基于Arduino UNO的遠程無線體溫測量系統的設計

(南寧學院機電與質量技術工程學院 廣西 南寧 530000)

一、引言

當今社會飛速發展,大部分產品也是為了更加的適應人們的生活,不斷的往便捷化,快速化,小型化進行改進和革新,而體溫計無疑是每個家庭必備的一種醫療器械,目前市場上的測量體溫的溫度計多種多樣,比如:水銀溫度計、耳溫槍、電子體溫計等,各類體溫計都存在一些通病,測量溫度時,不管使用哪種溫度計都需要在測量部位形成密閉的小空間,需要時間進行測量[1]，在短時間內無法快速有效的多次測量,在測量后無法及時對數據進行保存。所以,作為一種能快速、便捷的溫度計受到越來越多的人們關注。隨著技術的不斷升級和更新,本設計利用紅外體溫測量模塊作為傳感器,配合無線傳輸模塊進行數據傳輸,并采用Arduino相關程序復合算法,使得我們的遠程無線體溫測量系統可以快速讀數,反復測量,同時實時的把數據進行保存。

二、總體方案設計

本設計總體方案框圖如下圖所示,分為紅外體溫測量模塊、無線傳輸模塊和以Arduino UNO為核心的三個部分。紅外體溫測量模塊、無線傳輸模塊和液晶顯示器都接在Arduino UNO上,由紅外體溫測量模塊進行測量，通過Arduino UNO轉換成具體的溫度數據，經由處理后直接顯示在液晶顯示器上，液晶顯示器正常顯示數據的同時由無線傳輸模塊把轉換所得的實時溫度數據發送到對應移動端上進行顯示。

總體框圖

三、硬件電路設計

(一)紅外體溫測量模塊介紹

紅外測溫模塊是MLX90614型的。是一種紅外非接觸測溫模塊。它具有以下功能特征:

1.高精度溫度校準:模塊本身集成了低噪聲放大器、17位模數轉換器和數字信號處理單元,實現高精度、高分辨率的溫度校準。校準精度為正負0.5度左右。

2.傳感器溫度的范圍寬度為零下40度至零上125度之間，物體溫度的范圍寬度為零下70度至零上380度之間。

3.模塊適用的電壓為3-5V，適用于各類單片機，適應性強。

4.模塊本身采用I2C通訊，穩定性好。

(二)無線傳輸模塊介紹

設計中采用的無線傳輸模塊是HC-05的主從機一體傳輸模塊,它與3.3V/3.5V單片機系統兼容。它支持波特率的廣泛范圍,默認支持波特率9600。有效通信距離為10米(開放面積),工作溫度在-25度到75度之間,電源具有反相特性。它由透明熱收縮管保護。

(三)液晶顯示器介紹

LCD 1602液晶顯示器被廣泛使用。原LCD 1602液晶顯示器采用HD44 780控制器。目前,廠家的LCD 1602模塊基本上是兼容的,它們的特性基本相同。LCD 1602液晶顯示器采用數字接口。它具有顯示質量高、體積小、重量輕、功耗低等優點。LCD 1602的主要技術參數為:

1.顯示容量:16×2個字符

2.芯片工作電壓:4.5—5.5V

3.工作電流:2.0mA(5.0V)

4.模塊最佳工作電壓:5.0V

5.字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

四、ARDUINO UNO程序設計

(一)開發工具介紹

ARDUNO是一個ARDUNO是一個起源于意大利的開放源代碼硬件開發平臺,而ARDUINO UNO是最基本的開發板。只要對電子電路有一定基礎的人都可以基于Arduino平臺快速搭建出具有各種功能的電子電路[2]。只要本身擁有一定的C語言基礎,可以在ARDUNO微控制器上編寫和調試程序。Arduino本身由兩個主要部分組成:用于電路連接的Arduino電路板的硬件部分和計算機中的Arduino IDE的軟件部分。只需在IDE中編寫程序代碼,并將其上傳到ARDUINO電路板即可。該程序告訴ARDUNO電路板該怎么做。同時,大多數外圍I/O設備都是常用的設備。他們本身就帶有庫文件和試驗程序,Arduinod的使用者可以直接根據這些自帶的庫文件和試驗程序作為基礎,進行二次修改,就可以構建成更加復雜的程序。

(二)Arduino UNO程序功能

在MLX90614紅外模塊、LCD 1602液晶以及無線傳輸模塊的庫文件的基礎上,使用Arduino IDE軟件對芯片進行程序的修改。實現當紅外體溫測量模塊的測溫口對準所需要測量的對象時,運行芯片上的程序,讀取測量對象的溫度,然后將紅外體溫測量模塊中數據讀出,并通過相關程序換算為溫度數據(T,單位為℃),通過芯片的內部換算,把換算好的數值傳輸給LCD1602,使得液晶上可以顯示采集到的溫度數據;當芯片把換算好的數值傳輸到LCD1602液晶屏幕上顯示的同時,通過對芯片的編程程序的執行,使溫度數據通過通信模塊實時傳輸到與通信模塊相匹配的移動端上進行數據顯示。達到移動端能夠共享儀器端數據的目的。

五、結束語

本文介紹了一種新型的遠程無線體溫體溫測量裝置的設計方案,采用Arduino IDE軟件對Arduino UNO進行編程,對一個測量模塊的數據進行處理,通過LCD1602液晶進行顯示(同時可調控屏幕亮度),并通過無線傳輸模塊達到數據的實時傳輸，和對所測量的數據可以及時地保存。整個設計所需要的元件少,使其具有所占空間小,生產成本小,結構較為簡單,穩固性好等特點,為以后體溫測量裝置的設計提供了一個新的發展方向。

指導老師：黃世玲