红外测温技术 毕业论文.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date红外测温技术 毕业论文红外测温技术 毕业论文目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 红外测温技术的发展概况2第二章 红外测温仪的测温原理42.1 红外测温的基础理论42.2 红外测温传感器的测温特点72.3 本章小结8第三章 总体方案设计和选择93.1 设计方案分析93.2 方案的选择103.3 总体方案设计133.4 本章
2、小结13第四章 系统硬件设计144.1 单片机处理模块144.2 红外测温模块184.3 电源模块204.4 报警模块214.5 LCD显示模块22第五章 系统软件设计255.1 主程序模块设计255.2 红外测温程序模块275.3 LCD显示程序模块28第六章 系统调试与分析306.1 红外测温系统调试和分析306.2 本章小结33第七章 总结与展望34致谢36参考文献37附录一:设计总体电路图38附录二:实物连接图39附录三:PCB图40附录四:元器件清单41附录五:程序编写42-摘要在医学中,体温是一个人重要的生理参数,是人体生命活动的基本特征,也是观测人体机能是否正常运行的重要指标之一
3、。所以,体温计是日常生活中和医学上必不可缺的测温器具。随着科技的进步,社会的发展,经过人们不懈的努力研究,终于研制出了一种新型的测温技术红外测温。这是一项新型的测温技术,它是根据人体发出的特定波段的红外线来测量人体温度的。我们知道,传统的水银式体温计时根据液体的热胀冷缩性质来测量人体温度的。虽然价格便宜,但是准确度低、测量时间长、容易破碎和污染环境。然而,红外测温仪正好解决了水银体温计的弊端,它不仅测量准确、速度快,而且还能实现大规模的人体测量。所以,红外测温仪也被应用于疾病疫情的检疫中,而且发挥了重要的作用。本文介绍了红外测温仪测温的基本原理和实现方法,提出了以STC89C51单片机为其核心
4、控制部件的红外测温系统。详细介绍了该系统的构成和实现方式,给出了硬件设计原理图和软件的设计流程图。该系统主要由光学系统、光电探测器、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内目标的红外辐射能量,红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。STC89C51单片机负责控制启动温度测量、接收测量数据、并按照单片机中的温度值计算算法计算出目标的温度值,最后通过LED显示屏把结果数值显示出来。关键词:STC89C51单片机;红外测温;LCD显示ABSTRACTIn medicine, the body temperatures is one of important physiological par
5、ameters, are the basic characteristics of human body life activity, is also observed the body function is one of important indexes of normal operation. So, the thermometer is essential on daily life and medical temperature measuring instruments.With the progress of science and technology, the develo
6、pment of the society, through the unremitting efforts, finally developed a new kind of temperature measurement technology, infrared temperature measurement. This is a new kind of temperature measurement technology; it is according to the human body from the specific band of infrared to measure the b
7、ody temperature. When we know that the traditional mercury thermometers according to the heat bilges cold shrink nature of the liquid to measurement time, easily broken, and pollute the environment. Infrared thermometer, however, is just to solve the disadvantages of the mercury thermometer, it is n
8、ot only accurate and fast measurement, but also can realize large-scale human body measurement. So, infrared thermometer has been applied to quarantine disease outbreaks, and played an important.Infrared thermometer temperature measurement were introduced in this paper the basic principle and implem
