一种新型STM32的红外测温报警枪
时间：2023-02-15 12:10:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王长辉，邹思奇，段佳明，杨世原，谢印庆
（大连理工大学城市学院，辽宁 大连 116600）
近几年受新冠疫情的影响，测温计在人们的生活中使用频繁。传统的体温计在测温时不仅耗时长，而且卫生状况、测量精确程度也难以保证。在这种情况下，红外测温计的作用就显得至关重要，它可以通过无接触式红外测温大大提高测温的精确性，并减少病毒感染概率，在疫情防控期间能够发挥很大的作用。
本文设计了一款具有无接触式测温报警功能的测温计。以STM32芯片作为微控制器实现对数据的处理，采用了红外传感器、蜂鸣器、温度传感器实现无接触测温报警功能，通过显示器LCD1602显示温度值，可满足更多条件下的测温需求。
1.1 系统硬件组成
本系统硬件由STM32芯片、电源模块、MLX90614红外传感器模块、复位电路模块、LCD1602显示屏模块、报警模块、按键模块、DS18B20温度检测模块组成。系统结构如图1所示。
图1 系统结构
1.2 各模块设计
（1）主控芯片
STM32F103微控制器以ARM Cortex-M3为核心[1]。芯片内部包含2个12位的数模转换器、9个通信接口、3个16位定时器等，相比51单片机具有强大性能、微小的内核尺寸、迅捷的系统调试、变通的硬件配置等特点，所以在市场上普及率较高。
（2）电源模块
采用AMS1117交换式电源为STM32F103提供所需的3.3 V工作电压，为LCD1602显示屏提供所需的5 V工作电压。AMS1117是交换5 V至3.3 V电压的线性稳压器，能够满足测温计的基本工作需求。
（3）红外传感器模块
采用MLX90614红外温度传感器模块实现无接触式测量，MLX90614包含先进的低噪音放大器、17 b的ADC，还有性能强大的DSP器件[2]，存在SMBus和PWM两种输出方式，具有响应速度快、准确性强、灵活性高等特点。
（4）复位电路模块
本系统的STM32是通过给予一个低电平来进行复位。只有按下复位键产生一段连续的低电平时才能成功复位，测温枪才能够重复测温。
（5）LCD1602显示屏模块
本系统所用的LCD1602由LCD、HD44780、HD44100组成，具有面积小、待机能力强、显示内容多变、重量小等优点[3]。在生活和工业领域都会涉及显示屏模块，其外围电路配置简单、价格实惠、性价比高。
（6）报警电路模块
报警功能通过蜂鸣器模块实现，该器件需要引入3个管脚，给蜂鸣器VCC提供5 V直流电源；
DATA接入芯片PA5引脚，GND接地。预先规定正常体温数值，一旦红外传感器测得体温不在正常数值范围内时，蜂鸣器报警，目标温度异常，进而快速排查出体温异常的目标。本系统所用的蜂鸣器是结构一体化的元件，采用直流电压供电。振荡器通过音频信号产生电流然后通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。蜂鸣器膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，持续性振动发声，直至电流信号消失，声音停止[4]。
（7）按键电路模块
设置按键控制只需要占用一个I/O口。通过判断按键是否按下，传导I/O口将相应从低电平变化为高电平，使得红外传感器工作，所测得的温度通过LCD1602显示屏显示。当下次再按下按键时，系统自动复位并开始测量下一目标的温度，原理简单。
（8）温度检测模块
通过使用DS18B20温度传感器[5-6]直接读取测量温度，该传感器需要引出3个管脚与单片机相接，测量温度范围为-55～125 ℃。本系统中DS18B20温度传感器的DQ端口与STM32的PB7端口相连。
程序设计主要从以下几个部分进行：运行程序、LCD1602显示程序、MLX90614红外测温程序。这些程序互相配合维持着系统的正常运行。
2.1 运行程序
本系统的软件实现流程为：首先程序开始运行，此时对整个系统进行初始化，包含STM32单片机I/O端口、MLX90614红外传感器、DS18B20温度检测模块、LCD1602显示屏等，保证数据的测量不会因为错乱而影响系统工作。然后系统判断按键是否按下，如果没有则返回上一步；
如果有按键按下则判断是否收到测温指令，如果接收到测温指令，则开始红外测温，反之则重新判断按键是否按下。最后系统计算温度值，判断温度值是否异常，如果异常，蜂鸣器报警，否则直接计算出温度数值并通过LCD1602模块显示。主程序流程如图2所示。
图2 主程序流程
2.2 LCD1602显示程序
本文测温枪所用到的LCD1602有16条引脚，需要给其VDD输入5 V电压来维持其工作，其RS引脚是命令/数据选择的引脚，需要接I/O。是否选择命令或数据是根据RS口输入的电平高低来决定LCD1602的基本操作大概分为4种：读状态、读数据、写命令、写数据。LCD1602工作原理：首先需要给其一个输入命令或数据，设置其显示模式、输入模式[7-8]；
然后初始化LCD1602之前所得数据；
最终通过新设置字符位置，将当前所测数据更改字符位置输出到显示屏上。
2.3 MLX90614红外测温程序
在MLX90614中需要先进行初始化，然后通过微控制器STM32按照SMBus协议对存储在RAM里的数据进行读取，再通过公式（T=RAM（tempH：tempL）×0.02-273.15）将读取的数据转换成摄氏温度[9]。
在当下疫情形势依然严峻的情况下，测温枪的需求量处于持续增长状态[10]。为此，本文设计了一个简单的人体红外测温枪，能实现无接触式测温，不仅精确度高，还能对体温异常目标进行报警。本测温枪的测温范围可达-55～125 ℃，可以应用到工业领域测量危险的高温仪器，以降低风险出现的概率。
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