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關(guan)鍵字：云南(nan)變頻器(qi)(qi)維(wei)(wei)修(xiu)、昆明變頻器(qi)(qi)維(wei)(wei)修(xiu)、云南(nan)昆明數控系統、高頻電源維(wei)(wei)修(xiu)
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
十分關心的一個話題，而對人(ren)體(ti)體(ti)溫進行實(shi)時監測成為了一個急需解決的問(wen)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(zuo)為控制核心(xin)，利
用 MLX90614 紅外(wai)測溫傳(chuan)感(gan)器對人(ren)體(ti)體(ti)溫進行實時檢測，并且將(jiang)檢測得(de)到的(de)結
果在 OLED 顯示(shi)(shi)器上實時顯示(shi)(shi)，為了提升用戶(hu)體驗，還在系(xi)統中(zhong)增加了無(wu)線藍(lan)
牙模塊(kuai)，通過(guo)軟件直接將數據發送至上位機。本文主要做了(le)以下工作：簡述了(le)本
課題的研究背景以及現狀(zhuang)研究。對硬(ying)件(jian)電路(lu)進行了(le)硬(ying)件(jian)電路(lu)設計，主要從單(dan)片機(ji)
最小系統、OLED 顯示電路、紅(hong)外溫度采樣電路及無線藍牙模塊等方面進(jin)行了詳
細(xi)闡述；第三部分是軟件程序設計，包括主程序流程圖以及各個功能(neng)子模塊流程
圖介(jie)紹，最后進行了(le)硬件(jian)測試(shi)，通過實驗，證(zheng)明了(le)系統的正確(que)性(xing)與(yu)可行性(xing)。
關鍵詞 ： STM32 ；紅外測溫 ；無線(xian)傳輸
本文主要利用 STM32F103C8T6 單片機作為(wei)控制核(he)心，對人體(ti)(ti)體(ti)(ti)溫進行(xing)實時
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)模塊得(de)到實(shi)時的數字信號，之后在顯示(shi)(shi)器中(zhong)實(shi)時顯示(shi)(shi)實(shi)時體(ti)溫(wen)值(zhi)，當(dang)
體溫過高時能夠自動報警。再結合 OLED 顯示器(qi)、激(ji)光燈、蜂鳴器(qi)等輔助功能，
以提供(gong)更(geng)好(hao)的人機交互服務(wu)。該(gai)無線(xian)紅外測(ce)溫系統具有(you)簡易、可靠(kao)、精度較高、
功能(neng)多、成本較低等(deng)優(you)點。
1 研究綜述(shu)
當前溫(wen)度傳(chuan)感器根據工作原理的(de)不同主要(yao)劃分(fen)為(wei)以下(xia)幾種：
（1）熱電(dian)偶傳感(gan)器(qi)。此(ci)種傳感(gan)器(qi)的應用較為廣泛，尤(you)其(qi)是在(zai)工業生產中。
熱電(dian)偶傳感(gan)器在各種復雜的(de)工作(zuo)條件下均具(ju)有出色的(de)可靠性，測試溫度的(de)覆蓋(gai)范
圍廣，數據信號的傳輸(shu)距離(li)較長，操(cao)作方法簡單。熱(re)偶(ou)傳感器能(neng)夠通(tong)過內部結構
將溫度信(xin)息轉化為(wei)電壓(ya)信(xin)號，因此便于數據的(de)記錄和顯示(shi)。
（
2）模(mo)擬集(ji)成傳(chuan)感(gan)器(qi)。這種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的關鍵應(ying)用是一種(zhong)半導體(ti)器(qi)件硅，它(ta)是
根據集(ji)成(cheng)處理技術制(zhi)造的(de)(de)。這(zhe)種傳(chuan)感器的(de)(de)應用范圍(wei)有(you)限(xian)，但是(shi)傳(chuan)感器具有(you)很高的(de)(de)
測量(liang)精度(du)，可以進(jin)行遠(yuan)距離傳(chuan)輸(shu)。集(ji)成傳(chuan)感器的仿真和仿真相對于其他類型的傳(chuan)
感器來說體積小，耗能低，主要用于長距(ju)離測量(liang)的工況(kuang)。
（
3）光纖傳感器。這種類型的(de)傳感器可(ke)以將準確測量的(de)數據信息更改(gai)為關
閉以進行傳(chuan)輸(shu)的光信號燈。光纖(xian)線傳(chuan)感器(qi)的信號分析原(yuan)理是根據光纖(xian)線將來自光源(yuan)的光(guang)發送到解調器，以便要(yao)測(ce)量的主要(yao)參數和進(jin)入(ru)部署區域的光(guang)有效，并且光(guang)
