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红外测温器的设计方案比较研究

发表时间：2021/5/25 来源：《文化研究》2021年6月下作者：陈磊杨淞卢冰文博

[导读] 红外测温打破可传统的测温模式，并且具备不影响被测物体温度场、温度分辨率高、回应速度快、测量精度高、测量范围广、稳定性好可同时测量环境温度和目标温度的特点，测量距离可达30米左右。本设计的红外测温仪是一种方便用户使用的温度测量工具，功能稳定，运行速度快，可以作为一个简易的非接触式体温测量计使用。系统能够实时检测、显示当前环境的温度信息并具备高低温报警等功能。

四川成都西华大学电气与电子信息学院陈磊杨淞卢冰文博 610039

摘要：红外测温打破可传统的测温模式，并且具备不影响被测物体温度场、温度分辨率高、回应速度快、测量精度高、测量范围广、稳定性好可同时测量环境温度和目标温度的特点，测量距离可达30米左右。本设计的红外测温仪是一种方便用户使用的温度测量工具，功能稳定，运行速度快，可以作为一个简易的非接触式体温测量计使用。系统能够实时检测、显示当前环境的温度信息并具备高低温报警等功能。
关键词：红外探测，光敏三极管，方案比较
        一、绪论
        1.1设计背景
        由于医学发展的需要，在很多情况下，一般的温度计已经满足不了快速而又准确的测温要求，例如车站和机场等人口密度较大的地方进行人体温度测量。虽然现在外国这种测温的技术都比较成熟，但是国内这方面的技术还处于发展阶段。因此，为了适应医学发展的需要，有效地进行特殊环境下的温度测量，从而有力地控制和预防诸如甲流、非典之类型的特殊疾病的传播，急需设计以种测温速度快，准确率高的测温仪。针对一般的工业用的红外测温仪的精确度不够高，我们根据这种红外线测温的原理，通过关键器件的选择、瞄准系统的设计以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种用红外线测温电路，用于人员密集且流量大的场合进行快速的人体温度测量。
        伴随着人们生活水平的不断提高以及对生活质量要求的提高，人们对自身的健康状况越来越关注，而人体的体温、血压、脉搏和呼吸是鉴别人体健康状态的重要参数，对这些生理指标的监控与测量则可以更好的体现人体自身的健康状况，所以他们在医疗领域中占有十分重要的地位，也为人民的生活带来极大的方便。
        1.2设计目标
        为了克服传统的温度计测量温度的主要缺点--需要测量者与被目标近距离接触和测量不方便。在顾及仪器测量高精确度前提下，以追求最低成本为原则，本文设计红外测温的整体系统构架。接着根据红外测温原理，主要针对人体体温测量进行具体的设计开发，开发包括硬件电路，外围工艺，TC7107A/D转换，对人体的温度测量的误差低于±0.1摄氏度。该设计能够完成红外检测人体温度，温度补偿，高低温报警以及温度显示功能。
        二、总体方案设计
        本次设计的为红外测温仪，在通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。
        2.1方案比较
        2.1.1方案一
        在该方案中，系统可以分为温度检测模块、放大电路模块、AD转换电路模块、电源模块、高低温报警模块、温度补偿模块、秒脉冲模块、显示模块。该方案温度探测采用光敏三极管，A/D转换采用TC7107芯片，原理框图如图2-1所示。

图2-1 方案一的原理框图
        首先光敏三极管接收人体发出的红外线，温度补偿系统随之进行补偿，再经过放大电路放大，然后输出量经过A/D转换电路[1]后进行温度报警以及温度显示。
        2.1.2方案二
        在该方案中，系统分为电源电路模块、红外检测模块、放大电路、A/D转换电路模块、温度显示模块、高低温报警模块。该方案与方案一相比，采用DS18B20红外探测器以及ICL7107芯片，原理大致相同，如下图2-2所示。

图2-2 方案二的原理框图
        2.2 方案论证
        两种方案在经过仿真模拟测试后，都为可行方案，方案一采用光敏三极管探测红外线，精度可以自行调节，能够比较准确测量人体发出红外线,以及带有温度调节电路，该电路也可自行调节具体的补偿精度，缺点是电路较复杂；方案二是采用DS18B20红外探测器自带温度补偿系统，缺点是测量范围和精度无法调节。其他方面两个电路大致相同。
        2.3方案选择
        基于两个方案，为了提高测量的准确性和测量范围，可忽略电路复杂度，选择方案一为本次设计的最终方案。
参考文献：
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006
[2]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006
[3]谢自美.电子线路设计?实验?测试[M].第三版.武汉：华中科技大学出版社2006
[4]刘福太.电子电路461例[M].北京：科学出版社，2007
作者简介：
陈磊（1999-），男，汉，四川省成都市，本科，研究方向：信息工程
杨淞（1999-），男，汉，四川省广安市，本科，研究方向：信息工程
卢冰（2000-），男，汉，四川省广安市，本科，研究方向：信息工程
文博（2000-），男，汉，四川省达州市，本科，研究方向：信息工程