基于STM32的非接觸體溫監測警報系統研究

程自強 溫紅艷 鄔苗 張津

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

關鍵詞：非接觸式;體溫監測;STM32

0?引言

體溫檢測是當前疫情防控有效的檢測手段之一，其中紅外測溫技術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揮著重要作用。

1?系統總體結構

本系統基于STM32單片機設計非接觸式體溫檢測警報系統。系統由功耗低、性能高的單片機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警報電路構成。系統總體框架如圖1所示。

2?系統硬件設計

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、小型化等方向發展。本系統采用意法半導體的STM32F103ZET6作為主控MCU，該芯片采用Cortex-M3內核，系統主頻高達72 MHz。芯片的外部總線可以外擴SRAM和連接LCD等，通過FSMC驅動LCD，可以顯著提高LCD的刷屏速度。本設計選用STM32F103ZET6，其性能指標符合設計要求且成本較低，同時也能確保整個系統高效穩定地運行。

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，內部含有熱電元件、放大器、模數轉換器，以及濾除熱電元件噪聲的數字濾波器，具有極高的溫度穩定性。由于集成了低噪聲放大器、17位模數轉換器和強大的數字信號處理單元，可以實現對溫度監測的高精度性，進行分辨率為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內部低噪聲、低失調的運算放大后進行數模轉換為17位的數字信號再通過可編程FIR及IIR低通數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?系統軟件設計

系統軟件部分主要針對MLX90614紅外測溫傳感器、DS1302時鐘、AT24C02、TFTLCD液晶顯示等模塊進行驅動調試，以及配合按鍵、蜂鳴器、LED等模塊的功能特點和通信協議進行設計開發。系統程序流程如圖2所示。

其中MLX90614紅外測溫傳感器采用SMBus數據傳輸協議，該協議規定同一時刻總線上只能有一個主設備有效。主設備可通過“讀數據”和“寫數據”與從設備進行交流，數據包含2個字節，每次傳輸一個字節。每個字節按高位（MSB）在前，低位（LSB）在后的格式傳輸，兩個字節中間的第9個時鐘是應答時鐘[3]。

4 ? 系統功能測試

通過軟硬件聯調，基于STM32的非接觸式體溫檢測警報系統可實現溫度測量、LCD液晶顯示、時鐘設置及顯示、溫度上下限調節、溫度超過上限觸發聲光報警等功能。本設計采用了圖形化的UI設計風格，能夠準確測量體溫和環境溫度，并根據當前測量體溫提示體溫偏低、正常或是偏高，并分別以藍色、綠色、紅色圓環標記所測體溫狀態。經過綜合測試，系統完全滿足設定的任務要求，圖3為不同環境溫度的實測結果及不同體溫的測量結果。

5?結語

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

[參考文獻]

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

[2]周江.STM32單片機原理及硬件電路設計研究[J].數字技術與應用，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）