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二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程
1、主要研究内容
(1) 温度采集：通过传感器对目标的温度进行快速且有效的采集。
(2) 数据分析：将采集的温度数据和系统设置范围36℃~37.2℃进行比较，确定所测温度的精确值，利用两点校准法来使所测温度更加精确。
(3) 显示温度：通过显示屏显示被测人体的温度并通过语音播报是否超过设定值并显示实时时间。
(4) 存储数据：将测量数据存储可通过手机软件查看历史数据。
2、研究思想
控制芯片采用STM32最小系统，按键校准使用两点校准法使所测温度更加精确，通过实时时钟显示实时时间，按键电路控制温度传感器的开关，温度传感器对目标温度进行采集，通过显示屏显示当前数据，语音播报模块在数据超出系统设定值范围进行播报。从而对目标进行快速有效的测温，并对数据进行存储，对促进我国医学测温具有重要意义。
图1 系统框图
3、系统方案比较与选择
（1）控制芯片的选择
方案一：STM32F103RCT6
是STM32F103C8T6 的增强版，主频同样为 72MHz，但拥有 256KB 的 Flash 和 48KB 的 SRAM，资源更加丰富。如果你的红外体温计项目后续可能需要进行功能扩展，比如增加更多的提示功能、数据存储功能等，或者需要处理更复杂的算法，那么 STM32F103RCT6 会是一个更好的选择。它具有更多的 I/O 引脚与定时器，能够支持更多的外设连接和复杂的控制逻辑。
方案二：STM32L051
如果对红外体温计的功耗要求较高，希望能够延长电池的使用时间或者采用电池供电的方式，那么 STM32L051 是一个不错的选择。该系列芯片采用了低功耗设计技术，在保证一定性能的同时，能够显著降低芯片的功耗。此外，STM32L051 也具备足够的处理能力来满足红外体温计的基本功能需求。
方案三：STM32F103C8T6
这是一款比较常用且具有较高性价比的芯片。它拥有 72MHz 的主频，64KB 的 Flash 存储器和 20KB 的 SRAM，对于红外体温计这种相对简单的应用来说，资源基本足够。此外，该芯片在市场上应用广泛，有大量的开发资料和例程可供参考，开发难度较低。
经比较，若本设计采用方案二，则无法发挥该控制器的全部性能，大部分功能都在闲置状态，造成资源浪费。方案一功能有些许欠缺。最终选定方案三STM32F103C8T6。它的最大优点是：封装体积小，技术成熟，性价比高，价格廉价、且性能远远高于常用的8位处理器，能够满足大部分项目的设计要求，故选择方案三。
（2）温度传感器模块
方案一：MLX90614
优点： 测量精度高：在室温下温度测量误差可达到±0.5℃，能够满足大多数日常体温测量的精度要求。温度范围合适：测量范围为-40℃~+85℃，适用于人体体温以及常规环境温度的测量场景。通信接口方便：采用标准的 I2C 通信协议，与 STM32 的连接和通信相对简单，易于开发和集成。体积小、成本低：模块体积小巧，便于集成到红外体温计的设计中，并且成本较为低廉，适合大规模生产和应用。
缺点：测量范围对于一些特殊的高温或低温场景可能不够，如果应用场景超出其温度范围则不适用。
方案二：MLX90640
优点：红外阵列测温：具有 32x24 像素的红外阵列，能够提供更多的温度测量点，可以获取目标物体的温度分布信息，而不仅仅是单点温度，这对于一些需要分析温度分布的场景非常有用，比如检测物体表面温度的均匀性等。 视场角灵活：视场角有多种选择，如 55 度视场角适合远距离测量，可以满足不同距离和视角的测量需求。通信接口通用：支持 I2C 接口通信，可方便地与 STM32 等主控板连接，开发难度相对较低。
缺点：相对来说成本较高，并且对于只需要获取单点温度的简单体温测量场景，其功能可能有些冗余。
方案三：MLX90615
优点：温度测量范围更广：测温范围是-40 度到 115 度，相比 MLX90614，其高温测量上限更高，适用于一些对温度测量范围要求更宽的场景，比如工业环境中的初步温度筛查等。精度较高：能够提供较为准确的温度测量数据，在其适用的温度范围内具有较好的测量精度。同样具备 I2C 通信：与 STM32 的连接方便，在硬件设计和软件编程上相对容易实现。
