基于STM32的人體紅外測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王彰云

(廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001)

0 前言

體溫作為人體健康的一個重要指標(biāo)，人體體溫過高或過低都是不健康現(xiàn)象，如何快速有效地測量人體體溫，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。目前常用的人體測溫有水銀體溫計(jì)、電子體溫計(jì)等設(shè)備，而電子體溫計(jì)有接觸式體溫計(jì)和非接觸式體溫計(jì)。自今年新型冠狀肺炎病毒在全球的肆虐蔓延，非接觸式體溫計(jì)供不應(yīng)求。而目前的非接觸式體溫計(jì)種類繁多，但是大部分精度不夠，從而影響對健康的判斷。針對這些情況，本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32的人體紅外測溫系統(tǒng)，在測量人體溫度后，根據(jù)環(huán)境溫度對所測的人體溫度進(jìn)行誤差修正，提高了測量的精度。

1 人體測溫系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)主要采用STM32處理器以及紅外溫度傳感器來完成非接觸測溫。紅外測溫的工作原理是傳感器通過接收人體表面輻射的電磁能量，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，溫度越高，輻射的電磁能量就越多。STM32控制器采集對應(yīng)溫度數(shù)據(jù)，同時通過環(huán)境測溫模塊采集環(huán)境溫度，處理器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將人體溫度顯示在OLED顯示屏上。可根據(jù)按鍵模塊設(shè)置溫度的上限值和下限值，超過預(yù)設(shè)值，報警模塊進(jìn)行報警。人體測溫系統(tǒng)由：STM32控制器、人體紅外測溫模塊、環(huán)境測溫模塊、OLED顯示屏、按鍵控制模塊及報警模塊組成。如圖1所示。

圖1 人體測溫系統(tǒng)組成框圖

2 紅外測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM32微處理器電路設(shè)計(jì)

本文選用STM32F103作為測溫系統(tǒng)的微處理器，該處理器采用ARM內(nèi)核構(gòu)架，指令精簡，性價比高，處理器響應(yīng)速度快，自帶有512K字節(jié)的flash和64K的隨機(jī)存儲器，有豐富的I/O口，該處理器有待機(jī)模式，功耗低。

2.2 人體紅外測溫模塊

在該模塊中采用mlx90614紅外溫度傳感器，通過該傳感器監(jiān)測人體溫度，傳感器的體積小，分辨率高，輸出數(shù)字信號，接口簡單，外圍電路少，測量物體溫度范圍-70℃～+380℃。其I2C輸出接口可以直接連接STM32F103的I2C接口。電路如圖2所示。

圖2 mlx90614傳感器接口電路

2.3 環(huán)境測溫模塊

在環(huán)境測溫模塊中采用一總線的DS18B20溫度傳感器，采集人體所在的環(huán)境溫度。DS18B20體積小，電路簡單，輸出信號為數(shù)字信號，不需外接AD轉(zhuǎn)換電路，減少了信號傳輸過程中的誤差。環(huán)境測溫電路如圖3所示。

圖3 DS18B20傳感器接口電路

2.4 按鍵與顯示模塊

在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)增加了4個獨(dú)立按鍵，一個為開啟測溫鍵，另外3個為溫度誤差微調(diào)按鍵。OLED顯示屏顯示測量的人體溫度、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件按照模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，分成DS18B20溫度采集程序模塊、mlx90614溫度采集程序模塊、按鍵控制程序模塊、OLED顯示程序模塊、報警模塊，每一模塊構(gòu)成一個.C文件，最后再在主函數(shù)中調(diào)用每個模塊。

4 調(diào)試與結(jié)論

本文先用水銀溫度計(jì)測量水中溫度，同時用DS18B20測量水表面溫度，再用紅外測溫裝置測量水表面溫度，記錄這3個溫度值，接著改變水溫，分別再用上述3種儀器測量對應(yīng)的溫度值，經(jīng)過多次測量得到一組數(shù)據(jù)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)和環(huán)境溫度修正紅外測溫誤差。最后用水銀溫度計(jì)和紅外測溫裝置多次測量人體腋窩溫度，經(jīng)比較分析誤差在0.1℃～0.3℃之間，下一步需經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化溫差修正算法，進(jìn)一步提高測溫系統(tǒng)的測量精度。