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在人体生物信息场已知物理参数的实验测量中，对辐射能量比较集中的波谱分布，取得比较一致的数值结果，J·D哈里认为，人体辐射能量与皮肤表面温度及辐射率有关。活体皮肤光谱范围约为3-50?m，其中8-14?m波段的辐射量占总能量的46%，峰值波长约为9.5?m，虽然人体生物波谱分布范围较宽，从可见光到微波波段，但在非能量集中区域，信号强度较低，尤其在远端的数值极其微弱。
经科学检测，不管人的肤色如何，干燥皮肤的红外辐射率(emissivity)均为0.98,近似为黑体。根据普朗克定律，其波长主要分布在2.5-25?m红外波段范围内，根据 Wien 定律λm·T＝2898（Kμm），人体皮肤辐射的峰值波长约9.5?m 。
2.1.2 非接触红外测温优点
非接触红外测温优点如下： 1. 远距离和非接触测量
红外测温不需要与被测温度场的内部或表面，因此，不会干扰被测温度场的状态，测温仪本身也不受温度场的损伤。并可远距离测量，它特别适合于对高速运动物体、旋转体、带电体和高温高压下物体的温度测量。
2. 响应速度快
红外测温不象热电偶、温度计那样，需要与被测量体接触以达到热平衡，只要接到目标的红外辐射即可测量，其响应时间在毫秒甚至微秒数量级。
3. 灵敏度高
因物体温度的微小变化会引起辐射功率的较大变化，容易被探测器探出，故红外测温的可测温差很小，可达零点几摄氏度。
4. 准确度高
红外测温是非接触测量，不破坏物体本身的温度分布，因而所测温度真是、准确、误差可达0.1oC以下。
5. 测温范围广
测温范围可从负几十摄氏度到正几千摄氏度【4】。因其是非接触测温，所以测温系统并不处在较高或较低的温度场中，而是工作在正常的温度或测量系统允许的条件下。
2.2 基于单片机的智能仪器设计方法
微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命的影响。微处理器在20世纪70年代初期问世不久，就被引进电子测量和仪器领域，所占比重在各项计算机应用领域中名列前茅。在这之后，随着微处理器在体积小、功能强、价格低等方面的进一步的发展，电子测量与仪器和计算机技术的结合就愈加紧密，形成了一种全新的微型计算机化仪器。目前，人们习惯将这种内含微型计算机并带有相关通信接口的电子仪器称为智能仪器，以区别于传统的电子仪器【5】。
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2.2.1 智能仪器的组成及特点 以单片机为核心的智能测量仪器的基本组成如图2-2所示。单片机是仪器 的主体，对于小型仪器来说，单片机内部的存储器已经足够；大型仪器要进行复杂的数据处理，或者要完成复杂的控制功能，其监控程序较大，测量、处理的数据很多，这是需要在单片机外部扩展片外存储器，被测量的模拟信号经过A/D转换之后，通过输入通道进入单片机内部；单片机根据由键盘置入的各种命令，或者送往打印机打印，或者经过D/A转换后成为能够完成某种控制的模拟电压。通信接口的功能是通过接口总线与其他仪器甚至计算机作远距离通信，以达到资源共享的目的。
微处理器 MPU 程序存储器 ROM 数据存储器 RAM I/O接口 键盘显示接口 标准仪用 通信接口 A/D 转换器 D/A 转换器 键 盘 显 示 外部仪用 标准总线 被测量 输入 电路 模拟 执行器 图2-2 智能仪器通用结构框图
现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。有许多国家正致力于将微处理器与传感器集成于一体，以构成超小型、廉价的测量仪器的主体。
近20年来，由于微电子学的进步以及计算机应用的日益广泛，智能化测量控制仪表已经取得了巨大的进展。从技术背景上来说，硬件集成电路的不断发展和创新是一个重要因素，各种集成电路芯片都在朝大规模、全CMOS化的方向发展。CMOS电路具有功耗低、工作温度范围宽的特点。一个全CMOS电路
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系统的功耗只是普通TTL系统功耗的1/10，采用这种CMOS芯片组成的智能化测量控制仪表可以采用干电池供电，从根本上解决了市电干扰的问题。同时还可以使仪器小型化，便于携带。
2.2.2 智能仪器的设计方法
智能仪器是以微型计算机为核心的电子仪器，它不仅要求设计者熟悉电子仪器的工作原理，而且还要求掌握微型计算机硬件和软件的原理。因而其设计不能完全沿用传统电子仪器的设计方法和手段。
为了保证仪器的质量，提高研制效率，设计人员应该在正确的设计思想指导下，按照一个合理的步骤进行开发。设计研制一台智能仪器的一般开发过程如图2-3所示。各主要阶段的设计原则和工作内容简要概述如下。
1．确定设计任务
首先根据仪器最终要实现的设计目标，编写设计任务说明书，明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。设计任务说明书是设计人员设计的基础，应力求准确简洁。