線的電子光學特性將(jiang)發生變化。此時(shi)，修改后的光稱為數據信號光。當傳感器執
行精(jing)確的(de)測量時，根(gen)據解調器的(de)解決方(fang)案，光被導入(ru)，然(ran)后被傳輸(shu)出去。在整(zheng)個(ge)
過(guo)程中，光折射(she)的傳輸特(te)性主(zhu)要用于收集和(he)傳輸溫度數據信號。
（
4）半導(dao)體材料吸收式熱泵單元光纖線溫度傳感器。這(zhe)種類型的傳感器使
用(yong)吸收和(he)吸收半導體(ti)(ti)材料的(de)基(ji)本原理進行溫度(du)檢(jian)查。該傳(chuan)感器是溫度(du)傳(chuan)感器，可(ke)
以在高壓和強干擾信號的(de)自然環境中(zhong)使(shi)用。該系統軟件介紹了用于(yu)參考(kao)光(guang)源和光(guang)
纖通信(xin)系統的光(guang)電設備和組件。
2 紅外測(ce)溫系(xi)統設(she)計
2.1 系統性能目標(biao)
系統設計的(de)被(bei)測目標主(zhu)要是人體(ti)、日常物品(pin)、一(yi)般生產設備等(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(ji)
2.2.1 系統方(fang)案設計(ji)、比較與(yu)論(lun)證
為了方便實現(xian)本設計要求的體溫采樣，設計采用以下(xia)兩種方案：
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
轉換器(qi)，將(jiang)模擬信(xin)號轉換為數字(zi)信(xin)號，之(zhi)后，使之(zhi)能夠在顯示屏上進行顯示，使
用這種方法可(ke)以對測量的體溫信號進行顯示(shi)。
方案 2 是采用紅外測溫(wen)元件(jian)作為感溫(wen)元件(jian)。MLX90614ESF-DCI 是專用的(de)溫
度傳(chuan)感器。MLX90614ESF-DCI 投入(ru)應用多年(nian)，是工業現場最常(chang)見的紅外(wai)溫度傳(chuan)
感(gan)器(qi)，其具有測量精(jing)度高、測量分辨(bian)率高的特點。MLX90614ESF-DCI 的溫度(du)測
量范圍較寬為-40℃～ 125 ℃，測量誤差在 0.02℃。
方案 2 中使用 MLX90614ESF-DCI 傳感器芯片的測(ce)溫方案，其主(zhu)要特點是準
確度高、靈敏性(xing)好、測量速率(lv)快、頻率(lv)特性(xing)好、輸入(ru)阻抗高、輸出阻抗低、電源
范圍寬且(qie)功耗低(di)，但是成(cheng)本較(jiao)高(gao)，而方案一相對簡便，且(qie)容(rong)易(yi)實現(xian)，其(qi)精(jing)度也能
夠滿足略有不足，綜合考慮，本設計決定使用方案 2 進行體溫采樣。
硬件設計部分如下圖 1 所(suo)示，對(dui)系統的硬件基本結構(gou)進行了描述，主(zhu)要對(dui)硬
件電路(lu)(lu)中的重要電路(lu)(lu)，如(ru)單片機最小(xiao)系統、按鍵電路(lu)(lu)、無線紅外檢測電路(lu)(lu)、OLED
液晶顯示屏，藍牙(ya)電路以及蜂鳴報警電路等(deng)，從設計思路以及硬件組成上(shang)進行(xing)了(le)
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(dan)片
機，在 PC 端編制對應(ying)程序進行(xing)藍牙(ya)數(shu)據接收。STM32 單(dan)片機
聲光報警電路
OLED 液晶顯(xian)示
藍牙電路
鍵(jian)盤輸入(ru)電路
無(wu)線紅外測溫電(dian)路
圖 2-1 系統(tong)硬件結構框(kuang)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)(pian)機(ji)，該型(xing)號單片(pian)(pian)機(ji)分為了基(ji)本(ben)型(xing)以(yi)及(ji)增強型(xing)兩(liang)種，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(nei)部
擁有 32K-128K 的 8 位片內 flash，其運行時鐘最高可達可高達 36 兆赫茲，內(nei)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)些較大的設計需求(qiu)，其造價(jia)較低(di)，憑借物美(mei)價(jia)廉的優勢(shi)，占領了(le)許多市
場份(fen)額，在工(gong)業控制中，成為當之無愧的第一控制器(qi)。STM32F103C8T6 單片機
