基于藍(lán)牙傳輸?shù)臏囟葯z測系統(tǒng)

摘 要：針對企業(yè)、學(xué)校等人群密集流動的場所有對人群進(jìn)行日常體溫檢測的需求，設(shè)計一種基于藍(lán)牙傳輸?shù)娜梭w溫度檢測系統(tǒng)。該設(shè)計以STM32F103C8T6為主控器，搭載AS608指紋識別模塊、DS18B20溫度模塊和JDY-31藍(lán)牙模塊進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集、傳輸，并在手機(jī)端顯示溫度數(shù)據(jù)。該設(shè)計相較其他體溫檢測系統(tǒng)具有占地空間小、成本低、體溫實時監(jiān)測等優(yōu)點，能夠給人們的生活提供很大的便利。

關(guān)鍵詞：溫度檢測；AS608指紋識別；JDY-31藍(lán)牙傳輸；APP設(shè)計；STM32；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP274.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）05-00-03

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電子技術(shù)的進(jìn)步，藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展日益攀升，許多帶有藍(lán)牙的電子產(chǎn)品逐步涌現(xiàn)。本文將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用于溫度檢測系統(tǒng)中。在以往的體溫監(jiān)測系統(tǒng)中，大多都以功能單一的檢測設(shè)備或手持體溫計為主，檢測效率低下，溫度數(shù)據(jù)掌控不及時；企業(yè)、學(xué)校等若采用人臉識別測溫設(shè)備，花費成本又過于高昂[1]，不便于開放式環(huán)境分散監(jiān)測；文獻(xiàn)[2]采用的基于LoRa技術(shù)的校園體溫監(jiān)測系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了無接觸溫度檢測，但依然存在制作成本過高、適用范圍小的問題。

本文針對這些問題設(shè)計了一種基于藍(lán)牙傳輸?shù)臏囟葯z測系統(tǒng)。該設(shè)計基于STM32控制器，通過結(jié)合ATK-AS608光學(xué)指紋識別模塊、DS18B20溫度模塊和JDY-31藍(lán)牙模塊，建立與手機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)溫度實時監(jiān)測。該設(shè)計節(jié)約了勞動力和使用成本，可以為公共場所提供成本更低、效率更高的溫度檢測方案，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的智能化、效益化。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本文設(shè)計系統(tǒng)以STM32F103C8T6為核心，連接藍(lán)牙模塊（JDY-31）、溫度模塊（DS18B20）和指紋模塊（AS608）實現(xiàn)主要功能。通過單片機(jī)調(diào)用模塊，首先調(diào)用AS608指紋識別模塊，通過指紋識別，確定用戶身份，并將溫度數(shù)據(jù)與身份相對應(yīng)。通過DS18B20測溫傳感器測量溫度。數(shù)據(jù)檢測過后，調(diào)用藍(lán)牙模塊，通過JDY-31藍(lán)牙模塊上傳數(shù)據(jù)至手機(jī)端，獲取溫度數(shù)據(jù)，檢測并顯示體溫是否正常。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 指紋模塊

AS608指紋識別模塊是一款高性能的光學(xué)指紋識別模塊。模塊配備了串口、USB通信接口，用戶無須研究復(fù)雜的圖像處理及指紋識別算法，只需通過簡單的串口，USB按照通信協(xié)議便可控制模塊。本模塊可應(yīng)用于各種考勤機(jī)、保險箱柜、指紋門禁系統(tǒng)、指紋鎖等場合。

2.2 溫度檢測模塊

溫度檢測模塊使用DS18B20溫度傳感器，它可以用來對環(huán)境溫度進(jìn)行定量的檢測，測溫范圍為-55～125 ℃，固有測溫分辨率為0.5 ℃，支持對點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)，實現(xiàn)多點測溫，測量結(jié)果以9～12位數(shù)字量方式串行傳送[3]。本系統(tǒng)選用DS18B20作為溫度傳感器可以更加便捷、高效地測量溫度值。

