一種新型STM32的紅外測(cè)溫報(bào)警槍

王長(zhǎng)輝，鄒思奇，段佳明，楊世原，謝印慶

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

近幾年受新冠疫情的影響，測(cè)溫計(jì)在人們的生活中使用頻繁。傳統(tǒng)的體溫計(jì)在測(cè)溫時(shí)不僅耗時(shí)長(zhǎng)，而且衛(wèi)生狀況、測(cè)量精確程度也難以保證。在這種情況下，紅外測(cè)溫計(jì)的作用就顯得至關(guān)重要，它可以通過(guò)無(wú)接觸式紅外測(cè)溫大大提高測(cè)溫的精確性，并減少病毒感染概率，在疫情防控期間能夠發(fā)揮很大的作用。

本文設(shè)計(jì)了一款具有無(wú)接觸式測(cè)溫報(bào)警功能的測(cè)溫計(jì)。以STM32芯片作為微控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，采用了紅外傳感器、蜂鳴器、溫度傳感器實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)溫報(bào)警功能，通過(guò)顯示器LCD1602顯示溫度值，可滿足更多條件下的測(cè)溫需求。

1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)原理

1.1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)硬件由STM32芯片、電源模塊、MLX90614紅外傳感器模塊、復(fù)位電路模塊、LCD1602顯示屏模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊、DS18B20溫度檢測(cè)模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 各模塊設(shè)計(jì)

（1）主控芯片

STM32F103微控制器以ARM Cortex-M3為核心[1]。芯片內(nèi)部包含2個(gè)12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、9個(gè)通信接口、3個(gè)16位定時(shí)器等，相比51單片機(jī)具有強(qiáng)大性能、微小的內(nèi)核尺寸、迅捷的系統(tǒng)調(diào)試、變通的硬件配置等特點(diǎn)，所以在市場(chǎng)上普及率較高。

（2）電源模塊

采用AMS1117交換式電源為STM32F103提供所需的3.3 V工作電壓，為L(zhǎng)CD1602顯示屏提供所需的5 V工作電壓。AMS1117是交換5 V至3.3 V電壓的線性穩(wěn)壓器，能夠滿足測(cè)溫計(jì)的基本工作需求。

（3）紅外傳感器模塊

采用MLX90614紅外溫度傳感器模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式測(cè)量，MLX90614包含先進(jìn)的低噪音放大器、17 b的ADC，還有性能強(qiáng)大的DSP器件[2]，存在SMBus和PWM兩種輸出方式，具有響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確性強(qiáng)、靈活性高等特點(diǎn)。

（4）復(fù)位電路模塊

本系統(tǒng)的STM32是通過(guò)給予一個(gè)低電平來(lái)進(jìn)行復(fù)位。只有按下復(fù)位鍵產(chǎn)生一段連續(xù)的低電平時(shí)才能成功復(fù)位，測(cè)溫槍才能夠重復(fù)測(cè)溫。

（5）LCD1602顯示屏模塊

本系統(tǒng)所用的LCD1602由LCD、HD44780、HD44100組成，具有面積小、待機(jī)能力強(qiáng)、顯示內(nèi)容多變、重量小等優(yōu)點(diǎn)[3]。在生活和工業(yè)領(lǐng)域都會(huì)涉及顯示屏模塊，其外圍電路配置簡(jiǎn)單、價(jià)格實(shí)惠、性價(jià)比高。

（6）報(bào)警電路模塊

報(bào)警功能通過(guò)蜂鳴器模塊實(shí)現(xiàn)，該器件需要引入3個(gè)管腳，給蜂鳴器VCC提供5 V直流電源；DATA接入芯片PA5引腳，GND接地。預(yù)先規(guī)定正常體溫?cái)?shù)值，一旦紅外傳感器測(cè)得體溫不在正常數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，目標(biāo)溫度異常，進(jìn)而快速排查出體溫異常的目標(biāo)。本系統(tǒng)所用的蜂鳴器是結(jié)構(gòu)一體化的元件，采用直流電壓供電。振蕩器通過(guò)音頻信號(hào)產(chǎn)生電流然后通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。蜂鳴器膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，持續(xù)性振動(dòng)發(fā)聲，直至電流信號(hào)消失，聲音停止[4]。

