目錄2-2-1引 言.........................................................-3-1.1課題研究的背景及意義 ..3-1.2數字式測溫和紅外測溫技術的發展現狀 ..4-1.3紅外測溫的特點 ..5-2系統的方案設計與論證.............................................-5-2.1單片機選擇與論證 ..5-2.2紅外傳感器選擇與論證 ..6-2.3顯示模塊選擇與論證 ..6-3系統硬件的設計...................................................-6-3.1STM32F103系列微控制器概述 ..7-3.2MLX90614紅外測溫模塊設計 ..9-3.3DS18B20溫度檢測模塊設計 ..-10-3.4LCD1602顯示模塊設計 ..-11-3.5按鍵控制模塊設計 ..-12-3.6復位電路設計 ..-13-3.7電源電路設計 ..-13-3.8報警電路設計 ..-14-3.9本章總結 ..-15-4系統的軟件設計..................................................-15-4.1主程序流程圖的設計 ..-16-4.2部分程序流程圖的設計 ..-17-4.3程序實現 ..-20-5系統調試........................................................-27-5.1系統軟件調試 ..-27-5.2系統硬件調試 ..-30-6總結............................................................-31-謝 辭 錯誤!未定義書簽。參考文獻.....................................................-32圖表清單圖3-1系統硬件電路整體框圖 ..-7-圖3-2STM32F103封裝圖 ..-8-圖3-3STM32F103引腳圖 ..-8-圖3-4STM32F103主控電路 ..-9-圖3-5MLX90614紅外測溫電路 ..-10-表3-1MLX90614引腳功能介紹 ..-10-表3-2DS18B20引腳及功能 ..-10-圖3-6DS18B20溫度檢測模塊硬件電路連接圖 ..-11-圖3-7LCD1602液晶顯示屏顯示模塊硬件電路連接圖 ..-12-圖3-8按鍵控制模塊硬件電路連接圖 ..-12-圖3-9復位電路 ..-13-3-10電源管理電路 ..-14-3-113.3V轉換電路 ..-14-3-12報警電路 ..-14-3-13整體硬件原理圖 ..-15-圖4-1主程序流程圖 ..-16-圖4-2LCD液晶顯示模塊 ..-17-圖4-3SMBus數據包組成 ..-18-圖4-4數據讀取的格式 ..-18-圖4-5MLX90614程序流程圖 ..-19-圖4-6DS18B20程序流程圖 ..-20-圖4-5程序編寫頁面 ..-21-圖5-1Proteus8.8進入頁面 ..-27-圖5-2Proteus仿真軟件操作頁面 ..-28-圖5-3基于STM32紅外測溫系統仿真圖 ..-28-圖5-4環境溫度顯示頁面 ..-29-圖5-5目標溫度顯示圖 ..-29-圖5-6報警溫度 ..-29-圖5-7蜂鳴器報警 ..-29-圖5-8AltiumDesigner16操作頁面 ..-30-圖5-9系統整體原理圖 ..-31--1-STM32摘 要:隨著我國經濟的發展，社會的進步。溫度是確定物質狀態的重要參數之一體溫是人體生命活動的基本特征，也是觀察人體機能是否正常的重要標志之一。紅外測量為測量人體溫度提供了快速，非接觸測量手段，可廣泛的應用于密集型人體體溫測量。紅外測溫技術是一門很實用和前言的技術。作此課題，有利于理論聯系實際，更好的掌握這一方面的知識體系，是對學習內容的升華，特別是對單片機控制技術的深入理解。對于自身綜合素質和工程能力的培養有重要的意義。紅外測溫儀在工業領域廣泛應用，但由于醫用紅外測溫儀的特殊要求。1989年以來，熱釋電耳道式測溫儀才成功的用于體溫測量，1991年以后該產品已經遍及歐美市場，我國在這方面起步較晚。隨著醫療技術的快速發展，人們對非接觸、快速有效測溫技術的需求越來越大，傳統的接觸式人體測溫儀已經不能滿足現代醫用領域的測溫需求。紅外測溫儀具有安全、可靠、非接觸、快速、準確、方便、壽命長等方面不可替代的優勢，己被越來越多的醫療行業認識和接受。本文通過基于STM32的紅外測溫系統設計，提供更好的建議，促進其發展。