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關鍵字：云南(nan)變頻(pin)(pin)器(qi)維(wei)修、昆(kun)明變頻(pin)(pin)器(qi)維(wei)修、云南(nan)昆(kun)明數控(kong)系統、高頻(pin)(pin)電(dian)源(yuan)維(wei)修
摘要 ：隨著近幾年新冠疫情的不斷肆虐，因此，人體體溫測量成為了人民
十分(fen)關心的一個話題，而對人體體溫進行(xing)實時監測成為了一個急需(xu)解決的問題。
本文提出了一種無線紅外體溫計，該系統通過 STM32 單片機作為控制核心，利
用 MLX90614 紅外測(ce)溫(wen)傳(chuan)感器對人體體溫(wen)進行實(shi)時檢測(ce)，并(bing)且將檢測(ce)得到的(de)結
果在 OLED 顯示器上實時顯示，為了(le)提升用(yong)戶體驗，還(huan)在系統中增加了(le)無線藍
牙(ya)模塊，通過軟件直(zhi)接將數據發送(song)至(zhi)上(shang)位機。本文主要做(zuo)了以(yi)下工作(zuo)：簡述(shu)了本
課(ke)題(ti)的研(yan)究背景以及現狀研(yan)究。對硬件電路進行了硬件電路設計，主要從單片機
最小系統(tong)、OLED 顯示電路、紅(hong)外(wai)溫(wen)度采樣電路及無線(xian)藍牙模塊等(deng)方面進行了詳
細闡述；第三部分是軟件程序(xu)設計(ji)，包括主程序(xu)流程圖以及各個(ge)功能子模塊流程
圖介紹，最后進(jin)行(xing)了(le)(le)硬件測試，通過實驗，證明了(le)(le)系統的正(zheng)確性與可行(xing)性。
關鍵詞 ： STM32 ；紅外測(ce)溫 ；無線(xian)傳輸
本文主要利用 STM32F103C8T6 單片(pian)機作為控(kong)制核心(xin)，對人(ren)體體溫(wen)進行(xing)實(shi)時
監測，利用 MLX90614 紅外測溫傳感器采樣人體中的體溫，然后，利用 HC-05 主
從(cong)一體(ti)藍牙(ya)模(mo)塊得到(dao)實時的數字信號，之后在顯示器中實時顯示實時體(ti)溫值，當(dang)
體溫過高時能夠自動報警。再結合 OLED 顯示器、激光燈(deng)、蜂鳴器等輔助(zhu)功能，
以提(ti)供更(geng)好的人(ren)機交互(hu)服務(wu)。該無線紅外測溫(wen)系(xi)統具有簡易、可靠(kao)、精(jing)度較高、
功能多、成本較低等優點。
1 研究(jiu)綜述
當(dang)前溫度(du)傳感器(qi)根(gen)據工作原理的不同(tong)主要劃分為以下幾(ji)種(zhong)：
（1）熱(re)電偶(ou)傳感器。此種傳感器的應用較為廣泛，尤其(qi)是在工業(ye)生產(chan)中。
熱電偶傳感器在各種(zhong)復雜的工作(zuo)條件下(xia)均具有(you)出色(se)的可靠性，測試溫度的覆蓋范
圍(wei)廣(guang)，數據信號的(de)傳(chuan)輸距離較長，操作方法簡單。熱偶傳(chuan)感器(qi)能夠(gou)通過內部結構(gou)
將溫度(du)信息轉化為電壓(ya)信號，因此便于數據的記錄和顯示。
（
2）模擬(ni)集(ji)成傳(chuan)感器(qi)。這種傳(chuan)感器(qi)的關(guan)鍵應用(yong)是(shi)一種半(ban)導體(ti)器(qi)件硅，它是(shi)
根據(ju)集成處(chu)理技術制造的(de)。這種傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)應(ying)用范(fan)圍有限，但是(shi)傳感(gan)器(qi)(qi)具(ju)有很高的(de)
測量精度，可以進行遠距離(li)傳輸。集成(cheng)傳感器(qi)的仿真(zhen)和(he)仿真(zhen)相對于其他類型的傳
感器(qi)來說體積小(xiao)，耗能(neng)低，主(zhu)要(yao)用于長距離測量的工況。
