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基于STM32的红外测温系统设计.pdf
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目 录
中文摘要 ............................................................ - 2 -
英文摘要 ............................................................ - 2 -
1 引 言 ......................................................... - 3 -
1.1 课题研究的背景及意义.............................................. - 3 -
1.2 数字式测温和红外测温技术的发展现状................................ - 4 -
1.3 红外测温的特点 .................................................... - 5 -
2 系统的方案设计与论证 ............................................. - 5 -
2.1 单片机选择与论证.................................................. - 5 -
2.2 红外传感器选择与论证.............................................. - 6 -
2.3 显示模块选择与论证................................................ - 6 -
3 系统硬件的设计 ................................................... - 6 -
3.1 STM32F103 系列微控制器概述 ....................................... - 7 -
3.2 MLX90614 红外测温模块设计 ........................................ - 9 -
3.3 DS18B20 温度检测模块设计 ........................................- 10 -
3.4 LCD1602 显示模块设计 ............................................ - 11 -
3.5 按键控制模块设计................................................. - 12 -
3.6 复位电路设计 ..................................................... - 13 -
3.7 电源电路设计 ..................................................... - 13 -
3.8 报警电路设计 ..................................................... - 14 -
3.9 本章总结 ......................................................... - 15 -
4 系统的软件设计 .................................................. - 15 -
4.1 主程序流程图的设计............................................... - 16 -
4.2 部分程序流程图的设计............................................. - 17 -
4.3 程序实现......................................................... - 20 -
5 系统调试 ........................................................ - 27 -
5.1 系统软件调试..................................................... - 27 -
5.2 系统硬件调试..................................................... - 30 -
6 总结 ............................................................ - 31 -
谢 辞 ................................................ 错误!未定义书签。
参 考 文 献 ..................................................... - 32 -
图表清单
图 3-1 系统硬件电路整体框图 .......................................... - 7 -
图 3-2 STM32F103 封装图 ............................................ - 8 -
图 3-3 STM32F103 引脚图 ............................................. - 8 -
图 3-4 STM32F103 主控电路 ........................................... - 9 -
图 3-5 MLX90614 红外测温电路 ........................................ - 10 -
表 3-1 MLX90614 引脚功能介绍 ........................................ - 10 -
表 3-2 DS18B20 引脚及功能 ............................................ - 10 -
图 3-6 DS18B20 温度检测模块硬件电路连接图 ........................... - 11 -
图 3-7 LCD1602 液晶显示屏显示模块硬件电路连接图..................... - 12 -
图 3-8 按键控制模块硬件电路连接图 ................................... - 12 -
图 3-9 复位电路 ...................................................... - 13 -
图 3-10 电源管理电路 ................................................. - 14 -
图 3-11 3.3V 转换电路................................................. - 14 -
图 3-12 报警电路 ..................................................... - 14 -
图 3-13 整体硬件原理图 ............................................... - 15 -
图 4-1 主程序流程图 ................................................. - 16 -
图 4-2 LCD 液晶显示模块............................................. - 17 -
图 4-3 SMBus 数据包组成............................................. - 18 -
图 4-4 数据读取的格式 ................................................ - 18 -
图 4-5 MLX90614 程序流程图 .......................................... - 19 -
图 4-6 DS18B20 程序流程图 ............................................ - 20 -
图 4-5 程序编写页面 ................................................. - 21 -
图 5-1 Proteus8.8进入页面 ............................................ - 27 -
图 5-2 Proteus仿真软件操作页面....................................... - 28 -
图 5-3 基于 STM32 红外测温系统仿真图 ................................ - 28 -
图 5-4 环境温度显示页面 ............................................. - 29 -
图 5-5 目标温度显示图 ............................................... - 29 -
图 5-6 报警温度 ...................................................... - 29 -
图 5-7 蜂鸣器报警 .................................................... - 29 -
图 5-8 Altium Designer 16操作页面 ..................................... - 30 -
图 5-9 系统整体原理图 ............................................... - 31 -
- 1 -
基于 STM32 的红外测温系统设计
摘 要:
随着我国经济的发展,社会的进步。温度是确定物质状态的重要参数之一,
体温是人体生命活动的基本特征,也是观察人体机能是否正常的重要标志之
一。红外测量为测量人体温度提供了快速,非接触测量手段,可广泛的应用
于密集型人体体温测量。红外测温技术是一门很实用和前言的技术。作此课
题,有利于理论联系实际,更好的掌握这一方面的知识体系,是对学习内容
的升华,特别是对单片机控制技术的深入理解。对于自身综合素质和工程能
力的培养有重要的意义。红外测温仪在工业领域广泛应用,但由于医用红外
测温仪的特殊要求。1989 年以来,热释电耳道式测温仪才成功的用于体温测
量,1991 年以后该产品已经遍及欧美市场,我国在这方面起步较晚。随着医
疗技术的快速发展,人们对非接触、快速有效测温技术的需求越来越大,传
统的接触式人体测温仪已经不能满足现代医用领域的测温需求。红外测温仪
具有安全、可靠、非接触、快速、准确、方便、寿命长等方面不可替代的优
势,己被越来越多的医疗行业认识和接受。本文通过基于 STM32 的红外测温
系统设计,提供更好的建议,促进其发展。
关 键 词 :
STM32;红 外 测 温 ; 设计
Design of infrared temperature measurement
system based on stm32
Abstract:
With the development of China's economy and society. Temperature is one of the
important parameters to determine the state of matter. Body temperature is the
basic characteristics of human life activities, and also one of the important signs to
observe whether human function is normal. Infrared measurement provides a fast,
non-contact method for measuring human body temperature, which can be widely
used in intensive human body temperature measurement. Infrared thermometry is a
very practical and foreword technology. It is helpful to combine theory with
practice and master the knowledge system of this aspect better. It is the distillation
of learning content, especially the in-depth understanding of MCU control
technology. It is of great significance for the cultivation of self comprehensive
quality and engineering ability. Infrared thermometers are widely used in the
- 2 -
industrial field, but due to the special requirements of medical infrared
thermometers. Since 1989, pyroelectric ear channel thermometers have been
successfully used in temperature measurement. Since 1991, the products have been
widely used in European and American markets, and China started late in this
respect. With the rapid development of medical technology, people need more and
more non-contact, fast and effective temperature measurement technology. The
traditional contact human body thermometer can not meet the needs of modern
medical field. Infrared thermometer has the irreplaceable advantages of safety,
reliability, non-contact, fast, accurate, convenient, long life and so on. It has been
recognized and accepted by more and more medical industry. Based on the design
of infrared temperature measurement system based on STM32, this paper provides
better suggestions and promotes its development.