STM32；紅外測溫；設計STM32；紅外測溫；設計Designofinfraredtemperaturemeasurementsystembasedonstm32Abstract:WiththedevelopmentofChina'seconomyandsociety.Temperatureisoneoftheimportantparameterstodeterminethestateofmatter.Bodytemperatureisthebasiccharacteristicsofhumanlifeactivities,andalsooneoftheimportantsignstoobservewhetherhumanfunctionisnormal.Infraredmeasurementprovidesafast,non-contactmethodformeasuringhumanbodytemperature,whichcanbewidelyusedinintensivehumanbodytemperaturemeasurement.Infraredthermometryisaverypracticalandforewordtechnology.Itishelpfultocombinetheorywithpracticeandmastertheknowledgesystemofthisaspectbetter.Itisthedistillationof learning content, especially the in-depth understanding of MCU technology.Itisofgreatsignificanceforthecultivationofselfcomprehensivequalityandengineeringability.Infraredthermometersarewidelyusedinthe-2-industrial field, but due to the special requirements of medical thermometers.Since1989,pyroelectricearchannelthermometershavesuccessfullyusedintemperaturemeasurement.Since1991,theproductshavebeenwidelyusedinEuropeanandAmericanmarkets,andChinastartedlateinrespect.Withtherapiddevelopmentofmedicaltechnology,peopleneedmoreandmorenon-contact,fastandeffectivetemperaturemeasurementtechnology.Thetraditionalcontacthumanbodythermometercannotmeettheneedsofmodernmedicalfield.Infraredthermometerhastheirreplaceableadvantagesofsafety,reliability,non-contact,fast,accurate,convenient,longlifeandsoon.Ithasbeenrecognizedandacceptedbymoreandmoremedicalindustry.BasedonthedesignofinfraredtemperaturemeasurementsystembasedonSTM32,thispaperprovidesbettersuggestionsandpromotesitsdevelopment.STM32;infraredtemperaturemeasurementsystem;design1引 言課題研究的背景及意義由于需要尋求醫學發展，在許多情況下，普通水銀溫度計不能滿足快速和準確的溫度測量的要求，如車站和機場等人口稠密的地方進行人體溫度測量。雖然國外溫度測量技術比較成熟，但國內在這方面的技術還處于發展階段。因此，為了滿足醫學發展的需要，紅外非接觸式測溫就顯得至關重要。隨著人們生活水平的不斷提高和生活需求水平的提高，人們越來越關注自己的健標可以更好地反映人體的健康狀況，使其在醫療領域占有非常重要的地位。人體的溫度對我們是很重要的，如果沒有體溫計或者測得的溫度精度不高，那么我們對于人體健康的判斷就是模糊的、不準確的，就比如在現今的疫情防控中，如果我們不清楚人員的體溫就無法判斷這個人是否需要隔離，或者我們如果無法得到準確的體溫就可能造成錯誤隔離。