（
3）光纖傳感(gan)器。這種類(lei)型的傳感(gan)器可以將(jiang)準確測量的數據信息更(geng)改為(wei)關
閉以進行傳(chuan)輸的光信(xin)號燈。光纖(xian)線傳(chuan)感器的信(xin)號分析原(yuan)理是(shi)根據(ju)光纖(xian)線將來自光源的(de)光(guang)發送到解調(diao)器(qi)，以便(bian)要(yao)測量的(de)主要(yao)參數和(he)進入部(bu)署(shu)區域(yu)的(de)光(guang)有(you)效，并且光(guang)
線的電子(zi)光(guang)學特性將發生變化。此時，修改后(hou)的光(guang)稱為數據信號光(guang)。當傳感器執(zhi)
行(xing)精確的測量時，根據解(jie)(jie)調器(qi)的解(jie)(jie)決方案，光被導入，然(ran)后(hou)被傳輸出去。在整個
過程中，光折射的傳輸(shu)特(te)性主要用(yong)于收集和傳輸(shu)溫度數據信號(hao)。
（
4）半導體(ti)材料吸收式熱(re)泵單元光(guang)纖線(xian)溫度傳感器。這種類型的傳感器使(shi)
用吸收和吸收半導體(ti)(ti)材料的(de)基本原(yuan)理進行溫度(du)檢查。該傳(chuan)感器是(shi)溫度(du)傳(chuan)感器，可
以在(zai)高(gao)壓和(he)強干擾(rao)信(xin)號的自然環境(jing)中使用(yong)。該系統(tong)軟(ruan)件介紹了用(yong)于參(can)考光(guang)(guang)源和(he)光(guang)(guang)
纖通信系統(tong)的光電設備和組件。
2 紅外測溫系統設計
2.1 系統性能目(mu)標
系(xi)統設計的被測目標主要(yao)是人體、日常物品、一般生產(chan)設備等(deng)，-30℃～
350℃的溫度范圍可以覆蓋大部分被測目標，溫度分辨率要達到 0.02℃，實現低
功耗運行，采用 3.3V 電源。
2.2 系統整體(ti)設計
2.2.1 系統方(fang)案設(she)計、比較(jiao)與論證
為(wei)了方便實現本(ben)設計要(yao)求(qiu)的體溫(wen)采樣，設計采用以下兩種(zhong)方案：
方案 1PT100 電阻檢測法，該方法首先利用 Pt100 感應溫度，然后使用 AD
轉換(huan)器(qi)，將模(mo)擬信(xin)號轉換(huan)為數字(zi)信(xin)號，之后，使(shi)之能(neng)夠在(zai)顯(xian)(xian)示屏上(shang)進行(xing)顯(xian)(xian)示，使(shi)
用(yong)這(zhe)種方法可以對測量的(de)體溫信號進行顯(xian)示。
方案 2 是采用紅(hong)外測溫(wen)元件作(zuo)為感溫(wen)元件。MLX90614ESF-DCI 是專用的(de)溫
度傳感器。MLX90614ESF-DCI 投入應用多年(nian)，是工業現場(chang)最常見的紅外溫度(du)傳
感器，其具(ju)有測量精度高(gao)、測量分辨率(lv)高(gao)的(de)特(te)點。MLX90614ESF-DCI 的溫度測
量范圍較寬(kuan)為-40℃～ 125 ℃，測量誤差在 0.02℃。
方案 2 中使用 MLX90614ESF-DCI 傳感器(qi)芯片的測溫方案，其主(zhu)要特(te)點是(shi)準(zhun)
確度高、靈敏性好、測量(liang)速率快(kuai)、頻(pin)率特性好、輸入(ru)阻抗高、輸出(chu)阻抗低、電源(yuan)
范圍寬(kuan)且功耗低，但是成本較高，而(er)方案(an)一相對簡(jian)便，且容易實現，其精度也能
夠滿足略有不足，綜合考慮，本設計決定使用方案 2 進行(xing)體溫采(cai)樣。
硬件設計部分如下圖 1 所示(shi)，對系(xi)統的(de)硬件(jian)基本結構(gou)進(jin)行了描述，主(zhu)要對硬