的基本參數如下表 2-4 所示(shi)[14]：
表 2-4 STM32F103C8T6 單(dan)片機的基本參數(shu)表
額定電壓
5V
額定頻率
36MHz
SRAM
6K
IO 引(yin)腳
37 個(ge)
定(ding)時器
三個 16 位定時器
ADC
10 通道 12 位 ADC
2.3.2 紅外測(ce)溫模塊
紅外測溫傳感器為比利時 Melexis 公司的 MLX90614ESF-DCI 紅外測(ce)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(lian)接圖 3 MLX90614 的引腳(jiao)定義
得益于 MLX90614 良好性能，體(ti)積小、成本低、易集成等，該(gai)傳感器應用(yong)
廣泛(fan)，如空(kong)調溫度(du)(du)感(gan)件、擋風玻璃(li)防霧應用、工業溫度(du)(du)控制、家電溫度(du)(du)控制、衛
生保健(jian)、家(jia)畜監控(kong)等。
2.3.3 無線傳輸(shu)模(mo)塊(kuai)
HC-05藍牙模(mo)塊是(shi)一種短距(ju)離無線傳輸(shu)通(tong)信。基本(ben)通(tong)訊距(ju)離在10米左右。支
持一對(dui)多(duo)的數據傳輸和(he)語音通信。大多(duo)數藍(lan)牙無線設(she)備不(bu)需要將發(fa)射器設(she)置為使(shi)
用 2.4G 頻(pin)率。這意味著不易引起跳頻(pin)、諧(xie)波、竊聽，并且具有雙向傳輸(shu)、抗干
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(you)。
本(ben)系統中，一塊作為發送模(mo)塊使用與單片機(ji)串口連接，通過對應(ying)程序控制數(shu)
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，從而實現數據無線傳(chuan)輸。
2.3.4 人(ren)機交互(hu)模(mo)塊
本設計中的人機交互模塊，主要有 OLED 顯示(shi)屏，激光指示(shi)燈，蜂(feng)鳴報警(jing)
裝(zhuang)置以及(ji)鍵盤輸(shu)入電(dian)路(lu)組成，系統中(zhong)的測溫(wen)值、發射率等(deng)參數可以實時顯示在屏
幕上(shang)，而激光指示燈主要用(yong)于瞄準；當(dang)溫度(du)超標、工(gong)作狀(zhuang)態異常時(shi)，蜂鳴器報警；
而鍵盤輸入電路(lu)則用于實現上下溫(wen)標調整，發射率選取，鏡頭縮放等工作。
2.4 系統程序(xu)設計
整個系統以(yi)主程序為基礎，另外附加多個中斷響應子程序，分別是紅外測(ce)溫
子(zi)程(cheng)(cheng)序、藍(lan)牙傳輸子(zi)程(cheng)(cheng)序、按(an)鍵處理子(zi)程(cheng)(cheng)序。其中(zhong)主程(cheng)(cheng)序主要分為以下基本結構，
即：系(xi)統的初(chu)始(shi)化，按鍵(jian)掃描，檢查是否(fou)有按鍵(jian)按下，若有按鍵(jian)按下則進行按鍵(jian)
事(shi)件(jian)處(chu)理，否(fou)則，以此進行循環，直(zhi)至有按(an)鍵(jian)按(an)下為止。按(an)鍵(jian)按(an)下后，最后將
OLED 顯示屏上(shang)的結果進行更新，實時(shi)輸出此時(shi)的人體(ti)(ti)溫(wen)度(du)；
對(dui)于(yu)按鍵處理子程序(xu)而言，首先需要對(dui)該子程序(xu)進行(xing)初始(shi)化，之(zhi)后判斷用戶(hu)
按下的(de)功能(neng)，接著再跳轉對應(ying)子程序。
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(chu)始(shi)化成(cheng)功(gong)，否(fou)則初(chu)始(shi)化失敗，
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 位進行(xing)讀取，之后(hou)，對校驗位進行(xing)檢測，
最(zui)后發送停止位，當(dang)數據正確時，返回，否則(ze)重新讀取。
藍牙的發(fa)送子程(cheng)序也較(jiao)為(wei)簡單，首先進行(xing)初始化，然后(hou)判斷其是否成功，在(zai)
通道空閑的情況(kuang)下，進行(xing)數據發(fa)送(song)。
3 紅外(wai)測溫(wen)系統(tong)測試
3.1 系(xi)統溫度測量測試
通過紅外測溫系統與 DS18B20 典型(xing)的溫度(du)(du)傳感(gan)器以及水銀溫度(du)(du)計進(jin)行(xing)人體(ti)
