傳統體溫測量是使用水銀溫度計進行接觸式測量，具有性能穩定、誤差小等優點，但存在測量時間長、交叉傳染風險大、玻璃破碎易引起汞中 毒等缺點。據世強市場經理餘彪介紹，紅外耳溫計是通過紅外傳感器采集耳腔和鼓膜的紅外輻射並轉化為數字信號，主控CPU 單元將數字信號轉換為溫度值並顯示在液晶屏上。與水銀溫度計相比，紅外耳溫計具有高精度
、高分辨率、測量速度快、操作簡便、安全舒適等優點。

 

 

下xia視shi丘qiu是shi大da腦nao控kong製zhi體ti溫wen的de重zhong要yao器qi官guan，與yu耳er朵duo最zui接jie近jin。機ji體ti深shen部bu平ping均jun溫wen度du發fa生sheng變bian化hua，耳er朵duo的de溫wen度du也ye迅xun速su發fa生sheng變bian化hua，並bing且qie耳er朵duo內nei部bu為wei封feng閉bi區qu域yu， shouwaijieyinsuyingxiangxiao
，yincierwenyutiwenzuijiejin。hongwaierwenjitongguoceliangrentierdaohegumodehongwaifushelaiceliangrentiwendu
，qifushenengliangmiduyuwendudeguanxifuhesidifen-波爾茲曼輻射定律:

 

　　E=εσT4 （1）

 

其中，E為輻射出射度
，即單位麵積所發射的輻射功率

，單位為W／m3；ε為物體的輻射率；σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數；T為物體的熱力學溫度

，單位為K。

 

式（1）表biao明ming，物wu體ti的de溫wen度du越yue高gao，輻fu射she功gong率lv越yue大da。隻zhi要yao已yi知zhi物wu體ti的de溫wen度du和he它ta的de輻fu射she率lv
，即ji可ke計ji算suan出chu它ta所suo發fa射she的de輻fu射she功gong率lv。反fan之zhi，如ru果guo測ce量liang出chu物wu體ti的de輻fu射she功gong率lv
，即ji可ke確que定ding物wu體ti的de溫wen度du。因yin此ci，應ying用yong紅hong外wai傳chuan感gan器qi吸xi收shou紅hong外wai輻fu射she的de原yuan理li測ce量liang耳er腔qiang溫wen度du的de儀yi器qi
，稱cheng為wei紅hong外wai耳er溫wen計ji。紅hong外wai傳chuan感gan器qi采cai用yong串chuan聯lian的de熱re電dian偶ou，冷leng接jie頭tou放fang置zhi在zai厚hou的de芯xin片pian襯chen底di上shang

，熱re接jie頭tou放fang置zhi在zai薄bo膜mo上shang，薄bo膜mo吸xi收shou紅hong外wai輻fu射she，從cong而er產chan生sheng微wei弱ruo電dian信xin號hao。根gen據ju式shi（1） 的原理， 紅外傳感器的輸出信號為：

 

　　Vir(Ta，To)=A(T4 o-T4 a) （2）

 

其中
，A為總體的敏感度，和傳感器的結構設計有關；To為目標物體的熱力學溫度，單位為K
，由紅外溫度傳感器測出；Ta為環境的熱力學溫度，單位為K
，需要附加的傳感器測量目標物體的環境溫度。

 

 

紅外耳溫計依據紅外輻射原理進行體溫測量。世強介紹的這款設計，主要由數字紅外傳感器、主控CPU 單元、液晶顯示器和其他外圍電路組成，其設計框圖如圖1所示。當按鍵按下時，數字紅外傳感器將采集到的紅外輻射轉換成數字信號。主控CPU 采集的數字信號經過運算後，在液晶屏顯示出耳腔溫度值，並伴隨蜂鳴器鳴叫。

圖1 紅外耳溫計設計框圖

 

 

傳感器部分采用數字紅外傳感器MLX90615，主要由紅外熱電堆傳感器、低噪聲放大器
、16位模數轉換器和功能強大的DSP 單元等組成，其結構框圖如圖2所示。紅外熱電堆傳感器將采集到的紅外輻射轉化為電信號， 並經過低噪聲放大器放大後送給模數轉換器。模數轉換器輸出的數字信號經FIR/IIR 低通濾波器調理後送入數字信號處理器，數字信號處理器對數字信號運算處理後輸出測量結果並保存在MLX90615 內部RAM 中，可以通過SMBus或PWM方式供主控CPU 單元讀取。

