基于STM32的红外体温计设计

基于STM32的红外体温计设计

摘要

随着科技的发展和人们生活水平的提高，非接触式红外测温技术在医疗、公共卫生、安全监控等领域得到了广泛应用。特别是在新冠疫情期间，红外体温计成为了不可或缺的防疫工具。本文设计并实现了一款基于STM32单片机的红外体温计，通过集成OLED显示屏、蓝牙通信模块、按键输入及蜂鸣器报警等功能，旨在提高测温效率并降低交叉感染的风险。本系统采用非接触式红外测温技术，实现了对人体温度的快速、准确测量，适用于多种场景。

1. 引言

1.1 课题研究背景

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。传统接触式体温计，如水银体温计和电子体温计，存在测量时间长、易交叉感染等缺点。红外测温技术以其非接触、快速、准确等优势，逐渐成为体温测量的主流方法。特别是在医疗领域，红外体温计的应用越来越广泛。

1.2 国内外研究现状

在国外，高精度电子体温计和红外体温计已经广泛应用于高精度的医学领域和科研项目。然而，这些高精度体温计价格较高，难以普及到普通用户。在国内，随着电子技术的发展，红外体温计逐渐普及，但仍存在测温精度、功能扩展性等方面的问题。

1.3 主要研究内容

本文设计了一款基于STM32单片机的红外体温计，主要包括硬件选型、软件设计、系统测试与优化等内容。硬件部分包括STM32单片机、MLX90614红外测温模块、OLED显示屏、蓝牙HC-05模块、按键及蜂鸣器等。软件部分则涉及系统初始化、温度测量、温度显示、蓝牙通信、按键设置及报警功能等。

2. 系统设计

2.1 系统总体架构

本系统主要由STM32单片机、MLX90614红外测温模块、OLED显示屏、蓝牙HC-05模块、按键及蜂鸣器等组成。STM32单片机作为主控芯片，负责数据处理和控制；MLX90614红外测温模块负责测量目标物体的温度；OLED显示屏用于实时显示测量温度和设定的温度上限值；蓝牙HC-05模块负责将温度数据无线传输到手机APP，实现远程监控；按键用于设置温度上限值；蜂鸣器用于温度异常时的报警提示。

2.2 硬件选型

2.3 硬件电路设计

2.3.1 STM32单片机最小系统电路

STM32单片机最小系统电路包括电源电路、复位电路、晶振电路及必要的去耦电容等。通过配置STM32单片机的时钟、I/O端口等硬件资源，实现系统的基础功能。

2.3.2 MLX90614红外测温模块接口电路

MLX90614红外测温模块通过I2C接口与STM32单片机进行通信。接口电路包括SCL时钟线和SDA数据线，以及必要的上拉电阻和滤波电容等。

2.3.3 OLED显示屏驱动电路

OLED显示屏通过I2C接口与STM32单片机进行通信。驱动电路包括OLED显示屏的电源电路、显示驱动电路及必要的去耦电容等。

2.3.4 蓝牙HC-05模块通信电路

蓝牙HC-05模块通过UART接口与STM32单片机进行通信。通信电路包括TX发送线、RX接收线及必要的去耦电容等。

2.3.5 按键与蜂鸣器控制电路

按键与蜂鸣器通过GPIO引脚与STM32单片机连接。控制电路包括按键的去抖动处理及蜂鸣器的驱动电路等。

3. 软件设计

3.1 开发环境搭建

搭建适合开发STM32单片机的集成开发环境(IDE)，如STM32CubeIDE或Keil uVision。确保环境配置正确，并将单片机相关的驱动库导入项目。

3.2 系统初始化

编写系统初始化代码，包括STM32单片机的时钟配置、I/O端口配置、I2C接口配置等。确保系统各模块能够正常工作。

3.3 MLX90614驱动

编写MLX90614的初始化函数和数据读取函数，实现温度的准确测量。通过I2C接口读取MLX90614的温度数据，并将其转换为实际温度值。

3.4 OLED显示驱动

编写OLED显示屏的初始化函数和显示函数，实时显示温度和设定值。通过I2C接口向OLED显示屏发送显示数据，实现温度的实时显示。

3.5 蓝牙通信

编写蓝牙HC-05模块的初始化函数和数据发送函数，实现温度数据的无线传输。通过UART接口将温度数据发送到蓝牙模块，再通过蓝牙模块将数据无线传输到手机APP。

3.6 按键处理与报警逻辑

编写按键扫描函数和报警处理函数，实现温度上限值的设置和温度异常时的报警功能。通过GPIO引脚读取按键状态，并根据按键输入设置温度上限值。当测量温度超过设定的上限值时，控制蜂鸣器发出报警声。

3.7 主程序流程

主程序流程包括系统初始化、温度测量、温度显示、蓝牙发送、按键扫描与报警处理等。系统启动后，首先进行系统初始化，然后进入主循环，依次执行温度测量、温度显示、蓝牙发送、按键扫描与报警处理等功能。