所以說溫度對于我們人類來說是一個很重要的計量單位，那么如何更加高效衛生的測量溫度就出現在了我們面前。傳統的水銀體溫計在測量體溫時不僅耗時長還不衛生，要知道在使用水銀體溫計就需要與人體有一定的接觸，所以在現今的新冠病毒防疫中完全起不到任何作用。那么這時候紅外測溫的優點就體現出來了，要知-3-道紅外測溫是一種非接觸式的測溫，所以在疫情防控中可以起到很大的作用。STM32為控制核進行實時溫度采集，開發整個設計過程。紅外溫度計根據紅外溫度計的原理，通過選擇關鍵器件并自動調節溫度補償，提高了紅外溫度計的精度。本文主要概述了非接觸式人體體溫測試儀的硬件設計和軟件設計。硬件首先討論了系統的整體設計，然后討論了紅外傳感器、運算放大器、按C語言來編寫，可以使編譯速度快，運行速度高。非接觸式溫度計的設計以功能為基礎，以創新為導向，以實踐為基礎，具有廣闊的發展前景和廣泛的應用前景。通過這種設計，希望今后擴大溫度監測應用的應用范圍，提供新的思路和方法，在醫學、體育、消防、軍事訓練等領域多用廣泛。數字式測溫和紅外測溫技術的發展現狀溫度傳感器從最初的分立式發展到現在的數字式，一共經歷了三代，最新式的數字溫度傳感器相對于之前的兩代溫度傳感器有了以下技術的革新：產生雜波和波形失真和衰減的弊病，可以實現更好的穩定性和可靠性。高的安全性。速，電路運行相對穩定可靠。同時數字式溫度傳感器也面臨需要進一步解決的一些問題，例如經過A/D轉換電數字式溫度傳感器的性能將進一步大大提高，廣泛應用于更多的領域。是紅外測溫的工作原理。20出現，紅外傳感器日益小型化、智能化和數字化，擁有了很多無可比擬的優點：體溫度的測量，這樣可以避免影響到待測物體的溫場熱平衡，防止污染和干擾。-4-1°C可以實現在未完全達到熱平衡的條件下快速精準測溫。的地方測量溫度數據，大大保障了人員的安全。雖然紅外測溫技術已經越來越成熟，但是目前仍然存在一些技術上的難點，這也是今后紅外測溫的重要發展方向，例如紅外測溫數據易受距離、角度、環境、物體反射率、厚度等相關因素的影響，只能測量物體的外部溫度，如何更好的實現溫度的補償都是亟待解決的關鍵問題。紅外測溫的特點紅外測量體溫是通過接收人體紅外線能量的大小來判定溫度的大小，通過紅外傳感器測采集的信息，傳輸到微處理器，進行處理，最終轉換成溫度在顯示模塊上顯示。因此紅外測溫具有下列優點人體造成傷害。范圍會比較廣。收到紅外輻射開始，能很快完成測溫。準確度高：紅外測溫不會破壞物體本身的溫度分布，所以測量精度高。體積小，便于攜帶。2系統的方案設計與論證單片機選擇與論證方案一：使用80C51單片機為本系統的核心控制器，它有8位CPU，4KBROM存儲空間，128BRAM存儲空間，單一+5V供電；不具備自編程能力，即在系統程序調試時，程序錯誤的修改或程序新增功能的增加時，需要多次拔插芯片，因此會對芯片造成一定程度的損壞。-5-STM32F103ARMCortex-M3512KB的高Flash312bitADC，1212bitDAC，有多1116bitPWM高。STM32F103ADCSTM32F103部件。紅外傳感器選擇與論證于工業方面的傳感器。方案二：使用熱電堆紅外傳感器MLX90614，MLX90614是一款用于非接觸式的紅外溫度傳感器，集成了紅外探測熱電堆芯片與信號處理專用集成芯片，全部封裝在TO-39。低噪聲放大器、17ADCDSP精度，高分辨率的測量。MLX90614靈敏度，以及較小的熱慣性，所以適用于醫學測溫，故選方案二。顯示模塊選擇與論證LED數碼管顯示。LED長可以用于所有數字參數的顯示。LCD160232個字符。方案一中數碼管，電路復雜顯示的信息也沒有方案二多，但是方案二中液晶顯示屏顯示信息量大，而且更加美觀，同時它的功耗和尺寸都很小。在本系統中需要的顯示的信息量要稍大一些，而且要更加直接，故而選擇方案二LCD1602液晶顯示屏顯示。系統硬件的設計本課題擬以STM32單片機為控制核心，由紅外線傳感器、電源、溫度傳感器、單-6-LCDSTM32控制器；環境溫度傳感器測量環境溫度，并在STM32STM323-1所示。圖表13-1系統硬件電路整體框圖STM32F103STM32ARMCortex-M332個不同的系列：STM32L超低耗型，STM32F105STM32F107增強型，STM32F102USB基本型，STM32F101基本型，STM32F100超值型[4]。在本次設計中，采用的是STM32F103。STM32F103系列增強型微控制器采用的是32ARMCortex-M3RISC集成的系統部件、靈活的硬件配置、快速的系統調試和簡易的軟件編程，Cortex-M3理器是嵌入式系統的理想解決方案[5]STM32F103XX系列微控制器配置非常強大，擁112I/O312ADC、316TIC、SPI同步串行的接口、USARTUSB全速的接口等各種標準通信接口[6]I/O18MHZ3-2ARMCortex-M3STM32F103系列微控制器的外觀(LQFPIOO）3-3STM32F103的引腳圖。