基于STM32的智能測(cè)溫鼠標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐智超，溫家勝，常錦華

（1.樓宇控制與節(jié)能優(yōu)化國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，安徽 合肥 230022；2.大連科技學(xué)院 電氣工程學(xué)院，遼寧 大連 116052）

0 引言

新冠疫情從年初開(kāi)始，逐步蔓延，肆虐全球，到2020年底累計(jì)8千多萬(wàn)人感染病毒，180多萬(wàn)人死于新冠病毒。這場(chǎng)突如其來(lái)的災(zāi)難，給我們的工作生活帶來(lái)了巨大的困難和改變。體溫是顯示人體生命體征最為重要的表征之一，發(fā)熱也是新冠肺炎、SARS、禽流感、甲型H1N1型流感等傳染病的常見(jiàn)癥狀，而體溫檢測(cè)更是診斷此類病例的首要環(huán)節(jié)。在疫情期間如何能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)人體的體溫成為當(dāng)務(wù)之急。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電腦的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，在工作和生活中與電腦配套的鼠標(biāo)也同樣成為必不可少的工具。本文意在設(shè)計(jì)出一款基于單片機(jī)的智能測(cè)溫鼠標(biāo)，當(dāng)人們?cè)谑褂秒娔X的同時(shí)即可完成體溫測(cè)量。它最大的研究意義就是方便快捷、科學(xué)有效地測(cè)量疫情期間人們的體溫[1]。

1 智能檢測(cè)體溫鼠標(biāo)的工作原理

融合紅外測(cè)溫技術(shù)和傳感器測(cè)溫等方法，設(shè)計(jì)一款智能檢測(cè)體溫的鼠標(biāo)用以監(jiān)測(cè)人體體溫。為了提高本設(shè)計(jì)的實(shí)用性和可靠性，本設(shè)計(jì)旨在提供初步體溫實(shí)時(shí)檢測(cè)，以此確保辦公人員、學(xué)生等各類人群的身體健康狀況。為了讓設(shè)計(jì)更加便利化，同時(shí)擁有OLED顯示功能、無(wú)線充電功能、無(wú)線傳輸功能、手機(jī)-電腦交互一體監(jiān)測(cè)功能、測(cè)溫獨(dú)立且長(zhǎng)續(xù)航功能。這些功能在提醒人們體溫的同時(shí)滿足了鼠標(biāo)的原有功能的需求，這意味更多的可以由體溫反應(yīng)的問(wèn)題將會(huì)得到實(shí)時(shí)檢測(cè)[2]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能測(cè)溫鼠標(biāo)，選取GY-906紅外測(cè)溫傳感器，當(dāng)被測(cè)人使用鼠標(biāo)時(shí)，會(huì)發(fā)射出紅外能量，紅外測(cè)溫傳感器將檢測(cè)到的紅外能量輸出為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這時(shí)OLED顯示屏?xí)褦?shù)據(jù)呈現(xiàn)為數(shù)值。使用者也可以清晰直觀地看到自己的體溫值。如顯示的體溫?cái)?shù)值超出或低于預(yù)定的正常值時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出警示音，提醒使用者體溫異常，同時(shí)鼠標(biāo)將失去自身功能。再通過(guò)ATK-ESP8266模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備只需要簡(jiǎn)單的串口配置，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（WIFI）傳輸自己的數(shù)據(jù)，將測(cè)得的體溫?cái)?shù)值傳遞在互聯(lián)網(wǎng)上。無(wú)線充電線圈可以隨時(shí)為鼠標(biāo)供電，攜帶更加便捷[3]。

基于上述的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)出基于單片機(jī)的智能測(cè)溫鼠標(biāo)系統(tǒng)框，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框

系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)功能如下。

（1）主要控制模塊：即單片機(jī)，選取STM32開(kāi)發(fā)板最小系統(tǒng)單片機(jī)，通過(guò)紅外測(cè)溫傳感器對(duì)其進(jìn)行輸入，經(jīng)過(guò)軟件分析，輸出高低電平，從而達(dá)到對(duì)其他模塊控制的目的。

