無線遙感體溫器畢業(yè)設計開題報告

1、一、課題的來源、目的意義（包括應用前景）、國內外現(xiàn)狀及水平課題來源： 2003年，一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭無情地席卷了整個中華大地，這就是令人聽了都心驚膽戰(zhàn)的“非典”。在國家各部門投入大量人力，物力，財力搶救“非典”病人的同時，各地也積極響應黨中央的號召，全力以赴做好“非典”的防控工作，尤其是在機場、海關、車站、賓館、商場、影院、寫字樓、學校等人流量較大的公共場所，對“非典”病人體溫的檢查尤為重要。目前，國內傳統(tǒng)的體溫測量是用醫(yī)用玻璃液體溫度計（俗稱體溫表）、醫(yī)用電子接觸式溫度計（常用熱敏電阻作為它的感溫元件）等插入人體內部（舌下、直腸）或置于腋下，通過接觸使溫度計的溫度等于被測處的溫度。但這些體溫

2、計的缺點是測量的速度慢（約2分鐘以上）。玻璃液體溫度計還易碎，在使用時容易因消毒不徹底而引起交叉感染。在SARS預防的檢測中，在需測量的人很多，時間又要短時，它們就不大適用了?；诖?，本文所介紹的一種不接觸式的紅外快速檢測人體溫度裝置應運而生了研究目的： 此次研究紅外快速檢測人體溫度裝置的主要目的，在于它能夠在機場、海關、車站、賓館、商場、影院、寫字樓、學校等人流量較大的公共場所，有效地避免國內傳統(tǒng)的體溫測量的缺點，在快速，準確，沒有交叉感染的情況下測量出人體溫度，因此不接觸式的紅外溫度測量法就被廣泛用于SARS預防的檢測工作中。正是由于紅外快速檢測人體溫度裝置的種種先進特性，而可以廣泛應用于

3、各種場所，擁有很好的市場前景！同時通過這次畢業(yè)設計，提高了同學們的自學能力，熟悉產品設計程序，引用所學傳感電子技術的知識解決實際問題。國內水平： 在2003年全國防“非典”斗爭中，中科院上海技術物理研究所在863計劃高技術成果的基礎上對紅外技術應用于非接觸式測溫進行了深入研究，在短時間內開發(fā)成功了“非接觸式紅外測溫儀”，打開了國內“非接觸式測量”的新篇章. 人體體溫是鑒別人體健康狀況的重要參數(shù)，所以體溫在醫(yī)療領域中占有十分重要的地位?，F(xiàn)有體溫計大概分為三種類型：一種是常見的玻璃水銀體溫計；一種是電子體溫計；另一種是較高檔的耳道式紅外遙感體溫計。 水銀體溫計雖然價格便宜但是有諸多弊端：首先，水銀

4、體溫計遇熱或安置不當，體溫計容易破裂。其次，人體接觸水后會中毒，中毒癥狀是惡心、頭痛、腹瀉、脫發(fā)等，嚴重者會造成血液凝固。因為水銀有劇毒，一旦它污染了水源或食物，可以對人的腎臟、肺等造成極大的傷害，水銀也能加速人神經系統(tǒng)退變。最后，采用水銀體溫計測溫需要相當長的時間(5min-l0min)，使用不便。美國一些城市和醫(yī)院已開始禁止使用水銀體溫計(北京青年報2001年7月10日，環(huán)球時報2001年7月13日)。2、 研究的主要內容，擬解決的關鍵性問題和預期的成果 電子體溫計是采用熱敏電阻測量溫度的，采用電子體溫計測溫也需要較長的時間，同樣使用不便。耳道式體溫計是根據(jù)黑體輻射原理通過測量人體輻射的紅

5、外線而測量溫度的。它用的紅外傳感器只是吸收人體輻射的紅外線而不向人體發(fā)射任何射線，它采用的是被動式且非接觸式的測量方式，因此紅外體溫計不會對人體產生輻射傷害。三種體溫計比較之，耳式體溫計的性能最好，它不僅測量速度快(測量時間小于1s)而且精度最高(0.1)。 人體的溫度只在較小的范圍內變化(35-42)，因此，只要進行較細的刻度，紅外體溫計就可獲得較高的測量精度。為了排除環(huán)境溫度變化對測量結果的影響，還要采用溫度補償電路對環(huán)境溫度進行補償。我們要設計的紅外體溫計其測量范圍是35-42，且精度為0.1。在該設計中，以低功耗單片機為主體，配有高精度放大器和16位ADC，測量值用LCD進行溫度顯示，

6、具有成本較低、使用方便、測量時間短、精度較高、可重復性好。更重要的是，通過進一步設計完善，它可以與電腦連接，因此更適用于病房和護士工作站使用。以下詳細闡述測溫基本原理和系統(tǒng)實現(xiàn)。1 基本原理首先介紹紅外遙感體溫計的物理原理，然后介紹紅外傳感器的原理和結構，最后介紹環(huán)境溫度補償?shù)姆椒?，及其提高測量精度的可行性。2 黑體輻射定律紅外體溫計的測溫原理是基于黑體輻射定律，黑體是在任何溫度下都能全部的吸收投射到其表面的任何波長的輻射能量。既沒有反射，也沒有透射的物體。同時它也向外界輻射能量。黑體的單色輻射出度是描述在某一波長輻射源單位面積上發(fā)出的輻射通量。溫度為T的黑體單色輻射出度為其中：c1是3.74

