基于STM32的智能测温鼠标系统设计

2022-01-10徐智超温家胜常锦华

无线互联科技 2021年21期

徐智超，温家胜，常锦华

（1.楼宇控制与节能优化国家级实验教学示范中心，安徽合肥 230022；2.大连科技学院电气工程学院，辽宁大连 116052）

0 引言

新冠疫情从年初开始，逐步蔓延，肆虐全球，到2020年底累计8千多万人感染病毒，180多万人死于新冠病毒。这场突如其来的灾难，给我们的工作生活带来了巨大的困难和改变。体温是显示人体生命体征最为重要的表征之一，发热也是新冠肺炎、SARS、禽流感、甲型H1N1型流感等传染病的常见症状，而体温检测更是诊断此类病例的首要环节。在疫情期间如何能够实时监测人体的体温成为当务之急。

随着科学技术的飞速发展，人们对电脑的依赖性越来越强，在工作和生活中与电脑配套的鼠标也同样成为必不可少的工具。本文意在设计出一款基于单片机的智能测温鼠标，当人们在使用电脑的同时即可完成体温测量。它最大的研究意义就是方便快捷、科学有效地测量疫情期间人们的体温[1]。

1 智能检测体温鼠标的工作原理

融合红外测温技术和传感器测温等方法，设计一款智能检测体温的鼠标用以监测人体体温。为了提高本设计的实用性和可靠性，本设计旨在提供初步体温实时检测，以此确保办公人员、学生等各类人群的身体健康状况。为了让设计更加便利化，同时拥有OLED显示功能、无线充电功能、无线传输功能、手机-电脑交互一体监测功能、测温独立且长续航功能。这些功能在提醒人们体温的同时满足了鼠标的原有功能的需求，这意味更多的可以由体温反应的问题将会得到实时检测[2]。

2 系统结构设计

本设计基于单片机的智能测温鼠标，选取GY-906红外测温传感器，当被测人使用鼠标时，会发射出红外能量，红外测温传感器将检测到的红外能量输出为电信号，再经过单片机自带A/D转换把转换得到的数据进行处理，这时OLED显示屏会把数据呈现为数值。使用者也可以清晰直观地看到自己的体温值。如显示的体温数值超出或低于预定的正常值时，蜂鸣器将发出警示音，提醒使用者体温异常，同时鼠标将失去自身功能。再通过ATK-ESP8266模块，传统的串口设备只需要简单的串口配置，即可通过网络（WIFI）传输自己的数据，将测得的体温数值传递在互联网上。无线充电线圈可以随时为鼠标供电，携带更加便捷[3]。

基于上述的设计思路，设计出基于单片机的智能测温鼠标系统框，如图1所示。

图1 系统框

系统各结构功能如下。

（1）主要控制模块：即单片机，选取STM32开发板最小系统单片机，通过红外测温传感器对其进行输入，经过软件分析，输出高低电平，从而达到对其他模块控制的目的。

（2）测温模块：使用TI公司的LMT70测温元件实现接触测温功能，作为体温检测基础。使用GY-906红外测温传感器检测到人体发射出的红外能量，并通过把传感器输出电压值经过单片机自带A/D转换而转换得到的数据进行处理。作为准确测温双重保障，它们相互独立但数据可以平均求值，使用者的体温数据能够被良好发掘。

（3）供电模块：使用聚合物锂电池对系统进行供电，可比普通锂电池输出多出10%的电量，节能环保。

（4）语音报警模块：当人体测量温度超过预计的一定范围时，蜂鸣器将发出声响行警示。

（5）OLED显示模块：OLED显示屏是利用有机电自发光二极管制成的显示屏。由于同时具备自发光有机电激发光二极管的不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被认为是下一代的平面显示器新兴应用技术。考虑到鼠标自身大小和材料的问题，采用OLED显示屏，将被测人的体温具体数值显示在屏幕上。OLED屏幕厚度可以控制在1 mm以内，而LCD屏幕厚度通常在3 mm左右，且重量更加轻盈。同时OLED屏幕能够显著的节省耗电量，非常耐低温，可以在-40 ℃环境下正常显示内容，发光效率更高、能耗低、生态环保。

（6）WiFi模块：选取ESP8266模块，用“AT”指令将模块配置成STA客户端模式，链接到手机热点或局域网AP服务器，方便把测得的体温数据通过互联网传输。并且体温数据能够及时上传到原子云，原子云设备管理界面能够监控多个设备的运行。

（7）无线充电线圈模块：选取无线充电线圈为鼠标供电。无线充电是指利用电磁波感应原理进行充电，原理类似变压器。无线发射线圈在充电器与设备之间的电场和磁场中传输电能，接收线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振。无线充电接收端线圈就是将磁场转化为电能的一端，发射线圈产生磁场的时候，接收端感应到发射端的磁场，并将磁场能转化为电能。

以STM32F103为控制核心，在不影响“原相芯片”的情况下独立出内置测温骨架，以LMT70作为环境温度和接触测温的器件，以GY-960-BCC/DCC为红外测温功能做到误差为0.02 ℃的精确温度测量，在没有WiFi的情况下OLED可独立显示，在有WiFi的情况下可以检测多台设备的体温计检测情况。

本系统电源以可充电，聚合物锂电池为主供电，同时能够进行无线充电。测温模块包含两种测温传感器，即TI的LMT70和红外传感GY-906-BCC/DCC，能够与环境参考对比来进行智能学习以提高准确度。鼠标内置小型显示器OLED12864，在WiFi功能受限制的情况下能够独立显示体温状况，在有无线网络的环境中，可以无线监控体温状况[4-5]。