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(gè)重要指標(biāo)，人體體溫過(guò)高或過(guò)低都是不健康現(xiàn)象，如何快速有效地測(cè)量人體體溫，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。目前常用的人體測(cè)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(duì)健康的判斷。針對(duì)這些情況，本文設(shè)計(jì)了一款基于STM32的人體紅外測(cè)溫系統(tǒng)，在測(cè)量人體溫度后，根據(jù)環(huán)境溫度對(duì)所測(cè)的人體溫度進(jìn)行誤差修正，提高了測(cè)量的精度。

1 人體測(cè)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(lái)完成非接觸測(cè)溫。紅外測(cè)溫的工作原理是傳感器通過(guò)接收人體表面輻射的電磁能量，再轉(zhuǎn)換成對(duì)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(duì)應(yīng)溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)環(huán)境測(cè)溫模塊采集環(huán)境溫度，處理器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，將人體溫度顯示在OLED顯示屏上?？筛鶕?jù)按鍵模塊設(shè)置溫度的上限值和下限值，超過(guò)預(yù)設(shè)值，報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。人體測(cè)溫系統(tǒng)由：STM32控制器、人體紅外測(cè)溫模塊、環(huán)境測(cè)溫模塊、OLED顯示屏、按鍵控制模塊及報(bào)警模塊組成。如圖1所示。

圖1 人體測(cè)溫系統(tǒng)組成框圖

2 紅外測(cè)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(cè)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(jiǎn)，性價(jià)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(chǔ)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(cè)溫模塊

在該模塊中采用mlx90614紅外溫度傳感器，通過(guò)該傳感器監(jiān)測(cè)人體溫度，傳感器的體積小，分辨率高，輸出數(shù)字信號(hào)，接口簡(jiǎn)單，外圍電路少，測(cè)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(cè)溫模塊

在環(huán)境測(cè)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(jiǎn)單，輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，不需外接AD轉(zhuǎn)換電路，減少了信號(hào)傳輸過(guò)程中的誤差。環(huán)境測(cè)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(gè)獨(dú)立按鍵，一個(gè)為開啟測(cè)溫鍵，另外3個(gè)為溫度誤差微調(diào)按鍵。OLED顯示屏顯示測(cè)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(bào)警模塊，每一模塊構(gòu)成一個(gè).C文件，最后再在主函數(shù)中調(diào)用每個(gè)模塊。

4 調(diào)試與結(jié)論

本文先用水銀溫度計(jì)測(cè)量水中溫度，同時(shí)用DS18B20測(cè)量水表面溫度，再用紅外測(cè)溫裝置測(cè)量水表面溫度，記錄這3個(gè)溫度值，接著改變水溫，分別再用上述3種儀器測(cè)量對(duì)應(yīng)的溫度值，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量得到一組數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)和環(huán)境溫度修正紅外測(cè)溫誤差。最后用水銀溫度計(jì)和紅外測(cè)溫裝置多次測(cè)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(guò)大量實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化溫差修正算法，進(jìn)一步提高測(cè)溫系統(tǒng)的測(cè)量精度。