件電(dian)路中的重要電(dian)路，如單片機(ji)最小(xiao)系(xi)統、按鍵電(dian)路、無線紅外(wai)檢測電(dian)路、OLED
液(ye)晶顯示屏，藍牙(ya)電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)蜂鳴報(bao)警電(dian)路(lu)等，從設計思路(lu)以(yi)及(ji)硬件(jian)組成上進行了
介紹。其中藍牙電路由 HC-05 模塊為核心構成，單片機則使用的是 STM32 單片
機，在 PC 端編制(zhi)對應程(cheng)序進行藍(lan)牙數據接收。STM32 單片機
聲光(guang)報警電路(lu)
OLED 液晶顯(xian)示(shi)
藍牙電(dian)路
鍵盤輸入電路
無線紅(hong)外測溫電路
圖 2-1 系(xi)統硬件(jian)結構框圖
2.3 各子模塊(kuai)介紹
2.3.1 控制模塊
意(yi)大利意(yi)法半導體(ti)公司為了順應工業控制現場對于控制核心的性能需求，推
出了 STM32F103C8T6 單片(pian)機(ji)，該型號單片(pian)機(ji)分為(wei)了基本型以及增強(qiang)型兩種(zhong)，其
中基本型就能夠滿足工業現場大多數的簡單應用，例如 STM32F103C8T6 其內部(bu)
擁有 32K-128K 的 8 位片內 flash，其運行時鐘最高可達可高達 36 兆赫(he)茲(zi)，內置
6K 大小的 SRAM 以及 3 個 16 位定時器，除此之外，其 IO 引腳達到 37 個，能
夠滿足一(yi)些較(jiao)(jiao)大的設計(ji)需(xu)求，其造價(jia)較(jiao)(jiao)低，憑借物(wu)美價(jia)廉的優勢，占領了許多市
場(chang)份額，在工業控(kong)(kong)制中，成為當之無(wu)愧的第一控(kong)(kong)制器(qi)。STM32F103C8T6 單片機
的基本參數如下表 2-4 所示[14]：
表 2-4 STM32F103C8T6 單(dan)片機的基本參數表
額定電壓
5V
額定頻率
36MHz
SRAM
6K
IO 引腳
37 個
定(ding)時器(qi)
三個 16 位定時器
ADC
10 通道 12 位 ADC
2.3.2 紅外測溫模塊
紅外測溫傳感器為比利時 Melexis 公司的 MLX90614ESF-DCI 紅外測溫
傳感器。典型應用 SMBus 連接電路如下圖 2 所示，引腳如下圖 3 所示：
圖 2 MLX90614 SMBus 連接圖 3 MLX90614 的引腳定義
得益于 MLX90614 良好性(xing)能(neng)，體積(ji)小、成本低、易集成等(deng)，該傳感(gan)器應用
廣泛(fan)，如空調溫度感(gan)件、擋風玻(bo)璃防霧應(ying)用、工業(ye)溫度控制(zhi)、家電溫度控制(zhi)、衛
生保健、家畜監控等。
2.3.3 無線傳輸模塊
HC-05藍牙模塊是一種(zhong)短距(ju)離(li)無線傳輸通信。基本(ben)通訊(xun)距(ju)離(li)在(zai)10米左右(you)。支(zhi)
持一對多的數據傳輸和(he)語音通信。大多數藍牙無(wu)線設(she)備(bei)不需要將發射器設(she)置(zhi)為(wei)使
用 2.4G 頻率。這意味著不易引起跳頻、諧波、竊聽，并且具有雙向傳輸、抗(kang)干
擾能力強、功耗低等特點。 缺點是傳輸的數據量小，每秒只有 1M 左右。
本系(xi)統中，一塊作為發送(song)模(mo)塊使(shi)用與單(dan)片機(ji)串口連接，通(tong)過(guo)對應程序(xu)控制數
據發送 ；另一塊作為接收模塊與計算機 USB 接(jie)口連接(jie)，由對應上位(wei)機(ji)接(jie)收數
據，從而實現(xian)數(shu)據無(wu)線(xian)傳輸。
2.3.4 人機交互模(mo)塊
本設計中的人機交互模塊，主要有 OLED 顯示屏(ping)，激(ji)光指示燈，蜂鳴報警
裝(zhuang)置(zhi)以(yi)及鍵盤輸入電路組(zu)成(cheng)，系統中的測溫值、發射率等參數可以(yi)實時顯示(shi)在屏