（7）按鍵電路模塊

設(shè)置按鍵控制只需要占用一個(gè)I/O口。通過(guò)判斷按鍵是否按下，傳導(dǎo)I/O口將相應(yīng)從低電平變化為高電平，使得紅外傳感器工作，所測(cè)得的溫度通過(guò)LCD1602顯示屏顯示。當(dāng)下次再按下按鍵時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位并開(kāi)始測(cè)量下一目標(biāo)的溫度，原理簡(jiǎn)單。

（8）溫度檢測(cè)模塊

通過(guò)使用DS18B20溫度傳感器[5-6]直接讀取測(cè)量溫度，該傳感器需要引出3個(gè)管腳與單片機(jī)相接，測(cè)量溫度范圍為-55～125 ℃。本系統(tǒng)中DS18B20溫度傳感器的DQ端口與STM32的PB7端口相連。

2 軟件程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)部分進(jìn)行：運(yùn)行程序、LCD1602顯示程序、MLX90614紅外測(cè)溫程序。這些程序互相配合維持著系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.1 運(yùn)行程序

本系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)流程為：首先程序開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包含STM32單片機(jī)I/O端口、MLX90614紅外傳感器、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、LCD1602顯示屏等，保證數(shù)據(jù)的測(cè)量不會(huì)因?yàn)殄e(cuò)亂而影響系統(tǒng)工作。然后系統(tǒng)判斷按鍵是否按下，如果沒(méi)有則返回上一步；如果有按鍵按下則判斷是否收到測(cè)溫指令，如果接收到測(cè)溫指令，則開(kāi)始紅外測(cè)溫，反之則重新判斷按鍵是否按下。最后系統(tǒng)計(jì)算溫度值，判斷溫度值是否異常，如果異常，蜂鳴器報(bào)警，否則直接計(jì)算出溫度數(shù)值并通過(guò)LCD1602模塊顯示。主程序流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

2.2 LCD1602顯示程序

本文測(cè)溫槍所用到的LCD1602有16條引腳，需要給其VDD輸入5 V電壓來(lái)維持其工作，其RS引腳是命令/數(shù)據(jù)選擇的引腳，需要接I/O。是否選擇命令或數(shù)據(jù)是根據(jù)RS口輸入的電平高低來(lái)決定LCD1602的基本操作大概分為4種：讀狀態(tài)、讀數(shù)據(jù)、寫(xiě)命令、寫(xiě)數(shù)據(jù)。LCD1602工作原理：首先需要給其一個(gè)輸入命令或數(shù)據(jù)，設(shè)置其顯示模式、輸入模式[7-8]；然后初始化LCD1602之前所得數(shù)據(jù)；最終通過(guò)新設(shè)置字符位置，將當(dāng)前所測(cè)數(shù)據(jù)更改字符位置輸出到顯示屏上。

2.3 MLX90614紅外測(cè)溫程序

在MLX90614中需要先進(jìn)行初始化，然后通過(guò)微控制器STM32按照SMBus協(xié)議對(duì)存儲(chǔ)在RAM里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，再通過(guò)公式（T=RAM（tempH：tempL）×0.02-273.15）將讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成攝氏溫度[9]。

3 結(jié) 語(yǔ)

在當(dāng)下疫情形勢(shì)依然嚴(yán)峻的情況下，測(cè)溫槍的需求量處于持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)[10]。為此，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的人體紅外測(cè)溫槍?zhuān)軐?shí)現(xiàn)無(wú)接觸式測(cè)溫，不僅精確度高，還能對(duì)體溫異常目標(biāo)進(jìn)行報(bào)警。本測(cè)溫槍的測(cè)溫范圍可達(dá)-55～125 ℃，可以應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域測(cè)量危險(xiǎn)的高溫儀器，以降低風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率。