2.3 微控制器的選用

系統(tǒng)選用STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控器。圖2為主控器連接其他模塊的電路圖。其中指紋模塊和藍(lán)牙模塊分別占用一個USART端口，波特率選用11.059 2 MHz。PB12接溫度模塊的DQ，以便于使用ADC來接收溫度數(shù)據(jù)。PA8接WAK，用于判斷是否有手指放在指紋模塊上[4]。

2.4 藍(lán)牙檢測

藍(lán)牙模塊使用JDY-31，本模塊支持串行接口，支持SP藍(lán)牙串口協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸比BLE藍(lán)牙快，可達(dá)到8 Kb/s以上的速率，支持與電腦SPP藍(lán)牙通信，支持與Android手機(jī)通信，具有成本低、體積小、收發(fā)靈敏性高等特點，只需配備少許的外圍元件就能實現(xiàn)大功能。

3 軟件設(shè)計

3.1 藍(lán)牙連接

本系統(tǒng)在使用前，終端手機(jī)用戶需要先和主控器建立連接，通過Android Studio軟件進(jìn)行主界面的開發(fā)[5]。

3.1.1 權(quán)限設(shè)置

新建項目后，需要在AndroidManifest.xml中聲明兩個權(quán)限，分別用于請求連接、傳送數(shù)據(jù)（BLUETOOTH權(quán)限）和啟動設(shè)備、發(fā)現(xiàn)或進(jìn)行藍(lán)牙設(shè)置（BLUETOOTH_ADMIN權(quán)限），如果targetSdkVersion大于或者等于32，需要另外添加ACCESS_COARSE_LOCATION和ACCESS_FINE_LOCATION權(quán)限，否則可能會出現(xiàn)搜索不到藍(lán)牙設(shè)備的問題。

3.1.2 啟動／關(guān)閉藍(lán)牙

權(quán)限設(shè)置成功后，要獲取BluetoothAdaper藍(lán)牙適配器的對象，然后檢測設(shè)備是否支持藍(lán)牙，若支持藍(lán)牙使用，再通過isEnable（）方法來檢查藍(lán)牙當(dāng)前的狀態(tài)，如果方法返回1，則藍(lán)牙沒有啟動，使用Enable（）方法來打開本地藍(lán)牙適配器；最后可以使用disable（）關(guān)閉本地藍(lán)牙適配器。

3.1.3 搜索顯示藍(lán)牙

Android設(shè)備默認(rèn)是不能被搜索的，如果想要本機(jī)設(shè)備可以被搜索，可以以BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_DISCOVERABLE動作為startActivity（）方法的參數(shù)，提交一個開啟藍(lán)牙可見的請求，默認(rèn)120 s內(nèi)可以被搜索，然后調(diào)用startDiscover（）方法搜索藍(lán)牙，將在12 s內(nèi)以廣播的機(jī)制返回搜索到的藍(lán)牙，并將搜索到的設(shè)備顯示到過程頁面。

3.1.4 藍(lán)牙配對連接

藍(lán)牙配對連接有兩種方式：一種是本機(jī)作為一個客戶端去連接一個服務(wù)端，向?qū)Ψ桨l(fā)起連接；另一種是作為服務(wù)端來接收客戶端的消息，數(shù)據(jù)傳輸均采用與TCP傳輸類似的傳輸機(jī)制。本系統(tǒng)中，本機(jī)將作為服務(wù)端與JDY-31設(shè)備建立連接，接收信息。

在建立連接之前，需要首先取消藍(lán)牙設(shè)備的掃描，否則容易連接失敗。之后調(diào)用BluetoothDevice的createRfcommS-ocketToServiceRecord（UUID）獲取BluetoothSocket，調(diào)用connect（）建立連接。藍(lán)牙連接的整個過程需要在子線程中執(zhí)行，并且由于connect（）是一個阻塞調(diào)用，要將socket.connect（）放在一個新的子線程中執(zhí)行。圖3是藍(lán)牙配對連接的APP顯示界面[6]。