幕上，而激光指(zhi)示燈(deng)主(zhu)要用(yong)于瞄準；當(dang)溫度超標、工作狀態異常時(shi)，蜂鳴器報警；
而鍵盤輸入電路(lu)則用(yong)于實現上(shang)下溫標(biao)調整(zheng)，發(fa)射率選取(qu)，鏡頭縮放(fang)等工作。
2.4 系統程序(xu)設計
整(zheng)個系統以主(zhu)程(cheng)(cheng)序(xu)為基礎，另(ling)外附加多個中斷響應子程(cheng)(cheng)序(xu)，分別是紅(hong)外測溫
子程序、藍牙傳輸(shu)子程序、按(an)鍵(jian)處理子程序。其中(zhong)主程序主要分為以下基本結構，
即：系統的初(chu)始化，按(an)(an)鍵(jian)掃描，檢查是否有按(an)(an)鍵(jian)按(an)(an)下，若有按(an)(an)鍵(jian)按(an)(an)下則進行按(an)(an)鍵(jian)
事件處理，否則，以此進行循環，直(zhi)至有按鍵按下為止(zhi)。按鍵按下后(hou)，最后(hou)將
OLED 顯示屏上的結果進行(xing)更新，實時輸出此時的人體溫度；
對于按鍵處理子程序而(er)言，首先需要(yao)對該子程序進行初始化，之后判斷(duan)用(yong)戶
按(an)下的功能，接著再跳轉(zhuan)對應(ying)子(zi)程(cheng)序。
其中需要先對 P0.0 引腳（接于 MLX90614ESF-DCI 溫度傳感器的 DQ 引腳）
置零，并且在延時 480us-960us 后，再將其置 1，15~60us 后 接收 60-240us 的存在脈沖，這時將 DQ 值保存，若其等于 0 則認為初始(shi)化成功，否則初始(shi)化失(shi)敗(bai)，
重新進行初始化。初始化完成后，開始發送起始位，然后對 MLX90614ESF-DCI
的數據位進行讀取，分別對低 8 位與高 8 位進(jin)行(xing)讀取，之后(hou)，對校驗(yan)位進(jin)行(xing)檢測，
最后發送停止位，當數(shu)據正(zheng)確時，返回，否則重新讀取。
藍(lan)牙的(de)發(fa)送(song)子程序也(ye)較為簡單，首先進(jin)行初始(shi)化，然后判(pan)斷(duan)其是否成功，在
通道(dao)空閑(xian)的情(qing)況下，進行(xing)數據發送(song)。
3 紅外測溫系(xi)統測試(shi)
3.1 系統溫度測量測試
通過紅外測溫系統與 DS18B20 典型(xing)的溫度(du)傳感器(qi)以及(ji)水銀溫度(du)計進行人體
測(ce)溫(wen)，結(jie)果(guo)對(dui)比，從而獲取該測(ce)溫(wen)系統(tong)的相關性能指標，證明其試(shi)驗(yan)的可(ke)靠性。
在進行溫(wen)(wen)度測量(liang)的(de)過程中，首先需要(yao)。將與體溫(wen)(wen)無關(guan)的(de)一些變量(liang)進行剔除，以免
干擾試驗(yan)結果。這(zhe)里需要注意的是，溫傳感器(qi)在測(ce)試過程中要靠近人體(ti)(ti)表面，并
且接近紅外傳感器，二者所處環境應盡可能接近測量結果如表 1、2、3 所示。
表 1 紅外測溫與 DS18B20 溫(wen)度(du)傳感(gan)器對水(shui)溫(wen)進行(xing)測(ce)量(liang)的結果
水溫測量
1
2
3
4
5
6
7
8
平均
DS18B20 49.38 49.38
49.35
49.13
49.06
49
48.81
48.75
49.12
紅外測溫 49.45 49.47
49.35
49.13
49.06
49
48.81
48.75
49.12
表 2 紅外測溫與 DS18B20 溫度傳(chuan)感(gan)器對水溫進(jin)行測量的結(jie)果
手(shou)肘測溫
1
2
3
4
5
6
7
8
平(ping)均
水銀測溫 36.3
36.4
36.5
36.3
36.3
36.2
36.4
36.3
