文档介绍：红外体温装置的设计
摘要:红外体温计采用红外温度传感器实现测量体温计方法,利用GE公司的红外热电堆温度传感器ZTP135实现对温度信号的非接触测量;微弱的电压信号放大则采用低失调、低漂移的精密运算放大器OP07实现两级放大。模数转换用自带ADC的16位单片机mega16实现。从硬件技术和软件方法上详细阐述了该仪器的实现手段。系统具有自动精确测温和长时间无操作自动关机的功能,具有智能化的特点。
关键字:红外温度传感器;AVR单片机;体温;放大器OP07。
前言:(制作背景)
随着2009猪流感的袭击,在中国迅速诞生了一支专门针对传染性疾病的医疗仪器队伍,特别是在红外体温检测仪的研发方面取得了突出的成就。国家相关部门也在重点强调非接触式体温计的研发。体温生理参数是人体最重要、最基本的生命指标,对危重病人进行生命指标参数的监测是医务工作者及时了解病情状况的重要手段之一,它有利于对有生命危险的伤病员进行及时有效的治疗和抢救处理。体温是人体最基本的生理参数,对于日常护理和病情检测都是非常重要的。有许多疾病都能通过体温的变化来预测。
本次设计了一种红外体温装置,其中要解决问题有:体温信号的非接触测量、微弱电压信号的放大、传感器的环境温度补偿等。其中体温测量选用带温度补偿功能的红外热电堆温度传感器ZTP135;电压放大利用低失调、低漂移的精密运算放大器OP07;环境温度软件补偿,A/D转换、系统控制等功能都用AVR单片机mega16实现。
1.    系统的硬件设计
本文所设计的红外体温装置包括以下几个硬件模块:传感器、放大电路、电源、单片机控制、显示。
图1 硬件模块连接图
(-℃) 的物体!由于分子的热运动都在不停地向周围空间辐射包括红外波段在内的电磁波!其辐射能量密度与物体本身的温度关系符合普朗克(plank)定律!红外测温的原理是一样的, 都是根据普朗克原理!!, :
e=δε(t4-t4o) (1)
式中, w/m3;
δ是斯蒂芬一波尔兹曼常数, -8w/(m2·k4);
δ是物体的辐射率:
t是物体的温度(k);
to是物体周围的环境温度(k)!
人体主要辐射波长为9 μm—10 μm !由于该波长范围内的光线不被空气所吸收, 因而也可利用人体辐射的红外能量精确地测量人体表面温度!
红外温度传感器利用热电偶原理, 测量目标物与传感器或者物体与环境温度之间的差值!热电偶的原理是二种不同的金属a和b构成一个闭合回路, 当二个接触端温度不同时(t>to), 回路中产生热电势eab, 其中t称为热端、工作端或测量端, to称为冷端、自由端或参比端!a和b称为热电极!热电势的大小由接触电势(也叫伯尔贴电势)和温差电势(也叫汤姆逊电势)决定!
ztpl35s—r 的工作原理和性能
Ztp-135的性能指标如下图:
其外形和引脚排列如图2、3所示
图2 ZTP135外观图
图3 传感器底部管脚图
测物体的辐射能经过窗口和光阑聚焦在接收元件(热电堆) 的受热片上, , 焊接在一起, 从引线就可以得到所有电偶的热电势之和!这种结构设计具有较小的热惯性和较高的灵敏度!传感器采用负温度系数电热调节器进行环境温度补偿!
图4、图5和图6分别示出该传感器的灵敏度变化曲线、内阻变化率曲线和传输波形!
 
本设计所采用的放大器是低功耗精密运算放大器OP07,它的特点是超低失调、低漂移、高精度,电路正比特性好,零点失调电压小。OP07可以通过在1、8管脚之间加上一个电位器进行输入漂移调零,这对于低输出的信号的放大效果非常好。,供电范围为3V到22V,超低失调的最大值为150mV。它的性能正好解决了红外温度传感器对运放的特殊要求。由于热电堆的内阻较高(约60K ),而输出电压又非常小(1mV左右),须使用具有高输入阻抗(>1012 )的CMOS输入运算放大器。
因为测量的人体温度在34~42℃范围内,~,采用两极放大的形式,将电压放大3000倍,~,以供单片机A/D转换,单片机的A/D转换参考电压选择5V。
电路图如下:
图6信号