9、entation method, put forward the STC89C51 micro-controller as the core control components of infrared temperature measurement system. Composition and implementation of the system was introduced in detail, gives the principle diagram of the hardware design and software design flow chat. The system is
10、 mainly composed of optical system, photoelectric detector, the output display parts. Optical system, the infrared radiation energy of the field goal, infrared energy focusing on the photoelectric detectors and translated into corresponding electrical signals.STC89C51 micro-controller control to sta
11、rt the temperature measurement, receiving measurement date, and according to the single chip microcomputer temperature calculation algorithm of the target temperature, finally, LED display the results of numerical display.KEYWORDS: The STC89C51 MCU, infrared radiation thermometry, the LCD display第一章
12、 绪论1.1 课题研究的目的和意义随着科技的快速发展和医疗技术的需要,测温技术也在不断地提高和改进。众所周知,体温是一个重要的人体生理参数,不仅是人体生命活动的基本特征,而且也是观测人体机能是否正常运行的重要指标之一。如果能及时知道一个人的体温,也许就能知道这个人的生理参数是否正常运行。所以,体温计无论是日常生活还是临床医疗,都是必不可少的测量器具。传统的体温计主要是水银式体温计,通过储存在水银球内的水银受热膨胀,然后读取刻度值来判断温度的高低。但是这种温度计测量时间长、准确度低,在遇热或者放置不当时,容易破裂使水银泄露,造成人体接触中毒、污染环境。面对这种传统体温计的不利因素,不仅给人们传达
13、错误的信息,而且还有害健康。因此,需要研究出一种新型的测温技术,改变传统体温计的测温方法,不仅能够方便、快捷、准确的测出人体的温度,而且对人体和环境没有伤害。利用高科技和不懈的努力,人们终于研究设计出一种新型的测温仪红外线测温仪。这种新型的测温仪是利用人体发出特定波段的红外线来测量人体的温度,采用高精度的红外温度传感器,能够快速准确的测出人体的平均温度,从而解决了传统体温计的弊端,使测温技术更高效、更快捷。红外测温技术不仅可以对个人实现快速、准确的测温,而且可以在大规模的检疫站,大流量的人群实现快速测量。不仅节省了时间,也给人们带来了方便。现在,红外测温仪已经被广泛的应用于各个领域,也发挥着越
14、来越大的作用。1.2 红外测温技术的发展概况 红外线的最早研究是在1800年开始的,首先是英国物理学家FW赫胥尔从热的角度来研究各种色光时,发现了红外线。自从赫胥尔发现红外线至今,红外线技术的发展历经了近两个世纪,从那时起,红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展,但发展比较缓慢,直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时,德国研制出硫化铅和几种红外透射材料,利用这些元、部件制成一些军用红外系统,例如高射炮用导航仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统、机载轰炸机探测仪和火控系统等等。此后,美国、英国和前苏联等国竞相发展,特别是美国,大力研究红外技术在军事方面的应用。目前,美国将红外技
15、术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。半个世纪以来,随着光学技术和半导体技术的发展,红外检测技术也日趋完善,其中红外测温技术也形成了完整的理论并成功地应用于医学、农业和工业等领域。然而,我国的红外线技术的研究工作是在新中国成立后才开展的。首先研究的是波段工作在1-3um的硫化铅红外探测器,数年之后又相继研究钛酸铅等热电探测器,并得到了一定的应用。改革开放以来,红外技术的研究得到了迅速的发展,开展了从单元、线列到红外线平面的探测器研究工作。上世纪90年代中期,我国研制出第一台热像仪,其技术性能与国外水平相当,为我国红外技术的升级换代起到了重要的作用。
