分类号:TB942;TP368.2 文献标识码:A 文章编号:1673- 4343(2006)02- 0148- 05

Desigh of a Multifunction Infrared Phonetic Thermometer

RAO Lian- zhou

(Department of Physics and Electromechanical Engineering, Sanming University, Sanming 365004,China) Abslract: The new multifunction IR (infrared Ray) phonetic thermometer with a non-contact temperature measurement is presented. Based on Max Planck radiation Law and using a high quality

IR temperature Sensor,the gage can measure animal heat for non-contact with high precision and efficiency. The meterage of animal heat also involves some key techniques such as Liquid Crystal Display (LCD) using methods, sound processing methods, and data processing methods with Single Chip Microprocessor. The gage possesses the advantages of low power consumption, high metrical speed, Calendar, broadcasting temperature and time, and convenient use on the safe side. Meanwhile, it can be applied into many fields of daily health protection and iatrical testing.

Key words: Single Chip Microprocessor; infrared phonetic thermometer; SPCE061A; TSEA01-4A

引言

体温是人体生命活动的基本特征,也是观察人体机能是否正常的重要指标之一,是标准化较强、测量也较为方便的一种生理信号。传统的水银体温计虽然价格便宜但是有许多弊端:其一,水银体温计遇热或放置不当,容易破裂造成人体接触中毒、污染环境;其二,水银体温计是根据水银随温度升降的热胀冷缩的性质,通过读取刻度值来判断温度高低。有时由于光线较暗或其他因素的影响,使观察者难以准确判断温度值;其三,采用水银体温计测温时,往往要等待较长时间(5min- 10min) ,以期能够让其充分受热。这些都给测量者

带来了不便。

笔者利用单片机技术开发的多功能红外语音体温计便可以克服传统水银体温计的上述缺陷。它不但可以以数字的方式显示出测量的结果,使收稿日期:2006- 01- 18

作者简介:饶连周(1962-) ,男,福建明溪人,副教授。

测量过程变得直观,而且可以根据需要以语音报出当前的温度值,这一点对于由于视力不佳而无法读取数值的人群或老年人来说就显得更为重要。除此之外,语音体温计还具有较高的灵敏度,

可以在几秒钟内测得结果,且具有寿命长、价格低廉、语音报时、存储测量值等诸多优点,是较为理想的多功能体温测量仪器。

1多功能红外语音体温计的硬件组成

随着现代电子技术的发展,电子设备越来越显示出其向高集成化和小型化的发展趋势。集成度的高低,从某种意义上来说,已经成为衡量电子设备优劣的关键性指标之一。而对于体温计这种人们日常使用的仪器,在这一点上就具有更高的要求。因此,本设计方案采用了台湾凌阳公司推出一款具有语音处理功能的16位高速单片机

SPCE061A[1]。其标准工作电压为 3.3V。它内部集成

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有2K字SRAM,32K字FLASH程序存储器,两个显示模块LCM12832ZK,由按键控制温度测量和播十六位定时器/计数器,32位可编程I/O端口,8通报。SPCE061A有丰富的时基信号,采用2Hz进行道10位模数转换输入,其中一路为具有内置自动计数,并进行万年历计算,由按键控制播报时间。电增益控制功能的麦克风输入,双通道DAC方式的源采用9V电池供电, 并经UPC78L05T稳压器输音频输出, 看门狗电路等。电路无须外扩任何芯出5V电压,供给单片机IOA端口和红外温度传感片,就可完成A/D转换和音频处理,从而大大提高器使用,再经SPY0029稳压器输出3.3V供给单片了电路的集成度。红外温度传感器采用最新推出的机其他端口使用。电路原理框图如图1所示。

型号为TSEA01- 4A的传感器,显示模块采用液晶 1.1 温度信号的采集与处理

液晶显示模块

图1电路原理框图

1.1.1测温原理

红外体温计测温原理是基于黑体辐射定律。黑体是一种理想化的辐射体,它在任何温度下都能吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,

其表面的吸收率为1。应该指出,自然界中并不存在真正的黑体,但是为了弄清和获得红外辐射分布规律,普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型,

从而导出了普朗克黑体辐射的定律,其表

达式为[2- 4]:

2 1

M(λ,T) = 2πhc (1)

·! hc

5 kTλ"

λ e - 1

式中,h为普朗克常数,h=6.63×10- 34J·s;c为真空中光速;k为波尔兹曼常数。

由(1)式可以计算出在温度为T时黑体在全部波长范围内的辐射出度为:

∞

M( T) = M(λ,T)dλ=σT4 (2)

#0

其中σ=5.67×10- 8W·m- 2·K- 4

由(2)式可以看出:黑体总的辐射出度与黑体的绝对温度T四次方成正比。只要温度很小的变化,辐射出度就能迅速地发生变化。因此,通过对

物体辐射能的测量就能求出物体的温度。

由于人体皮肤不是理想的黑体,只有在大于

5μm 波长范围才可以近似看成是黑体,所以在红

外温度传感器上要装有大于5μm波长才可以通过