測溫，結果對(dui)比，從而獲取該測溫系統的相關性能(neng)指標，證明其試驗(yan)的可靠(kao)性。
在進(jin)行溫(wen)(wen)度測(ce)量的過程中，首先(xian)需(xu)要。將(jiang)與體溫(wen)(wen)無關的一(yi)些變(bian)量進(jin)行剔除(chu)，以(yi)免
干(gan)擾試(shi)驗結果(guo)。這里需要注意的是，溫傳(chuan)感器在測試(shi)過程(cheng)中(zhong)要靠近人體表(biao)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 溫度傳感器對水(shui)溫進行測量的結(jie)果
水(shui)溫測(ce)量(liang)
1
2
3
4
5
6
7
8
平均(jun)
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 溫度傳感器(qi)對水溫進行測量的結果
手肘測溫
1
2
3
4
5
6
7
8
平均
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 紅外(wai)測(ce)溫對額頭與手面進行測(ce)量的結果
紅(hong)外測溫(wen)
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(dui)(dui)比表(biao)一與表(biao)二的測量結(jie)果可以看出，紅外測溫結(jie)果對(dui)(dui)比的平均值(zhi)約為(wei)
0.01℃，可見紅(hong)外測(ce)溫系統的精度(du)相對(dui)較(jiao)(jiao)高，測(ce)量數據也較(jiao)(jiao)為可靠。對(dui)比表二表
三(san)可以發(fa)現人體不同部位(wei)的表面溫度有所不同，通常額頭(tou)的溫度與手面相比(bi)要更(geng)
高一些，尤(you)其對皮(pi)膚表面溫度(du)的測量(liang)結果，對手(shou)軸或腋下溫度(du)測量(liang)結果對比較低，
所以在(zai)人員流動過程時對額頭進行測溫，相較于(yu)手面測溫, 更(geng)具代表性(xing)。同時在(zai)測
量時可以(yi)發現，本(ben)系統(tong)的響應(ying)速度相對(dui)較(jiao)快，因此在(zai)測溫速度上也有(you)一(yi)定的實(shi)用
優勢(shi)。
3.2 無(wu)線數據傳輸測試
通過不斷的對手面溫度進(jin)行測量，并且將采集到的數據(ju)，通過藍牙(ya)發送(song)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 上位機接收藍(lan)牙數據結(jie)果
從上位機(ji)接受的藍牙(ya)數據(ju)可以看出。整個以藍牙(ya)為核(he)心的數據(ju)收(shou)發系統運行(xing)
穩定(ding)，測試結果較為(wei)準確，能夠滿足此前提(ti)出的(de)系統設計要求，同時從繪制(zhi)的(de)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(yu)紅外測
溫模塊的設計誤差符合，因此(ci)可見測量結果(guo)較為精準(zhun)。
4 結(jie)語
伴隨著半導體技(ji)術(shu)的不(bu)斷發展，傳感器技(ji)術(shu)近些年來(lai)也隨之不(bu)斷迭代。除了
傳(chuan)(chuan)統的溫(wen)度、濕(shi)度傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)，如(ru)今溫(wen)度傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)精(jing)度也是愈發精(jing)確，總而言之，傳(chuan)(chuan)感
器(qi)就是將物理(li)量通過(guo)傳感器(qi)轉換為數字量，并(bing)將該數字量通過(guo)統一格式輸送至(zhi)微
控制(zhi)器，從而實現數字世(shi)界(jie)與物理世(shi)界(jie)的(de)聯系。本文(wen)在此基礎上提出了基于
STM32F103C8T6 單(dan)片機(ji)的(de)人體(ti)體(ti)溫計。在課題設計過(guo)程(cheng)中，涉及(ji)本科(ke)期(qi)間學習(xi)
的單(dan)片(pian)機(ji)技術、自動控(kong)制原理(li)、C 語言設計、信號與接(jie)口技術等多門學科，能夠
提升(sheng)自己的(de)項目經驗，實(shi)現多門學科(ke)知識(shi)的(de)融會貫通，具有(you)一定的(de)實(shi)際意義與理
論意義。
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