16、目前我国研制出的热像仪,可以满足军队武器系统的各种性能需要。另外,在民用领域各种红外测温仪、红外热像仪、星载红外遥感仪等,也逐渐研制成功,逐渐发展成熟,在日常生活中得到了充分的应用。在实现远距离温度监测与控制方面,红外温度传感器以其优异的性能,满足了多方面的要求。在产品加工行业,一些需要对温度进行远距离监测的地方,都离不开温度传感器,既实现了远距离监测,也可以及时的进行调控。在食品行业,红外温度可以在不被污染的的情况下实现食物温度的监测和控制,鉴于这种优点,红外温度传感器在食品加工方面别受欢迎。在医疗方面,红外测温技术主要应用于人体温度的测量,对人体机能是否正常运行实时监控。随着红外测温技术的
17、发展和应用,一种新型的红外技术智能数字红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器,能够实现传感器与控制单元的双向通信,具有小型化、数字通信、维护简单等优点,因此,应用普遍而且易被接受。随着红外传感器的体积越来越小、价格逐渐降低,在食品、采暖空调和汽车等领域也有了新的应用。例如在食品烘烤机、理发吹风机上,都有红外温度传感器,用来检测温度是否过热,以便决定下一步该怎么操作,是停止加热将食物从烘烤机中取出,或是使吹风机冷却等。现在红外测温技术已经被人们普遍应用,其中红外测温仪是红外技术的一个重要应用,它是利用人体发出的红外线来测量出人体的平均温度。这种测温仪采用的是高精度的红外温度传感器和
18、微电子技术,它能够快速、准确、方便的测出人体的平均温度,不仅方便、快捷,而且解决了传统体温计易碎和水银污染等问题。同时,给医疗方面也带来了很大的方便。第二章 红外测温仪的测温原理2.1 红外测温的基础理论在自然界中,所有温度高于绝对零度(-273.15)的物体,由于自身分子的热运动,都在不停的向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波,而且通过一定的设备室可以检测到这些不同波段的电磁波的。不同波段的电磁波,它的能量也是不同的。物体的红外辐射能量大小和波长的分布与它表面的温度有着十分密切的关系,因此,通过对物体自身辐射的红外线能量的测量,就可以准确的测出物体表面的温度。这也就是我们所说的红外测温理论
19、的依据基础。红外线是电磁波谱中的一部分,而且这一波段正好位于可见光和微波之间。根据普朗克辐射定律:凡是绝对温度大于零度的物体都会向外辐射电磁波,物体的辐射强度与温度及表面辐射能力有关,辐射的电磁波与物体温度密切相关。在电磁波波谱中,我们通常把人眼可以直接感知的0.40.76m波段的电磁波称为可见光波段,把波长在0.76600m波段的电磁波称为红外波段。近年来,红外线技术已经成为一门发展迅速的新兴学科,它已经广泛应用于生产、科研、加工、军事、医疗、美容等领域。波长10km10000km1mm1km1um1mm1nm1um0.1nm1nm0.1nm以后名称声波无线电波红外线可见光紫外线X射线2.1
20、 电磁波波谱图1、辐射的光谱分布规律普朗克辐射定律: 一个绝对温度为T(K)的黑体,单位面积表面在波长附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率(简称为光谱辐射度)M,T与波长、温度T满足下列关系: M,T=C1(eC2/T-1) (2-1) 式中C1、C2分别为第一、第二辐射常数。普朗克辐射定律是所有单位计算红外辐射的基础。 2、斯忒藩(德)波尔兹曼(奥)(StefanBoltzmann)定律:物体的总辐射率,即单位面积发射总功率与黑体温度的四次方及材料表面的发射率成正比。其数学表示如下: W=T4 (2-2)其中,=5.67108w/m2K4,为StefanBoltzmann常数,为材
21、料表面发射率。此定律表明:凡是温度高于开氏零度的物体都会自发的向外发射红外热辐射,同时黑体单位面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比。而且,只要温度有较小变化时,都会使物体发射的辐射功率发生很大的变化。因此,只要能够探测到黑体单位表面积发射的总辐射功率,就可以确定该黑体的温度。 3、辐射的空间分布规律朗伯余弦定律:所谓的郎波余弦定律,就是黑体在任何方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比: I=C0cos (2-3)此定律表明:黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。因此,实际做红外检测时应尽可能选择在被测表面法线方向最大值的cos倍。 4、基尔霍夫辐射定律与发射定律: 实
22、验证明,物体的辐射度除了依赖于温度和波长外,还与该物体的材料性质及表面状态等因素有关。我们引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数,即可把黑体的基本定律应用于实际物体的红外温度测量。而这个辐射系数就是常说的发射率,或称之为比辐射率,其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在大于0和小于1的数值区间。根据辐射定律,只要知道了材料的发射率,就知道了任何物体的红外辐射特性。影响发射率的主要因素有:材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。因此,利用在同温度下实际物体与黑体的辐射度之比来表示该物体的一种特性,可以称之为实际物体的发射率,也叫全发
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