非接觸式紅外體溫計(jì)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

楊瑩 濟(jì)南護(hù)理職業(yè)學(xué)院 （山東 濟(jì)南 250000）

非接觸式紅外體溫計(jì)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

楊瑩 濟(jì)南護(hù)理職業(yè)學(xué)院 （山東 濟(jì)南 250000）

為了在護(hù)理發(fā)熱嬰幼兒時(shí)更加方便，開發(fā)設(shè)計(jì)了該款非接觸式紅外體溫計(jì)。它以STC89C51單片機(jī)為控制核心對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，主要由單片機(jī)、溫度檢測、電源供應(yīng)和LCD顯示四部分組成，通過選擇關(guān)鍵的器件、自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償來進(jìn)一步提升紅外線測溫儀實(shí)際應(yīng)用中的科學(xué)性和有效性。

器件選擇 STC89C51單片機(jī) 精度 成本

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展中，人體重要參數(shù)必須要得到重視，其中體溫也在其中，其能夠反映出人體機(jī)能的相關(guān)狀況，需要通過體溫計(jì)來測量。隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的提高，對體溫計(jì)的要求也不斷提高，比如非接觸測量、精確度高、成本低、響應(yīng)快、靈敏度高等。

1.設(shè)計(jì)非接觸型紅外體溫計(jì)的想法來源

隨著環(huán)境的改變，在嬰幼兒護(hù)理過程中嬰幼兒發(fā)熱是常見的現(xiàn)象，所以安全準(zhǔn)確的給嬰幼兒測量體溫是每位護(hù)理人員以及年輕父母所需要掌握的技術(shù)之一。然而嬰幼兒好動(dòng)、畏懼測量體溫的特點(diǎn)，使得護(hù)理人員在使用接式體溫計(jì)不能很好的完成該任務(wù)。比如，水銀式體溫計(jì)具有易碎的特點(diǎn)，如果不小心摔碎水銀的蒸發(fā)也會(huì)對人造成傷害。接觸式體溫計(jì)會(huì)因?yàn)閶胗變嚎咕軠y量而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。

以上原因以及電子技術(shù)的發(fā)展使非接觸型紅外體溫計(jì)越來越受到嬰幼兒父母的歡迎。它具有操作方便、讀取數(shù)據(jù)方便、嬰幼兒不拒絕以及測量速度快等的特點(diǎn)，但是就測量精度、可靠性和價(jià)格優(yōu)勢來說不及水銀式和接觸式電子體溫計(jì)。提高非接觸式紅外體溫計(jì)的精度、可靠性，降低生產(chǎn)成本，縮短相應(yīng)時(shí)間是我們產(chǎn)品的改進(jìn)方向[1]。

2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要思路

該產(chǎn)品主要圍繞體溫這一生理指標(biāo)開展，以STC89C51單片機(jī)為控制核心對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，開發(fā)設(shè)計(jì)紅外測溫儀的全過程，根據(jù)紅外測溫儀的原理，通過關(guān)鍵器件的選擇以及溫度補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào)節(jié)來提高紅外線測溫儀的精確度，設(shè)計(jì)了一種非接觸式人體體溫測試儀。它主要由單片機(jī)、溫度檢測、電源供應(yīng)和LCD顯示四部分組成，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）溫度測量精度為±0.2?C；

（2）溫度測量分辨率為0.1?C；

（3）采用LED顯示；

圖 1 測溫計(jì)硬件結(jié)構(gòu)圖

圖2. 溫度傳感器的連接圖

（4）電源：DC 5V±10%；

（5）工作環(huán)境溫度≤60?C工作環(huán)境濕度≤90%。

2.2 溫度傳感器的選擇

本測溫裝置使用紅外線傳感器，它能在不接觸被測物的情況下接收物體發(fā)出的紅外線并使之轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。該產(chǎn)品選用的是PM611熱式電傳感器，這種傳感器采用一個(gè)接收元和兩個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償元串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，能有效地補(bǔ)償環(huán)境溫度的起伏、振動(dòng)等干擾影響。它的工作溫度是-20～70?C，符合產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度指標(biāo)。而且PM611各項(xiàng)指數(shù)都比較好，因此選用了它做溫度儀的探頭[2]。