3.1.5 數(shù)據(jù)傳輸

兩個設(shè)備成功連接后，雙方都會有一個BluetoothSocket對象，這時就可以在設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)了。

JDY-31作為客戶端，將會向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用socket.getOutputStream（）獲取輸出流；判斷輸出流不為空后，調(diào)用write（）發(fā)送數(shù)據(jù)；本機(jī)作為服務(wù)端，調(diào)用getInputStream（）獲取輸入流，判斷輸入流不為空后，調(diào)用read（）讀取數(shù)據(jù)；使用string message（）把發(fā)來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符串型后，進(jìn)行數(shù)據(jù)大小的判斷，若讀取溫度在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)（設(shè)置為30～37 ℃），調(diào)用BuletoothMainActivity.UpdateRevMsg（）對信息進(jìn)行顯示，最后調(diào)用close（）關(guān)閉輸入流。

3.2 指紋模塊

在實際應(yīng)用本系統(tǒng)前需要對特定人群進(jìn)行指紋錄入[7]，AS608模塊和主控器之間通過串口通信協(xié)議發(fā)送指令來讀寫緩沖區(qū)。指紋錄入的整個過程調(diào)用了指紋讀取函數(shù)PS-GetImage（）、存儲函數(shù)PS-StoreChar（）。當(dāng)用戶再次使用指紋驗證信息時，首先讀取觸摸屏狀態(tài)（PS-StalO），接收信息為1時，讀取指紋屏幕的圖像信息（PS-GetImage）；讀取圖像結(jié)束后，生成特征指令（PS-Genchar）；接收應(yīng)答包后，使用指紋對比函數(shù)和指紋匹配搜索函數(shù)在存儲器中進(jìn)行指紋匹配；匹配成功后，顯示燈為綠燈[8]。圖4為系統(tǒng)功能流程框圖。

3.3 溫度測量與顯示

指紋匹配成功后，單片機(jī)接收中斷開始進(jìn)行測溫，主控器首先需要對溫度傳感器進(jìn)行復(fù)位操作；DS18B20檢測到請求后，會拉低信號，大約150 μs后表示應(yīng)答，單片機(jī)再次讀取總線電平，若為低電平，初始化成功；之后傳感器根據(jù)預(yù)定操作開始溫度檢測；主控系統(tǒng)發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令后，開始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實際溫度值，傳給主控芯片，之后再通過藍(lán)牙與主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[9-10]。

4 實物連接

硬件實物連接如圖5所示。

5 結(jié) 語

隨著科技的不斷進(jìn)步，無線藍(lán)牙溫度傳輸技術(shù)逐漸普及。傳統(tǒng)測溫方式，例如手持式測溫，人力消耗大，效率低，安設(shè)人臉識別測溫設(shè)備價格又比較高昂。本文介紹的基于藍(lán)牙技術(shù)的測溫系統(tǒng)，利用了藍(lán)牙功耗低、體積小、價格低廉的特點，相較于市面幾萬元的紅外測溫儀或人臉識別測溫設(shè)備，整體系統(tǒng)價格親民，僅在幾十元以內(nèi)，適用范圍廣。相較手持式測溫儀，測溫效率更高，實現(xiàn)了實時檢測和傳輸，能夠為人們的生產(chǎn)生活提供極大便利。

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作者簡介：姬明君（2001—），女，本科在讀，研究方向為工業(yè)控制。

房鴻超（2001—），男，本科在讀，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

宋 蕾（2001—），女，本科在讀，研究方向為通信技術(shù)。

錢琪豐（2002—），男，本科在讀，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

徐永剛（1977—），男，博士，副教授，研究方向為圖像處理、云計算、大數(shù)據(jù)、傳感器與網(wǎng)絡(luò)。

收稿日期：2023-06-26 修回日期：2023-07-24