-7-圖表2圖3-2 STM32F103封裝圖圖表33-3STM32F103-8-3-4STM32F103I/O端口，還有內置的定時器。因此可以用簡單的電路來實現復雜的功能。圖表43-4STM32F103MLX90614MLX90614紅外溫度傳感器不僅性能出眾，而且設計簡單。它支持兩線串行通信協議，TO-39串行時鐘信號輸入電源）接地）管腳，四個管腳的功能描述如表3-1所示。MLX90614有箝位二極管，連接在SDA/SCL和VCC之間，以提供給MLX90614SMBus3-5SCLSDAPB1PB0相連接，為了進一步提高管腳的驅動能力和保證信號的穩定，對傳感器以上兩個管腳都選擇了上拉處理。-9-圖表53-5MLX90614VSSVDDPWM/SDA

作用接地端，接傳感器的金屬殼電源接入端數字輸入與輸出。正常情況下，可在此讀出PWM制式的目標溫度，在SMBus模式下，默認為集電極開路狀態。SCL/VZ 雙線通信協議中的串行時鐘輸入。圖表63-1MLX90614DS18B20與傳統熱敏電阻等部件相比，DS18B20溫度傳感器可以直接讀取測量的溫度。DS18B203線制與單片機相連，所測量溫度的范圍在-55℃~125℃。DS18B20DQPB113-2DS18B20各個管腳及功能。DS18B20溫度檢測模塊硬件電路連接圖如圖3-6所示。引腳名稱GNDDQVCC

引腳功能接地單線操作的數據輸入/輸出接電源，此引腳必須接地圖表73-2DS18B20-10-圖表83-6DS18B20LCD1602LCD160216LCD1602更多的顯示內容。它的三個控制引腳分別是RS控制其內部數據寄存器和指令寄存器的選擇，RW控制讀操作或寫操作，ENLCD1602使能端，下降沿有效，低電平觸發片選信號。LCD1602D0～D7I/OI/O口內部沒有上拉10KΩPD1~PD3RS、、ENLCD1602RV1BLKBLALCD16023-7所示。-11-圖表93-7LCD1602按鍵控制模塊設計43STM32F103PC13、PC1、PA0端口相連，按鍵控制模塊硬件電3-8所示。圖表103-8按鍵控制模塊硬件電路連接圖對以上3個按鍵作簡要說明：KEY1——減鍵/日期查看鍵；KEY2——加鍵/測溫停止鍵；KEY3——選擇鍵/測溫啟動鍵；-12-KEY（選擇鍵/測溫啟動鍵：在時間信息設置模式下，按下KEY3根據具體要使光標移動到哪個地方來決定按下獨立按鍵的次數；在測溫模式下，按下KEY（此時為測溫啟動鍵，表示測溫開始。KEY（加鍵/測溫停止鍵KEY2KEY2停止測溫。KEY（減鍵/日期查看鍵KEY1KEY1進行時間信息設置的減操作；復位電路設計只有在低電平的條件下，STM323-9圖表113-9復位電路電源電路設計整個系統的能量都是由電源提供的，可以說電源模塊就是整個系統的心臟。在本次STM32F1035V3.3V3-105VLCD16025V3-113.3VST32F103AMS1117-33.3V轉換芯片。-13-圖表123-10電源管理電路圖表133-113.3V報警電路設計會使工作更加便捷。圖表143-12報警電路-14-本章總結本章主要描述了硬件方面的設計，采用主控芯片 STM32F103 作為微控制器；MLX90614和DS18B20來做為測溫電路，其中前者通過紅外測量目標溫度，后者測環境溫度由于MLX90614是高度集成的所以本系統中不需要信號調理電路作為顯示模塊顯示所需要的數據并且根據不同器件不同的工作電壓設計了5V和的觀點電路。下圖圖3-13為整體硬件原理圖。圖表153-13整體硬件原理圖系統的軟件設計要想實現紅外測溫系統的設計光有硬件是不夠的，還必須有軟件的輔助。軟件的設計跟硬件一樣也是分模塊進行，分成各個模塊便于程序的調試。寫成各個子程序，然后在主程序中調用各個子程序，來實現各部分的功能。-15-主程序流程圖的設計STM32I/OMLX90614DS18B20溫度傳感器的初始LCD1602有按下則回到上一步繼續判斷，如果有按鍵按下，則開始測溫，如果接收到測溫指令，則開始紅外測溫，反之回到第一步繼續判斷，然后如果得到所需數據，則計算出溫度并LCD1602上顯示出來，以此循環。主程序流4-1所示。圖表164-1主程序流程圖-16-部分程序流程圖的設計LCD1602顯示模塊、MLX90614塊、DS18B20溫度檢測模塊。首先介紹的是LCD1602的流程圖設計，其流程圖如下圖圖4-2所示。