非接触式红外体温计的实现与应用

杨莹 济南护理职业学院 （山东 济南 250000）

非接触式红外体温计的实现与应用

杨莹 济南护理职业学院 （山东 济南 250000）

为了在护理发热婴幼儿时更加方便，开发设计了该款非接触式红外体温计。它以STC89C51单片机为控制核心对温度进行实时采集，主要由单片机、温度检测、电源供应和LCD显示四部分组成，通过选择关键的器件、自动调节温度补偿来进一步提升红外线测温仪实际应用中的科学性和有效性。

器件选择 STC89C51单片机 精度 成本

在现代医学发展中，人体重要参数必须要得到重视，其中体温也在其中，其能够反映出人体机能的相关状况，需要通过体温计来测量。随着科技的发展和现代医疗技术的提高，对体温计的要求也不断提高，比如非接触测量、精确度高、成本低、响应快、灵敏度高等。

1.设计非接触型红外体温计的想法来源

随着环境的改变，在婴幼儿护理过程中婴幼儿发热是常见的现象，所以安全准确的给婴幼儿测量体温是每位护理人员以及年轻父母所需要掌握的技术之一。然而婴幼儿好动、畏惧测量体温的特点，使得护理人员在使用接式体温计不能很好的完成该任务。比如，水银式体温计具有易碎的特点，如果不小心摔碎水银的蒸发也会对人造成伤害。接触式体温计会因为婴幼儿抗拒测量而导致测量数据不准确的问题。

以上原因以及电子技术的发展使非接触型红外体温计越来越受到婴幼儿父母的欢迎。它具有操作方便、读取数据方便、婴幼儿不拒绝以及测量速度快等的特点，但是就测量精度、可靠性和价格优势来说不及水银式和接触式电子体温计。提高非接触式红外体温计的精度、可靠性，降低生产成本，缩短相应时间是我们产品的改进方向[1]。

2.产品设计的主要思路

该产品主要围绕体温这一生理指标开展，以STC89C51单片机为控制核心对温度进行实时采集，开发设计红外测温仪的全过程，根据红外测温仪的原理，通过关键器件的选择以及温度补偿的自动调节来提高红外线测温仪的精确度，设计了一种非接触式人体体温测试仪。它主要由单片机、温度检测、电源供应和LCD显示四部分组成，其硬件结构图如图1所示。

2.1 产品的主要技术指标

（1）温度测量精度为±0.2˚C；

（2）温度测量分辨率为0.1˚C；

（3）采用LED显示；

图 1 测温计硬件结构图

图2. 温度传感器的连接图

（4）电源：DC 5V±10%；

（5）工作环境温度≤60˚C工作环境湿度≤90%。

2.2 温度传感器的选择

本测温装置使用红外线传感器，它能在不接触被测物的情况下接收物体发出的红外线并使之转换成电压信号。该产品选用的是PM611热式电传感器，这种传感器采用一个接收元和两个并联补偿元串联的结构，能有效地补偿环境温度的起伏、振动等干扰影响。它的工作温度是-20～70˚C，符合产品的工作环境温度指标。而且PM611各项指数都比较好，因此选用了它做温度仪的探头[2]。

2.3 温度信号通路的选择

人体体温信号经过温度传感器后转变为交变脉冲信号十分微弱。首先进过前置放大器对其进行放大。本产品采用低失调精密度运算放大芯片AD707，它具有低失调、低噪音、低漂移的特点。电路中有一滑动变阻器对传感器输出信号进行增益调节。

信号经放大后进入带通滤波器，用于抑制宽带噪声和提高信噪比。产品采用二阶无限增益多路巴特沃斯型带通滤波器。中心频率设计在30Hz左右，带宽为10Hz左右。

模拟信号需要转换为数字信号后才能送入单片机进行数据处理。STC89C51具有10位精度的ADC功能。

2.4 电源的选择

电源采用充电式锂电池供电。STC89C51的内核供电为5V，红外测温模块、LED键盘模块的供电电压都可以设定为5V，所以通过该电源模块后，将外部输入电压转换成5V的系统工作电压。

2.5 LED显示模块的选择

本产品采用的是动态显示，显示模块由两片74H164以及8个8段LED数码管组成。这样设计虽然数据有闪烁感，占用CPU时间较多，但使用的硬件少，能节省线路板空间[3]。

2.6 数据处理方面的选择

通过对温度信号进行数字化处理之后，将其送到单片机系统内实施查表处理，因为温度计的实际测量范围只是很小一段，从35˚C到42˚C，没有必要使用复杂系统的公式进行计算，只要能够将传感器的实际输出电压当成物体和环境之间的温差函数就可以，利用单片机查表就能够计算出被测物体和环境之间的温差，并且和实际的环境温度进行相加之后获得问题的温度。该温度表通过反复实验测定得出。

3.产品生产的考虑

3.1 精度第一，提高性价比

优化软件部分的设计，查表数据通过反复试验，从而提高精度。供电部分采用锂电充电式，减少电池环境污染，提高供电稳定性。

3.2 电路板设计

设计时在不影响精度的情况下，尽量减少所用硬件。电路板采用单面印刷，电阻等原件采用贴片式，减少产品成本和体积。焊接过程中元件先机插插件元件，再用点胶法帖贴片元件，共同过波峰焊，减化产品成产流程[4]。

4.小结

非接触式红外体温计的使用降低了对婴幼儿测温护理的难度，受到婴幼儿及年轻父母的喜爱。若将外形设置为卡通型，并把握好生产成本，将会是很多婴幼儿家庭的首选体温计[5,6]。

[1] 毛志毅, 苏东明. 非接触式红外遥感体温计的设计和实现[J]. 医疗卫生装备, 2003 , 24 (9) :16-17.

[2] 周继明, 江世明. 传感技术与应用[M]. 中南大学出版社, 2009:42-57.

[3] 胡汉才. 单片机原理及系统设计[M]. 清华大学出版社, 2002:1.

[4] 李精华. 单片机原理与应用[M]. 高等教育出版社, 2010:228.

[5] 沈国彦, 宋平. 红外温度计测量体温方法探讨[J]. 仪表技术, 2003,9(3):9.

[6] 蔡惟铮. 常用电子元器件手册[M]. 哈尔滨工业大学出版社, 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