（2）測(cè)溫模塊：使用TI公司的LMT70測(cè)溫元件實(shí)現(xiàn)接觸測(cè)溫功能，作為體溫檢測(cè)基礎(chǔ)。使用GY-906紅外測(cè)溫傳感器檢測(cè)到人體發(fā)射出的紅外能量，并通過(guò)把傳感器輸出電壓值經(jīng)過(guò)單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。作為準(zhǔn)確測(cè)溫雙重保障，它們相互獨(dú)立但數(shù)據(jù)可以平均求值，使用者的體溫?cái)?shù)據(jù)能夠被良好發(fā)掘。

（3）供電模塊：使用聚合物鋰電池對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，可比普通鋰電池輸出多出10%的電量，節(jié)能環(huán)保。

（4）語(yǔ)音報(bào)警模塊：當(dāng)人體測(cè)量溫度超過(guò)預(yù)計(jì)的一定范圍時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出聲響行警示。

（5）OLED顯示模塊：OLED顯示屏是利用有機(jī)電自發(fā)光二極管制成的顯示屏。由于同時(shí)具備自發(fā)光有機(jī)電激發(fā)光二極管的不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異之特性，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)?？紤]到鼠標(biāo)自身大小和材料的問(wèn)題，采用OLED顯示屏，將被測(cè)人的體溫具體數(shù)值顯示在屏幕上。OLED屏幕厚度可以控制在1 mm以內(nèi)，而LCD屏幕厚度通常在3 mm左右，且重量更加輕盈。同時(shí)OLED屏幕能夠顯著的節(jié)省耗電量，非常耐低溫，可以在-40 ℃環(huán)境下正常顯示內(nèi)容，發(fā)光效率更高、能耗低、生態(tài)環(huán)保。

（6）WiFi模塊：選取ESP8266模塊，用“AT”指令將模塊配置成STA客戶端模式，鏈接到手機(jī)熱點(diǎn)或局域網(wǎng)AP服務(wù)器，方便把測(cè)得的體溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸。并且體溫?cái)?shù)據(jù)能夠及時(shí)上傳到原子云，原子云設(shè)備管理界面能夠監(jiān)控多個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。

（7）無(wú)線充電線圈模塊：選取無(wú)線充電線圈為鼠標(biāo)供電。無(wú)線充電是指利用電磁波感應(yīng)原理進(jìn)行充電，原理類似變壓器。無(wú)線發(fā)射線圈在充電器與設(shè)備之間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中傳輸電能，接收線圈和電容器則在充電器與設(shè)備之間形成共振。無(wú)線充電接收端線圈就是將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電能的一端，發(fā)射線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的時(shí)候，接收端感應(yīng)到發(fā)射端的磁場(chǎng)，并將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能。

以STM32F103為控制核心，在不影響“原相芯片”的情況下獨(dú)立出內(nèi)置測(cè)溫骨架，以LMT70作為環(huán)境溫度和接觸測(cè)溫的器件，以GY-960-BCC/DCC為紅外測(cè)溫功能做到誤差為0.02 ℃的精確溫度測(cè)量，在沒(méi)有WiFi的情況下OLED可獨(dú)立顯示，在有WiFi的情況下可以檢測(cè)多臺(tái)設(shè)備的體溫計(jì)檢測(cè)情況。

本系統(tǒng)電源以可充電，聚合物鋰電池為主供電，同時(shí)能夠進(jìn)行無(wú)線充電。測(cè)溫模塊包含兩種測(cè)溫傳感器，即TI的LMT70和紅外傳感GY-906-BCC/DCC，能夠與環(huán)境參考對(duì)比來(lái)進(jìn)行智能學(xué)習(xí)以提高準(zhǔn)確度。鼠標(biāo)內(nèi)置小型顯示器OLED12864，在WiFi功能受限制的情況下能夠獨(dú)立顯示體溫狀況，在有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，可以無(wú)線監(jiān)控體溫狀況[4-5]。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，紅外測(cè)溫技術(shù)十分成熟，已經(jīng)是科學(xué)防疫的重要手段，和鼠標(biāo)的結(jié)合，在獲得大量數(shù)據(jù)的同時(shí)，不僅可以隨時(shí)隨地測(cè)量體溫，而且能夠保證測(cè)量結(jié)果測(cè)量值的準(zhǔn)確性和直觀性。本文所設(shè)計(jì)的智能測(cè)溫鼠標(biāo)將會(huì)給未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作帶來(lái)便利。