基于STM32单片机的非接触式红外测温系统设计

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价值工程

基于STM32单片机的非接触式红外测温系统设计

DesignofNon-contactInfraredTemperatureMeasurementSystemBasedonSTM32Single

ChipMicrocomputer

陈静CHENJing曰李鑫LIXin

南京

210023）

（南京理工大学紫金学院，

（NanjingUniversityofScienceandTechnologyZiJinCollege，Nanjing210023，China）

本文设计了一套以

STM32单片机为核心控制器的非接触式红外测温系统。摘要院为了满足疫情条件下对温度快速测量的需求，

系统采用AMG8833红外热成像模块采集8*8的温度矩阵，通过

I2C通讯传回MCU，MCU经过插值计算、RGB编码等处理后再将热

报警温度可以自主高低调节，当温度过高时会亮灯并伴随蜂鸣器报警。通过

像图显示在TFT-LCD屏上。系统还设置有高温报警功能，

仿真及实物测试，验证了本文设计的红外测温系统能够实现实时非接触性温度测量。

Abstract:Inordertomeettheneedsofrapidtemperaturemeasurementunderepidemicconditions,anon-contactinfraredtemperature

measurementemadoptsAMG8833infraredthermal

imagingmoduletocollect8*8temperaturematrix,nterpolation

calculationandRGBcoding,temisalsoequippedwithhightemperature

etemperatureistoohigh,thelightwillbeonandthebuzzer

hsimulationandphysicaltest,itisverifiedthattheinfraredtemperaturemeasurementsystemdesignedinthispapercan

achievereal-timenon-contacttemperaturemeasurement.

关键词院STM32；红外测温；I2C通讯；AMG8833

Keywords:STM32；infraredthermometry；I2Ccommunication；AMG8833

中图分类号院TP3文献标识码院A文章编号院1006-4311（2022）23-148-03doi:10.3969/.1006-4311.2022.23.048

0引言

传统接触式测温的测量

随着新冠疫情的全球性发展，

2]

。相比于接触式测

方法和测量速度都已无法满足需求

[1，

测量范围宽，

灵敏度高、

温，非接触式红外测温耗时短、而

因此非接触式红外测温已成

且不会对被测物体造成影响，

4]