4. 系统测试与优化

4.1 单独模块测试

对各个模块进行单独测试，确保每个模块都能正常工作。包括MLX90614红外测温模块的温度测量精度测试、OLED显示屏的显示测试、蓝牙HC-05模块的通信测试等。

4.2 系统集成测试

进行系统集成测试，验证整个系统的功能和性能。包括温度测量的准确性、显示实时性、蓝牙通信稳定性、按键响应速度及报警功能等。

4.3 系统优化

根据测试结果对系统进行优化和改进，提高测量的准确性和稳定性。包括算法优化、硬件调整及软件逻辑改进等。例如，通过调整滤波算法提高温度测量的稳定性；通过优化蓝牙通信协议提高数据传输的可靠性等。

5. 结论与展望

5.1 结论

本文设计并实现了一款基于STM32单片机的红外体温计，通过集成OLED显示屏、蓝牙通信模块、按键输入及蜂鸣器报警等功能，实现了对人体温度的快速、准确测量。系统具有测量准确、操作便捷、可远程监控等优点，可广泛应用于医疗、公共卫生、安全监控等领域。

5.2 展望

未来可以进一步优化系统性能，提高测温速度和精度，以满足更多场景的需求。例如，可以增加人脸识别功能，实现自动识别和测温；可以优化蓝牙通信协议，提高数据传输的实时性和稳定性；可以降低系统功耗和成本，提高产品的市场竞争力。同时，可以探索红外测温技术在其他领域的应用前景，推动红外测温技术的普及和发展。

基于STM32的红外体温计设计的详细代码涉及多个部分，包括初始化STM32单片机、驱动MLX90614红外测温模块、OLED显示屏显示、蓝牙HC-05模块通信以及按键处理和报警逻辑等。由于篇幅和复杂性，这里提供一个简化的框架和关键代码片段，帮助您开始设计。

1. 系统初始化

首先，需要初始化STM32单片机的各个模块，包括时钟、I/O端口、I2C接口等。

// 假设使用STM32F103系列单片机  
void SystemInit() {  
    // 初始化时钟系统  
    // 初始化I/O端口  
    // 初始化I2C接口  
    // ...  
}

MLX90614_ReadTempData() 和 MLX90614_CalcTemp() 是与MLX90614通信并计算温度的函数，需要根据MLX90614的数据手册实现。

#include "mlx90614.h"  
  
float ReadTemperature() {  
    uint16_t tempRaw;  
    float temperature;  
  
    // 通过I2C读取MLX90614的温度原始数据  
    tempRaw = MLX90614_ReadTempData();  
  
    // 将原始数据转换为温度值  
    temperature = MLX90614_CalcTemp(tempRaw);  
  
    return temperature;  
}

3. OLED显示屏显示

通过I2C接口向OLED显示屏发送显示数据。

#include "oled.h"  
  
void DisplayTemperature(float temperature) {  
    char buf[16];  
  
    // 将温度转换为字符串  
    sprintf(buf, "Temp: %.2f C", temperature);  
  
    // 在OLED显示屏上显示温度  
    OLED_DisplayString(0, 0, buf);  
}

OLED_DisplayString() 是向OLED显示屏发送显示数据的函数，需要根据OLED显示屏的驱动库实现。

4. 蓝牙HC-05模块通信

通过UART接口将温度数据发送到蓝牙模块。

#include "usart.h"  
  
void SendTemperatureViaBluetooth(float temperature) {  
    char buf[16];  
  
    // 将温度转换为字符串  
    sprintf(buf, "%.2f", temperature);  
  
    // 通过蓝牙发送温度数据  
    USART_SendString(USART1, buf);  
}

USART_SendString() 是通过UART接口发送数据的函数，需要根据STM32的USART库实现。

5. 按键处理与报警逻辑

处理按键输入，并在温度超过设定值时触发报警。

#include "gpio.h"  
  
void KeyScanAndAlarm(float temperature, float threshold) {  
    static uint8_t keyPressed = 0;  
  
    // 扫描按键状态  
    if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_0) == Bit_RESET) {  
        // 按键被按下，设置温度阈值  
        threshold = 37.5; // 示例：设置温度阈值为37.5度  
        keyPressed = 1;  
    }  
  
    // 检查温度是否超过阈值  
    if (temperature > threshold && keyPressed) {  
        // 触发报警  
        GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8); // 假设蜂鸣器连接在GPIOB的Pin_8  
    } else {  
        // 关闭报警  
        GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_8);  
    }  
}

6. 主程序流程

将以上各部分组合在一起，形成主程序流程。

int main(void) {  
    float temperature;  
    float threshold = 37.0; // 初始温度阈值  
  
    SystemInit(); // 初始化系统  
    MLX90614_Init(); // 初始化MLX90614  
    OLED_Init(); // 初始化OLED显示屏  
    USART_Init(); // 初始化UART接口（蓝牙）  
    GPIO_Init(); // 初始化GPIO（按键和蜂鸣器）  
  
    while (1) {  
        temperature = ReadTemperature(); // 读取温度  
        DisplayTemperature(temperature); // 显示温度  
        SendTemperatureViaBluetooth(temperature); // 通过蓝牙发送温度  
        KeyScanAndAlarm(temperature, threshold); // 按键处理和报警逻辑  
  
        // 延时一段时间再次测量  
        DelayMs(1000);  
    }  
}

请注意，这只是一个简化的示例框架，实际代码中需要包含更多的错误处理和细节处理。此外，还需要根据具体的硬件连接和库函数实现来修改和完善代码。

作者：科创工作室li