36.34
紅外測溫 36.21 36.45
36.59
36.27
36.04
36.25
36.48
36.17
36.35
表 3 紅(hong)外測(ce)(ce)溫對(dui)額頭與手(shou)面進行測(ce)(ce)量的結(jie)果(guo)
紅(hong)外測溫
1
2
3
4
5
6
7
8
平(ping)均
額頭測溫 35.36 35.33
35.44
35.46
35.35
35.38
35.39
35.38
35.39
手面測溫 34.27 34.34
34.27
34.34
34.32
34.37
34.42
34.38
34.34
對比表一與表二的測(ce)量結(jie)果可以看出，紅外測(ce)溫結(jie)果對比的平均值約為
0.01℃，可(ke)(ke)見紅外測溫系統的精度相對較高(gao)，測量數據也較為可(ke)(ke)靠。對比表二表
三可以(yi)發(fa)現人體不(bu)同部位的表面(mian)溫(wen)(wen)度(du)有所不(bu)同，通常額頭的溫(wen)(wen)度(du)與手(shou)面(mian)相比要(yao)更
高一些，尤其對皮膚(fu)表面(mian)溫度的測(ce)量結果，對手軸或腋下溫度測(ce)量結果對比(bi)較低(di)，
所以(yi)在(zai)人員流動(dong)過程時(shi)對額頭進行測溫(wen)，相較于手(shou)面測溫(wen), 更具代表性。同時(shi)在(zai)測
量時(shi)可以發(fa)現，本(ben)系統的響(xiang)應速度相對較快，因(yin)此在測(ce)溫速度上也有一定的實用
優(you)勢。
3.2 無線數據(ju)傳輸測試
通(tong)過不斷的(de)對手面(mian)溫度(du)進行(xing)測量，并且(qie)將采集到的(de)數(shu)據(ju)，通(tong)過藍(lan)牙發送至上
位機，從而可以得到無線傳輸后的結果，顯示在上位機上，如下圖 4 所示。圖4 上(shang)位機(ji)接(jie)收藍牙數據(ju)結果
從(cong)上位機接受的藍牙數據(ju)(ju)可以看出。整個以藍牙為核心的數據(ju)(ju)收發系統運行
穩定，測試結果較為準確，能(neng)夠滿足此前提出的系統設計要求(qiu)，同時(shi)從繪制的數
據結果可以看出。手面溫度在 34.5℃左右波動。其最大波動范圍 0.2℃與紅外測
溫模塊(kuai)的設(she)計誤差(cha)符合，因此可見測量結果(guo)較為精準。
4 結語(yu)
伴(ban)隨(sui)著半導體(ti)技(ji)術(shu)的不斷發展，傳感器(qi)技(ji)術(shu)近些(xie)年來也隨(sui)之不斷迭代(dai)。除(chu)了
傳(chuan)統的溫度(du)、濕度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，如今溫度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)精度(du)也是(shi)愈(yu)發精確，總而(er)言之，傳(chuan)感(gan)
器就是將物理量通過傳感(gan)器轉換(huan)為(wei)數(shu)字(zi)量，并(bing)將該數(shu)字(zi)量通過統一格式輸送至微
控制器，從而實現數字世界與物理世界的聯(lian)系。本文在此(ci)基礎上提出了基于(yu)
STM32F103C8T6 單片(pian)機(ji)的人(ren)體體溫計(ji)。在課題設計(ji)過程中(zhong)，涉及本科期間學習
的(de)單片機技(ji)術(shu)、自(zi)動控制原(yuan)理(li)、C 語言(yan)設計、信號與接口技術等多門(men)學科，能夠(gou)
提升自己的(de)(de)項(xiang)目經驗，實現(xian)多門學(xue)科知(zhi)識的(de)(de)融(rong)會貫通，具有(you)一定的(de)(de)實際(ji)意義與理
論意(yi)義(yi)。
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