。但目前市面上主要应用的测温

为测量体温的主流方式

[3，

系统大多只显示温度，不能直观地显示具体的测量部位，

因此本文设计一种能同时显示热像图和具体温度的测温

系统。

本文设计的非接触式红外测温系统采用

采用

AMG8833红外热成STM32F103MCU作为主控芯片，

并能够实时

像模块作为传感器，实现非接触式快速测温，

该系统使

当温度超过设定阈值时能够报警，

显示热像图，

具有一定的实用性。

用方便快捷，

1总体方案设计

本系统主要基于

STM32F103ZET6单片机开发平台，

获取

AMG8833红外热成像传感器采集的信息，完成信息

系统的整体设计方案如

计算与处理并显示被测物体温度，

图

1所示。

本设计主要实现的功能如下：

淤在TFT-LCD显示屏上显示动态热像图；

于在热像图的右侧显示三个数据

（图像中的最大温

；

最小温度和中间位置温度）

度、

盂当中间位置温度大于预设值

（系统默认预设值为

要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要

研究方向为

硕士，助教，

作者简介院陈静（1993-），女，湖北荆州人，

讲

李鑫硕士，

电气控制；（1983-），男，江苏连云港人，

研究方向为控制系统设计。

师，

按键电路

LED电路

复位电路

STM32F103ZET6

单片机

蜂鸣器电路

AMG8833传感器

LCD显示模块

图1系统整体设计方案

时，表示

蜂鸣器响，

50益，显示在热像图下方）LED灯亮，

警报；

每次增

可增加或减少预设值，

榆通过按下设置按钮，

加或减少

1益；

系统还原到初始状态。

虞按下复位按钮，

2系统硬件设计

非接触式红外测温系统的硬件设计分为

6个子模块，

TFT-LCD液晶显示模

分别是

AMG8833红外热成像模块、

按键模块、

LED模块和蜂鸣器模块。

块、复位模块、

AMG8833红外热成像模块：该模块可测量产生8*8

通过

I2C通讯将数据传至MCU。在设计时将的热像矩阵，

IIC_SCL引脚与STM32的GPIOB6引脚连接，SDA引脚与

达到

I2C通讯的目的。GPIOB7引脚连接，

该模块采用

RGB565编码，TFT-LCD液晶显示模块：

并实时

接收

MCU通过热像矩阵计算出的RGB颜色矩阵，

同时可显示图像中的最大温度、最小温度和

显示热像图，

中间位置温度。

TFT-LCD模块采用16位并行数据通讯与

MCU相连。

ValueEngineering

MCU:STM32F103ZET6

TFT-LCD液晶显示模块

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复位模块

按键模块

LED模块

蜂鸣器模块

AMG8833红外热成像模块

图2系统整体硬件原理图

复位模块：该模块的RESET端接到STM32的NRST

将

TFT-引脚，实现单片机的低电平复位。在设计电路时，

达到在

STM32复位的

LCD

的复位引脚也接到RESET处，

同时复位

TFT-LCD液晶屏的效果。

按键模块：该模块

KEY0和KEY1端分别与STM32

的GPIOE4、GPIOE3引脚相连，实现温度预设值的增加或

减小。在设计电路时并没有使用上拉电阻，需要使用

STM32自身的上拉电阻，因此在配置IO口时对应设置为

上拉输入模式。

该模块

LED0端与STM32的GPIOB5引脚LED模块：

GPIOB5引脚输出低电平，LED灯亮

相连，当温度超限时，

以示告警。

该模块

BEEP端与STM32的GPIOB8引

蜂鸣器模块：

蜂鸣器

GPIOB8引脚输出高电平，

脚相连，当温度超限时，

发声。

系统整体硬件原理图如图

2所示。

3系统软件设计

系统总体软件设计过程如下：

淤初始化STM32单片机、AMG8833模块和TFT-LCD

为后续的操作做准备；

模块，完成通讯配置，

于采用I2C通讯方式与AMG8833红外热成像模块通

信，读取采集的

8*8温度矩阵；

最小值和中心点

的盂找出温度矩阵中的最大值、

温度；

榆采用插值计算方法将8*8的温度矩阵扩展为

59*59的温度矩阵；

虞将59*59的温度矩阵转换为RGB565格式的图像

矩阵，便于生成热像图；

愚扫描按键状态，根据中心点温度是否超过设定阈

选择是否进行声光报警；

值，

舆将温度数值和热像图输出显示至LCD显示屏。

总体软件设计流程图如图

3所示。

采用插值计算进行温度矩阵扩展过程

在上述过程中，

如下：

8*8共64个像素点所能提供的

在

TFT-LCD屏幕上，

所以在设

甚至无法看到明显的变化，

视觉效果十分有限，

将

8*8的矩阵

计程序时，必须加入合适的插值计算算法，

扩大。本设计的插值计算算法是将原来的

8*8矩阵扩大到

59*59，具体操作过程如下：

（除去原定

淤将8*8的矩阵均匀放入57*57的矩阵中

第

58行、

第

0列、

第

58列）

。

59*59矩阵中的第0行、

于完成横向插值。假设矩阵中两个已有温度的点x

1

、

x

9

之间有7个待插值的点x

2

~x

8

，计算举例x

2

=x

1

*

7

+x

9

*

8

1

、x

3

=x

1

*

6

+x

9

*

2

，以此类推，横向插值结束后温度点个

888

数变为

456个。

纵向插值结束后

盂完成纵向插值。方法与横向类似，

即

57*57。

温度点个数变为

3249个，

第

58行、

第

0列、

第

58列的插值。第榆完成第0行、

第

58行与第57行完全相同，

第

00行与第1行完全相同，

第

58行与第57行完全相同。插值列与第1列完全相同，

完成后就可以得到一个

59*59的温度矩阵。

要想显示热像图，必须将温度矩阵转换成颜色矩阵。

此设计采用的颜色编码对应温度从低到高分别是：黑色、

黄色、

红色、白色。

TFT-LCD采用RGB565编

蓝色、紫色、

最后通过二进制移调节颜色就是改变

R、G、B三个值，

码，

位的方法生成一个具体的颜色，将这些颜色写入

LCD的

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价值工程

开始

将温度矩阵

转换为

rgb565格式

图像矩阵

中心点温度是否大于

报警值

N

LED灯灭

KEYO是否按下

找出温度矩

阵中的最大

最小值

值、

和中心点的

温度

N

Y

设定报警温

度降低1益

蜂鸣器停止

蜂鸣器发声

Y

系统各模块

初始化

按键扫描

采集AMG8833

温度矩阵

LED灯亮

KEY1

是否按下

N

Y

设定报警温

度升高1益

LCD显示

插值计算

延时100ms

GRAM对应的像素点就会显示为对应的颜色。

4测温系统实物测试

完成非接触式红外测温系

根据上述软硬件设计原理，

统如图

4所示。

图3系统软件设计流程图

图5LCD界面显示测试效果

图4非接触式红外测温系统实物图

显示模块等实现了测温系统的软件设计和各模块的硬件

设计，基于设计方案完成了非接触式红外测温系统的实物

验证了测温系统的有效性与

设计，对实物系统进行测试，

可靠性，说明本文设计的系统能够用于实时测量人体温

同时可以实时显示热像图，具有一定的实用性。

度，

参考文献院

[1]余国卫.基于单片机的非接触式测温系统[J].电脑知识与技

华中科技大

[2]刘小飞.红外成像测温系统软件设计[D].武汉：

[3]匡可涵.红外测温系统设计[J].自动化应用，2021（05）：22-

数

LCD界面设计显示如图5所示。它由热像图区域、

报警温度显示区域和一个颜色

据显示区域、（对于中心点）

图

5中显示的热像图为人的手势1所呈现的热像

条组成。

可

图。从显示结果可以看出测温系统的结果准确度较高，

以用于实时测量人体温度。

5结论

本文基于

STM32单片机设计了一套非接触式红外测

TFT-LCD液晶

温系统，结合

AMG8833红外热成像模块、

术，2017，13（24）：206-207.

学，2017.

24.

息化，2020（03）：69-71.

[4]俞联梦.红外测温仪测温系统准确性研究[J].信息技术与信