圖2 MLX90615 的結構框圖

 

MLX90615 具有寬溫度範圍的高精度、高分辨率、發射率可調節
、SMBus 兼容的數字接口等優點
，而作為醫用的MLX90615ESG-DAA 在36~39 ℃的人體溫度範圍內的精確度達到了±0.1 ℃。MLX90615廣泛應用於高精度非接觸溫度測量、家用溫度控製、衛生保健、多重溫度區域控製等領域。

 

 

CPU 采用基於ARM Cortex-M3 的32 位微控製器EFM32G842F64。該控製器具有高速可靠、資源豐富、低功耗、寬溫度範圍等優點， 廣泛應用於電機控製
、醫療保健
、手持設備等場合。EFM32G842F64具有64 KB 的片內Flash 程序存儲器
、53 個通用I/O引腳
、2 個12 位A/D 轉換器
、3 個通用定時器等外設資源和USART
、IIC
、SPI等通信接口， 能夠滿足紅外耳溫計的設計要求。該設計中微控製器EFM32G842F64主要完成判斷按鍵輸入、紅外傳感器信號的采集與處理、驅動液晶屏顯示和蜂鳴器鳴叫等功能。

 

 

該設計顯示部分采用基於HD44780 液晶芯片的通用1602 字符型液晶屏， 它是指顯示的內容為16×2，即可以顯示兩行， 每行16 個字符和數字的液晶模塊。液晶顯示屏具有功耗低、體積小
、對比度可調
、內置字符發生器、易匹配處理器等優點。

 

 

其他外圍電路部分主要包括按鍵、蜂鳴器等部分。按鍵主要產生中斷信號， 使EFM32G842F64執行紅外溫度檢測功能。蜂鳴器則提示用戶紅外溫度檢測結束。

 

 

 

軟件設計采用模塊化程序設計，主要包括：初始化模塊、按鍵檢測模塊、紅外溫度檢測模塊和液晶顯示模塊等

，其程序流程如圖3 所示。初始化模塊主要完成複位、通用I/O、中斷、定時器、IIC 等初始化設置。按鍵檢測模塊主要是檢測按鍵是否按下，從而觸發外部中斷並執行紅外溫度檢測功能。紅外溫度檢測模塊主要是按照IIC 總線方式對數字紅外傳感器MLX90615 進行讀取操作， 並按預定的公式將數字信號轉換成耳腔溫度值。液晶顯示模塊主要是驅動液晶顯示器， 將耳腔溫度值顯示在液晶屏上
，方便用戶讀取數據。當溫度值顯示在液晶屏上時，蜂鳴器鳴叫， 提示溫度測量工作結束。

圖3 程序流程圖

圖4 紅外溫度檢測模塊

 

 

微控製器EFM32G842F64內部集成了IIC 串行接口
，因此該設計采用SMBus 兼容方式對紅外傳感器MLX90615 進行讀寫操作。紅外測溫模塊主要包括讀取從地址、設置發射率、讀取被測物體數據、溫度轉換等步驟
，其程序流程見4。在紅外溫度檢測模塊中，EFM32G842F64對數字紅外傳感器MLX90615進行讀寫操作， 首先讀取紅外耳溫計中從器件MLX90615 的子地址（SMBus 從動器地址默認地址為5Bh）。MLX90615 中發射率出廠設置為1，而人體皮膚發射率為0.98。為了補償被測物體的發射率
，需要重新設置MLX90615 的發射率。MLX90615的RAM 單元07h 地址存放的是被測物體的溫度值，因此，按照I2C 總線時序讀取多字節數據。MLX90615中讀出的溫度值轉換為攝氏溫度的公式為：

 

　　To=RAM(07h）0.02-273.15 （3）

 

由於突發性流行疾病時常爆發，傳統的體溫測量方式已經不能滿足人體溫度的測量要求。我們設計的紅外耳溫計采用低功耗的ARM 處理器和高精度的數字紅外傳感器，簡化了硬件和軟件設計任務，提高了設計的分辨率和精確度，在臨床護理、家庭保健等方麵具有廣泛的應用前景。實驗表明，該設計的分辨率達到了0.02℃，精確度達到了0.1℃，實現了快速

、準確測量人體耳腔溫度的目的。