2．拟制总体设计方案
这个阶段，设计者首先依据设计的要求和一些约束条件，提出几种可能的方案。每个方案应包括仪器的工作原理，采用的技术，重要元器件的性能等；接着要对各方案进行可行性论证，包括对某些重要部分的理论分析与计算以及一些必要的模拟实验，来验证方案是否能达到设计的要求；最后再兼顾各方面因素选择其中之一作为仪器的设计方案。在确定仪器总体设计方案时，微处理器的选择非常关键。微处理器是整个仪器的核心部件，应从功能和性能价格比等多方面进行认真考虑。
3．确定仪器工作总框图
当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定之后，就应该采用自上而下的方法，把仪器划分成若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。
4．硬件电路和软件的设计与调试
一旦仪器工作总框图确定之后，硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。
硬件电路设计的一般过程是：先根据仪器硬件框图按模块分别对个单元电路进行电路设计；然后再进行硬件合成，即将各单元电路按硬件框图将各部分电路组合在仪器，构成一个完整的整机硬件电路图。在完成电路设计之后，即可绘制硬件原理图，然后进行装配与调试。
软件设计一般按列步骤进行：即先分析仪器系统对软件的要求；然后在此基础上进行软件总体设计，包括程序总体及污垢设计和对程序进行模块化设计，模块化设计即将程序划分为若干个相对独立的模块；接着画出每一个专用程序模块的详细流程图，并选择合适的语言编写程序；最后按照软件总体设计时给出的结构框图，将各模块入口、出口及对硬件资源占用情况。
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设计任务下达 编写任务说明书 拟定总体设计方案 选择处理器芯片 权衡硬、软件比例 电路硬件设计 系统软件设计 硬件电路调试 软件程序调试 装配样机、软硬联调 样机性能指标测试 N 性能是否 合格 Y 编制技术文件、转产
图2-3 设计研制智能仪器的一般过程
2.3 控制芯片模块介绍
从设计任务及要求来看，整个设计要求我们完成一个基于单片机的红外温度测量系统的设计。这个温度测量系统能够通过按键来启动红外测温，之后需要将测温数据送单片机处理，得到温度值；这一温度值又需要显示并且语音播
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报出来，从而实现其智能化和人性化。从这一分析来看，整个系统需要这样几个功能模块：单片机主控模块、红外测温模块、键盘显示模块以及语音输出模块。其中单片机机型的选择至关重要，因为它的选择关系到整个系统的复杂和难易程度。
2.3.1 SPCE061A 16位单片机介绍
SPCE061A 是继μ’nSP?系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使μ’nSP?能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相比，以μ’nSP?为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。
部分性能简介：
工作电压(CPU) VDD为2.4～3.6V (I/O) VDDH为2.4～5.5V；CPU时钟：0.32MHz～49.152MHz；可编程音频处理；内部震荡，外接晶体振荡器；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为2μA3.6V；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；32768Hz实时时钟；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；具备串行设备接口；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有WatchDog功能【6】。
2.3.2 SPCE061A片内存储器结构
基于单片机系统内部ROM、RAM存储器的编址有两种方式：一种是ROM、RAM、I/O统一编址；另一种是独立编址，称为哈佛结构。SPCE061A是存储器统一编址的存储结构。其片内存储器地址映射如图2-4所示。 0x0700~0x07FF地址是2K字的SRAM（包括堆栈区）。
0x0800~0x6FFF地址保留，未使用。
0x7000~0x7FFF地址是I/O和系统端口，也是专用的控制设置寄存器和输入/输出口地址，与51的特殊功能据村其的作用类似。
0x8000~0xFFF5地址是32K字闪存（Flash ROM），作为程序和有关数据的存储。
0XFFF6~0xFFFF地址是中断向量入口地址。
该单片机复位后PC的数值被置为0x8000，程序由此开始执行。
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