Keywords:
STM32; infrared temperature measurement system; design
1 引 言
1.1 课题研究的背景及意义
由于需要寻求医学发展,在许多情况下,普通水银温度计不能满足快速和准确的温
度测量的要求,如车站和机场等人口稠密的地方进行人体温度测量。虽然国外温度测量
技术比较成熟,但国内在这方面的技术还处于发展阶段。因此,为了满足医学发展的需
要,红外非接触式测温就显得至关重要。
随着人们生活水平的不断提高和生活需求水平的提高,人们越来越关注自己的健
康,而体温、血压、脉搏和呼吸是一种重要参数确定人体健康,监测和测量这些生理指
标可以更好地反映人体的健康状况,使其在医疗领域占有非常重要的地位。
人体的温度对我们是很重要的,如果没有体温计或者测得的温度精度不高,那么我
们对于人体健康的判断就是模糊的、不准确的,就比如在现今的疫情防控中,如果我们
不清楚人员的体温就无法判断这个人是否需要隔离,或者我们如果无法得到准确的体温
就可能造成错误隔离。所以说温度对于我们人类来说是一个很重要的计量单位,那么如
何更加高效卫生的测量温度就出现在了我们面前。传统的水银体温计在测量体温时不仅
耗时长还不卫生,要知道在使用水银体温计就需要与人体有一定的接触,所以在现今的
新冠病毒防疫中完全起不到任何作用。那么这时候红外测温的优点就体现出来了,要知
- 3 -
道红外测温是一种非接触式的测温,所以在疫情防控中可以起到很大的作用。
本设计主要围绕体温的生理指标,以 STM32 为控制核进行实时温度采集,开发整
个设计过程。红外温度计根据红外温度计的原理,通过选择关键器件并自动调节温度补
偿,提高了红外温度计的精度。本文主要概述了非接触式人体体温测试仪的硬件设计和
软件设计。硬件首先讨论了系统的整体设计,然后讨论了红外传感器、运算放大器、按
键电路、数据处理、显示部分等功能模块的讨论,并详细介绍了每个芯片的结构和功能,
使系统具有良好的稳定性。软件使用 C 语言来编写,可以使编译速度快,运行速度高。
非接触式温度计的设计以功能为基础,以创新为导向,以实践为基础,具有广阔的发展
前景和广泛的应用前景。通过这种设计,希望今后扩大温度监测应用的应用范围,提供
新的思路和方法,在医学、体育、消防、军事训练等领域多用广泛。
1.2 数字式测温和红外测温技术的发展现状
温度传感器从最初的分立式发展到现在的数字式,一共经历了三代,最新式的数字
温度传感器相对于之前的两代温度传感器有了以下技术的革新:
(1) 数字温度传感器的信号是经过滤波和增益放大的,所以它克服了普通信号中易
产生杂波和波形失真和衰减的弊病,可以实现更好的稳定性和可靠性。
(2) 数字温度传感器的信号是经过加工的,方便计算机的处理和存储,同时具有更
高的安全性。
(3) 数字温度传感器采用的是数字信号处理集成电路,体积很小,对温度的响应迅
速,电路运行相对稳定可靠。
同时数字式温度传感器也面临需要进一步解决的一些问题,例如经过 A/D 转换电
路,对转换芯片的抗干扰性、转换精度和校零技术都有很高的要求。随着技术的进步,
数字式温度传感器的性能将进一步大大提高,广泛应用于更多的领域。
红外形式辐射的能量的大小和这个物体的表层温度的高低有重要的关系,因此通过
测量物体红外辐射出来的能量就可以根据换算公式精准的计算出物体的表面温度,这就
是红外测温的工作原理。
进入 20 世纪以来的几十年间,在前人的理论基础之上,红外辐射和红外测 量技术
日臻完善。红外探头、红外测温传感器、红外气体传感器等大量红外检测器件设备不断
出现,红外传感器日益小型化、智能化和数字化,拥有了很多无可比拟的优点:
a. 非接触式红外测温传感器可以在不直接接触到待测物体的情况下实现对这一物
体温度的测量,这样可以避免影响到待测物体的温场热平衡,防止污染和干扰。
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