2.3 溫度信號(hào)通路的選擇

人體體溫信號(hào)經(jīng)過溫度傳感器后轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔兠}沖信號(hào)十分微弱。首先進(jìn)過前置放大器對其進(jìn)行放大。本產(chǎn)品采用低失調(diào)精密度運(yùn)算放大芯片AD707，它具有低失調(diào)、低噪音、低漂移的特點(diǎn)。電路中有一滑動(dòng)變阻器對傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。

信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入帶通濾波器，用于抑制寬帶噪聲和提高信噪比。產(chǎn)品采用二階無限增益多路巴特沃斯型帶通濾波器。中心頻率設(shè)計(jì)在30Hz左右，帶寬為10Hz左右。

模擬信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才能送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。STC89C51具有10位精度的ADC功能。

2.4 電源的選擇

電源采用充電式鋰電池供電。STC89C51的內(nèi)核供電為5V，紅外測溫模塊、LED鍵盤模塊的供電電壓都可以設(shè)定為5V，所以通過該電源模塊后，將外部輸入電壓轉(zhuǎn)換成5V的系統(tǒng)工作電壓。

2.5 LED顯示模塊的選擇

本產(chǎn)品采用的是動(dòng)態(tài)顯示，顯示模塊由兩片74H164以及8個(gè)8段LED數(shù)碼管組成。這樣設(shè)計(jì)雖然數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時(shí)間較多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間[3]。

2.6 數(shù)據(jù)處理方面的選擇

通過對溫度信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理之后，將其送到單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施查表處理，因?yàn)闇囟扔?jì)的實(shí)際測量范圍只是很小一段，從35?C到42?C，沒有必要使用復(fù)雜系統(tǒng)的公式進(jìn)行計(jì)算，只要能夠?qū)鞲衅鞯膶?shí)際輸出電壓當(dāng)成物體和環(huán)境之間的溫差函數(shù)就可以，利用單片機(jī)查表就能夠計(jì)算出被測物體和環(huán)境之間的溫差，并且和實(shí)際的環(huán)境溫度進(jìn)行相加之后獲得問題的溫度。該溫度表通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)測定得出。

3.產(chǎn)品生產(chǎn)的考慮

3.1 精度第一，提高性價(jià)比

優(yōu)化軟件部分的設(shè)計(jì)，查表數(shù)據(jù)通過反復(fù)試驗(yàn)，從而提高精度。供電部分采用鋰電充電式，減少電池環(huán)境污染，提高供電穩(wěn)定性。

3.2 電路板設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)在不影響精度的情況下，盡量減少所用硬件。電路板采用單面印刷，電阻等原件采用貼片式，減少產(chǎn)品成本和體積。焊接過程中元件先機(jī)插插件元件，再用點(diǎn)膠法帖貼片元件，共同過波峰焊，減化產(chǎn)品成產(chǎn)流程[4]。

4.小結(jié)

非接觸式紅外體溫計(jì)的使用降低了對嬰幼兒測溫護(hù)理的難度，受到嬰幼兒及年輕父母的喜愛。若將外形設(shè)置為卡通型，并把握好生產(chǎn)成本，將會(huì)是很多嬰幼兒家庭的首選體溫計(jì)[5,6]。

[1] 毛志毅, 蘇東明. 非接觸式紅外遙感體溫計(jì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2003 , 24 (9) :16-17.

[2] 周繼明, 江世明. 傳感技術(shù)與應(yīng)用[M]. 中南大學(xué)出版社, 2009:42-57.

[3] 胡漢才. 單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 清華大學(xué)出版社, 2002:1.

[4] 李精華. 單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]. 高等教育出版社, 2010:228.

[5] 沈國彥, 宋平. 紅外溫度計(jì)測量體溫方法探討[J]. 儀表技術(shù), 2003,9(3):9.

[6] 蔡惟錚. 常用電子元器件手冊[M]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1998:62.

Realization and Application of Non-contact Infrared Thermometer

YANG Ying Jinan Nursing Vocational College (Shandong Jinan 250000)

1006-6586(2017)11-0034-02

TH776

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2017-04-20