7、18l0-16Wm2，c2是1.43810-2mk。由此可以計算出在溫度位T的黑體在全部波長范圍內的輻射出度為 其中：A是波爾茲曼常數(shù)。此外，由于人體皮膚不是理想的黑體，只有在大于5um波長范圍才可以近似看成是黑體，所以在紅外傳感器上要裝有大于5.5um的波長才可以通過的濾波器。 紅外傳感器是紅外體溫計的關鍵部件，它是由溫差熱電堆和熱敏電阻兩部分構成的。熱電堆是用半導體集成電路(IC)工藝和微機械電子(MEMS)工藝制造的，它可以等效為多個熱電偶串聯(lián)組成的。而熱電偶是由兩種電子密度不同的導體相連接組成的。熱電偶有冷熱兩個端點。在測量物體溫度時，熱端與被測物體接觸，冷端與測量儀表接觸。熱電偶的同

8、種導體上會因為存在溫度剃度而產生湯姆孫電動勢，兩種金屬的連接處會因為電子密度差而產生珀而粘電動勢，所以在熱電偶的兩端會產生溫差電動勢。在紅外傳感器熱電堆的熱端貼有熱量吸收器，它用來吸收被測物體輻射的紅外線并轉化為熱能。通過熱電堆把輻射紅外線的功率轉化為電信號進行測量。 紅外傳感器的輸出特性 溫度為Tobj的物體，其單位面積在全部波長的輻射功率可以表示為其中：K是波爾茲曼常數(shù)，是物體的發(fā)射系數(shù)0,1。當用于紅外傳感器測量溫度時，考慮到紅外傳感器熱電堆另-端的環(huán)境溫度，由熱平衡方程，于是紅外傳感器其吸收的凈熱功率為其中：K/是一常數(shù) (由傳感器決定)，obi和sents分別為被測物體和傳感器材料的

9、發(fā)射系數(shù)，Tobi和Ta分別是被測物體溫度和傳感器的環(huán)境溫度。由此可得出紅外傳感器的輸出電壓其中：堤傳感器的敏感度(VW)，為一常數(shù)。由于實際傳感器只測量一定的波長范圍并且其敏感度只有在一定的波長范圍才可以看為是常數(shù)。當環(huán)境溫度一定時，紅外傳感器其輸出電壓與被測物體的絕對溫度的4-次方成線性關系。傳感器的輸出與被測物體的溫度是單調的，即傳感器的輸出量與被測物體的溫度是一一對應的，由此可以通過測量傳感器的輸出來確定被測物體的溫度。由于環(huán)境溫度是可變的，所以還要進行環(huán)境溫度補償。3、 課題研究方法，設計方案或論文撰寫提綱研究方法 環(huán)境溫度補償 熱電堆輸出端的電信號是反映熱電偶冷熱兩端的溫度差，也就

10、是被測物體與熱電堆冷端的溫度差，而不是反映被測物體的真實溫度。因此，還需要環(huán)境溫度補償，也就是要測出熱電堆的冷端溫度。環(huán)境溫度補償是通過紅外傳感器中負溫度系數(shù)的熱敏電阻完成的，它的阻值隨著溫度的升高而降低。由此通過測量其阻值就可以得知環(huán)境溫度。實現(xiàn)電路可以采用模擬電路處理方法和數(shù)字電路處理方法。 模擬處理方法 在有限的溫度范圍內，熱敏電阻的阻值與溫度的4次方近似為線性關系?？梢酝ㄟ^調整2個放大器的放大倍數(shù)，可使得輸出信號只與被測物體溫度的4-8次方成線性關系，去除由環(huán)境溫度而產生的輸出分量。由此可確定物體溫度 模擬處理方法的測量精度不高，只能達到4。但靈活性好，可以通過調節(jié)放大倍數(shù)以適合不同物

11、體的溫度測量。 數(shù)字處理方法 采用單片機查表的方法分別測量環(huán)境溫度和熱電堆的溫差，通過求和可得出被測物體的溫度值。數(shù)字處理方法具有較高的精度，可達0.1這是我們所采用的設計方案，下面將詳細介紹。 設計方案 體溫計的實現(xiàn)高精度放大電路紅外傳感器 本設計中采用的紅外傳感器是PerkinElmer Optoelectronics的TPS334。單片機是TI公司的帶有LCD驅動的低功耗單片機，可以直接與LCD屏相連而不需要另外的驅動電路，它最多可以顯示96段。ADC采用的是AD公司帶有恒定電流源的高精度的16位-AD，它為兩路輸入，-路與熱電堆相連，另一路與熱敏電阻相連。恒定電流源可以用于補償電路中驅

12、動熱敏電阻。紅外傳感器的兩路輸出(熱電堆輸出電壓信號和熱敏電阻兩端電壓信號)送到ADC，然后送到單片機，經單片機查表分別得出熱電堆的兩端溫差和環(huán)境溫度，并兩值相加求出物；體的真實溫度，并把結果送到LCD進行顯示。 數(shù)據(jù)處理方法 經數(shù)字化的溫度信號，送到單片機進行查表處理。對于紅外體溫計，其對溫度的刻度要求就會降低，因為它的測量范圍只是很小的一段，從35到42。在這么小的范圍內，就不需要按照上述的復雜公式進行計算或刻度。只需要把傳感器的輸出電壓看為是物體與環(huán)境的溫差函數(shù)而不考慮被測物體和環(huán)境的具體溫度值。通過單片機查表就可以得知被測物體與環(huán)境的溫度差，再與熱敏電阻測得的環(huán)境溫度相加就可以得出被測物體的溫度。這就是單片機處理數(shù)據(jù)的基本算法。LCD顯示單片機ADC4、 課題研究準備情況（參考文獻，完成任務所具備的條件）1 徐全民，匡建梅 計算機在細胞學診斷中的臨床應用 上海醫(yī)學檢驗雜志 19992 機械工業(yè)出版社 1999 3693743侯