圖表174-2LCDMLX90614紅外傳感器，與標準的SMBus11條指令不同，MLX90614只支持其中的兩條。MLX90614的總線協議為：SD在每接收到8位數據之后，都會反饋發送一個ACK或NACKMDSD會反饋一個ACKSD-17-若SD有反饋NACKPECNACK需試著再發送數PEC碼的計算包含STARTREPEATEDSTARTSTOPACK和NACKPEC是CRC-8的校驗碼，多項式為X8+X2+X1+1。數據傳輸中，總是先傳輸字節的最高位。圖4-3為SMBus數據包組成，圖4-4為數據讀取的格式。圖表184-3SMBus圖表194-4數據讀取的格式MLX90614的程序流程圖如圖4-5，先對MLX90614進行初始化，然后微控制器STM32SMBusRAM里的數據進行讀取，最后通過相關公式轉換成-18-攝氏溫度的數據，公式如下：T(℃)=RAM(DataH：DataL)×0.02—273.15圖表204-5MLX90614DS18B20MCUROM指令、寫溫DS18B20STM32微控制器對得到的數據進行處理，得到所需數據。具體流程如圖4-6所示。-19-圖表214-6DS18B20程序實現KeiluVision5CProteus仿真中uVision5編程軟件時，可以不分模塊把所-20-圖4-5所示。圖表224-5程序編寫頁面本系統的主函數程序如下所示。#include"stm32f10x.h"#include"delay.h"#include"usart.h"#include"LCD1602.h"#include"led.h"#include"adc.h"#include"timer.h"#include<stdio.h>#include<math.h>doubleTemperature,OldTemperature;//測量溫#defineAlarmTemperature38 //報警溫度char*buff;unsignedcharcnt;voidCleanBuffer(void){unsignedchari;for(i=0;i<sizeof(buff);i++){buff[i]=0;-21-}}intmain(void){delay_init();位響應優先級{

NVIC_Configuration();//NVIC2：2位搶占優先級，2Init_LEDpin();LCD_init();Adc_Init();TIM3_Int_Init(799,99);sprintf(buff,"%4d-%2d-%2d",Year,Month,Day);LCD_write_string(1,2,buff);CleanBuffer();while(1)Temperature=(float)Get_Adc_Average(1,5)/163.84+20;if(OldTemperature!=Temperature){OldTemperature=Temperature;flash=1;if(OldTemperature>=AlarmTemperature)LED1=0;else}if(flash==1){

LED1=1;flash=0;-22-ure);

sprintf(buff,"%2d:%2d:%2d %2.1fC",Hour,Minute,Seconde,OldTemperatLCD_write_string(1,1,buff);CleanBuffer();}if(flash==2){flash=0;sprintf(buff,"%4d-%2d-%2d",Year,Month,Day);LCD_write_string(1,2,buff);CleanBuffer();}}}//定時器3中斷服務程序voidTIM3_IRQHandler(void) //TIM3中斷{if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!=RESET) //TIM3中斷發生與否{TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update );//TIMxcnt++;if(cnt>=100){cnt=0;Seconde++;sprintf(buff,"%2d:%2d:%2d%2.1fC",Hour,Minute,Seconde,OldTemperature);LCD_write_string(1,1,buff);CleanBuffer();if(Seconde>=60){Seconde=0;-23-Minute++;flash=1;if(Minute>=60){Minute=0;Hour++;flash=1;if(Hour>=24){Hour=0;Day++;sprintf(buff,"%4d-%2d-%2d",Year,Month,Day);LCD_write_string(1,2,buff);CleanBuffer();flash=2;switch(Month){case1:case3:case5:case7:case8:case10:case12:{{if(Day>31)Day=0;Month++;flash=2;if(Month>12){Month=1;-24-Year++;flash=2;}}}break;case4:case6:case9:case11:{if(Day>30){Day=0;Month++;flash=2;if(Month>12){Month=1;Year++;flash=2;}}}break;case2:{if(((Year%4==0)&&(Year%100!=0))||Year%400==0){if(Day>29){Day=1;Month++;-25-flash=2;if(Month>12){Month=1;Year++;flash=2;}}}else{if(Day>28){Day=1;Month++;flash=2;if(Month>12){Month=1;Year++;flash=2;}}}}break;}}}}}}}-26-系統調試系統軟件調試本次設計選用的是ProteusProteusProteus功能比較CProteus的設計理念和設計方式都非常的合理先進，受到了許多單片機學習者、愛好者的青睞，收獲了眾多好評，它的設計成功打破了仿真軟件的局限性。該軟件能兼容其他許多文件，并且集融合電路仿真、PCB虛擬模型仿真于一體而成為了全球炙手可熱的仿真設計平臺。由于本次設計使用的是STM32proteus仿真軟件已經不能滿足此次仿真的需求，通過查詢資料發現，proteus8.8STM32Proteus8.8。由于Proteus8.8Proteus8.8進5-1所示。圖表235-1Proteus8.8在進行仿真之前需要新建工程，之后在元器件庫里面查找自己所需要的元器件，再-27-uVision5編譯生成的STM32F103單片機中，實現所需功能。Proteus8.8所示。圖表245-2Proteus下面將對每個功能模塊的軟件調試情況做一個簡要介紹。系統在正常工作時，LCD1602第一行顯示時間和溫度，第二行顯示日期年、月、日如圖5-3所示。圖表255-3基于STM32-28-環境溫度仿真在按下紅外測溫開始按鍵前，LCD1602顯示的是環境溫度和時間日期，此時就是DS18B20將所測得的環境溫度顯示到液晶顯示屏上，圖5-4即為所測得的環境溫度。圖表265-4環境溫度顯示頁面目標溫度仿真當按下測溫開始按鍵時，單片機接收到紅外測溫開始命令即開始紅外測溫，此時就是MLX90614在進行工作，將得到的目標溫度顯示到LCD1602上如圖5-5所示。圖表275-5目標溫度顯示圖（3）報警溫度實現38385-65-7即為蜂鳴器。圖表28圖5-6報警溫度 圖表29圖5-7蜂鳴器報警在進行軟件調試時，就是將程序和仿真相結合，通過仿真來驗證程序的可行性。在軟件調試過程中，遇到的問題和對策有：LCD16020。因為是可以正常顯示的，所以說明-29-STM32在仿真時不能快速的輸入指令，其仿真速度較緩慢。在慢慢仿真后，問題消失。按鍵方面，在硬件設計時沒有上拉電阻，正常情況下不需要上拉電阻，但是在仿的控制。38常報警，問題解決。系統硬件調試ProteusAltiumDesigner16畫圖軟件來完成硬件部分的設計。AltiumDesigner16PCB板的5-8所示。圖表305-8AltiumDesigner16在本次設計中，有些元件在AD16AD-30-件繪制出來，然后在原理圖繪制頁面調用相應的元件，這樣就可以完成繪制了。最后只需要按照設計好的電路，完成原理圖的繪制。系統的整體原理圖如圖5-9所示。圖表315-9系統整體原理圖STM32F103MLX90614DS18B20LCD1602在擁有電源管理，整個系統無法正常工作形成回路。通過對資料的查詢，發現在本次設計中需要不同的工作電壓，比如STM323.3V電壓下工作的，而LCD16025V3.3V轉換電路，以達到為不同模塊提供不同工作電壓的目的。本次設計中按鍵電路是不需要上拉電阻的，但是LCD160210千歐的上拉電阻。MLX90614DS18B20是為了防止環境溫度過高對紅外測溫產生影響，因STM32系列單片機具有良好的數據處理功能，所以可以通過環境溫度與目標溫度的對比實現更精確的測溫。總結為了實現本次的畢業設計，我搜集了大量的文獻與資料，通過這些資料了解到紅外-31-STM32做為主STM3