基于STM32的非接觸體溫監(jiān)測警報系統(tǒng)研究

程自強(qiáng) 溫紅艷 鄔苗 張津

摘 要：短時間內(nèi)對人群進(jìn)行體溫檢測，篩查并隔離疑似傳染病患，可最大限度地降低病毒傳播風(fēng)險。在此背景下文章設(shè)計了基于STM32單片機(jī)的非接觸式體溫監(jiān)測警報系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由STM32單片機(jī)、紅外溫度檢測電路、報警電路等部分組成，可實現(xiàn)非接觸式體溫測量，測量精度可達(dá)0.1 ℃。

關(guān)鍵詞：非接觸式;體溫監(jiān)測;STM32

0?引言

體溫檢測是當(dāng)前疫情防控有效的檢測手段之一，其中紅外測溫技術(shù)是最常用的一種非接觸式測溫方法[1]，其工作原理是利用紅外輻射能量與物體溫度的線性關(guān)系，測量并計算出物體的實際溫度。非接觸式體溫檢測在全球疫情防控中發(fā)揮著重要作用。

1?系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)基于STM32單片機(jī)設(shè)計非接觸式體溫檢測警報系統(tǒng)。系統(tǒng)由功耗低、性能高的單片機(jī)STM32F103ZET6、紅外測溫傳感器MLX90614ESF、DS1302時鐘電路、EEPROM存儲電路、TFTLCD顯示模塊，蜂鳴器和LED警報電路構(gòu)成。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

2?系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1? 微控制器選擇

目前微控制器種類繁多，且仍在不斷朝低成本、低功耗、小型化等方向發(fā)展。本系統(tǒng)采用意法半導(dǎo)體的STM32F103ZET6作為主控MCU，該芯片采用Cortex-M3內(nèi)核，系統(tǒng)主頻高達(dá)72 MHz。芯片的外部總線可以外擴(kuò)SRAM和連接LCD等，通過FSMC驅(qū)動LCD，可以顯著提高LCD的刷屏速度。本設(shè)計選用STM32F103ZET6，其性能指標(biāo)符合設(shè)計要求且成本較低，同時也能確保整個系統(tǒng)高效穩(wěn)定地運(yùn)行。

2.2? 紅外測溫電路

MLX90614系列測溫芯片集成了紅外熱電堆傳感器MLX81101和用于處理紅外傳感器的信號處理專用集成芯片MLX90302，內(nèi)部含有熱電元件、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及濾除熱電元件噪聲的數(shù)字濾波器，具有極高的溫度穩(wěn)定性。由于集成了低噪聲放大器、17位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和強(qiáng)大的數(shù)字信號處理單元，可以實現(xiàn)對溫度監(jiān)測的高精度性，進(jìn)行分辨率為0.14 ℃的測量[2]。工作原理為紅外熱電堆傳感器輸出的溫度信號經(jīng)內(nèi)部低噪聲、低失調(diào)的運(yùn)算放大后進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換為17位的數(shù)字信號再通過可編程FIR及IIR低通數(shù)字濾波器處理后存儲在RAM存儲單元中，并通過SMBus讀取輸出，因此引腳選用PWM/SDA。

3?系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件部分主要針對MLX90614紅外測溫傳感器、DS1302時鐘、AT24C02、TFTLCD液晶顯示等模塊進(jìn)行驅(qū)動調(diào)試，以及配合按鍵、蜂鳴器、LED等模塊的功能特點(diǎn)和通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計開發(fā)。系統(tǒng)程序流程如圖2所示。

其中MLX90614紅外測溫傳感器采用SMBus數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議規(guī)定同一時刻總線上只能有一個主設(shè)備有效。主設(shè)備可通過“讀數(shù)據(jù)”和“寫數(shù)據(jù)”與從設(shè)備進(jìn)行交流，數(shù)據(jù)包含2個字節(jié)，每次傳輸一個字節(jié)。每個字節(jié)按高位（MSB）在前，低位（LSB）在后的格式傳輸，兩個字節(jié)中間的第9個時鐘是應(yīng)答時鐘[3]。

4 ? 系統(tǒng)功能測試

通過軟硬件聯(lián)調(diào)，基于STM32的非接觸式體溫檢測警報系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度測量、LCD液晶顯示、時鐘設(shè)置及顯示、溫度上下限調(diào)節(jié)、溫度超過上限觸發(fā)聲光報警等功能。本設(shè)計采用了圖形化的UI設(shè)計風(fēng)格，能夠準(zhǔn)確測量體溫和環(huán)境溫度，并根據(jù)當(dāng)前測量體溫提示體溫偏低、正常或是偏高，并分別以藍(lán)色、綠色、紅色圓環(huán)標(biāo)記所測體溫狀態(tài)。經(jīng)過綜合測試，系統(tǒng)完全滿足設(shè)定的任務(wù)要求，圖3為不同環(huán)境溫度的實測結(jié)果及不同體溫的測量結(jié)果。

5?結(jié)語

本文設(shè)計了基于STM32的非接觸式體溫監(jiān)測警報系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小、處理能力強(qiáng)、測量精度可達(dá)0.1 ℃。系統(tǒng)能夠完成非接觸式體溫測量，與傳統(tǒng)的直接接觸式溫度計相比，有效解決了測量時間長、存在交叉感染風(fēng)險等缺點(diǎn)，是一種方便快捷的檢測手段。

[參考文獻(xiàn)]

[1]余國衛(wèi).基于單片機(jī)的非接觸式測溫系統(tǒng)[J].電腦知識與技術(shù)，2017（24）：206-207.

[2]周江.STM32單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015（11）：1-2.

[3]LEE H H.Shear strength and behavior of steel fiber reinforced concrete columns under seismic loading[J].Engineering Structures，2007（29）：1253-1262.

（編輯 何 琳）