缺点：对于单纯的人体体温测量场景，其高温测量范围的扩展可能并非必要功能，会增加一定的成本。
经比较，若本设计采用方案二，则无法发挥该传感器的全部性能，大部分功能都在闲置状态，造成资源浪费。方案一应对一些情景稍显不足。方案三性能齐全，价格便宜，具有很高的性价比，故选择方案三MLX90615温度传感器。
（3）显示模块
方案一：LCD 1206
优点：技术成熟、成本低：LCD 显示技术已经非常成熟，生产工艺稳定，因此成本相对较低，这对于追求性价比的红外体温计产品来说是一个重要的优势。
缺点：响功耗相对较高：由于需要背光源持续工作，LCD 显示屏的功耗相对较高，这会降低红外体温计的电池续航能力。
方案二：数码管显示屏
优点：显示数字清晰：数码管显示屏专门用于显示数字，数字显示清晰、直观，非常适合用于显示温度这种数值信息。易于驱动：数码管显示屏的驱动电路相对简单，对 STM32 的资源要求较低，易于与 STM32 单片机进行连接和控制。
缺点：占用空间较大：数码管通常需要多个单独的管段组成，因此在空间占用上相对较大，对于追求小型化设计的红外体温计来说可能不太合适。
方案三：OLED 12864
优点：自发光、高对比度：OLED 每个像素都可以独立发光，不需要背光源，因此能够呈现出高对比度的清晰图像，即使在光线较强的环境下，也能清晰地显示温度信息。比如在户外使用红外体温计，OLED 显示屏依然可以让用户清楚地看到测量的温度值。轻薄、可弯曲：OLED 屏幕的结构相对简单，材质轻薄且具有可弯曲性，这对于红外体温计这种对空间和重量有一定要求的设备来说非常合适，可以使体温计的设计更加紧凑、便携。OLED 屏幕在显示黑色或深色内容时，像素点几乎不消耗电量，只有在显示亮色内容时才会消耗电量。
缺点：寿命相对较短：OLED 屏幕存在一定的寿命问题，长时间使用后可能会出现像素老化、烧屏等现象，影响显示效果。成本较高：与一些传统的显示技术相比，OLED 显示屏的生产成本较高，这可能会导致红外体温计的整体成本增加。
经比较，方案二数码管的体积较大。方案一LCD1206液晶显示屏是黄绿色背光的液晶字符，只能显示ASCII符号，不能显示中文，不够直观。方案三OLED屏除功能与寿命方面均存在优势以外，显示效果俱佳，成本低，操作简单，满足设计显示的功能。故选择方案三OLED 12864。
（4）通信存储模块
方案一：Wi-Fi 模块
优势：可以实现远程数据传输，方便医生或用户在不同地点查看体温数据。传输速度较快，适合大量数据的传输。考虑因素：功耗相对较高，需要考虑体温计的电池续航能力。配置和连接的复杂性，可能需要一定的软件开发工作。
方案二：NFC 模块
优势：近场通信，安全性较高。快速连接和数据传输，适用于近距离的数据交互。考虑因素：传输距离非常短，一般在几厘米以内。需要支持 NFC 的设备进行交互。
方案三：蓝牙模块
优势： 低功耗，适合便携式设备。可以与智能手机等设备进行无线连接，方便数据传输和记录。传输距离适中，一般在 10 米左右。考虑因素：蓝牙版本，较高版本通常具有更好的性能和稳定性。模块的尺寸和功耗，要与体温计的设计要求相匹配。
在选择通信模块时，你需要综合考虑体温计的使用场景、功耗要求、成本、数据传输需求等因素，以选择最适合的通信模块。总之，方案三性能齐全，价格便宜，编程简单，具有很高的性价比，故选择方案三蓝牙模块。
（5）按键选择
方案一：电容式按键
优点：电容式按键是一种基于电容感应原理的非机械按键。它的外观通常比较平整，没有机械按键的物理间隙，具有良好的密封性和防水性，适合在一些对设备密封性要求较高的环境中使用，比如在医疗场所等可能会接触到水或其他液体的场景。电容式按键的使用寿命相对较长，不存在机械磨损的问题，并且其响应速度快，能够实现快速的按键操作。
缺点：电容式按键的电路设计相对复杂，需要额外的电容感应芯片或电路来实现按键功能，这会增加硬件成本和电路设计的难度。此外，电容式按键容易受到外界电磁干扰的影响，可能会出现误触发的情况，因此在电路设计时需要采取一定的抗干扰措施。
方案二：机械按键
优点：机械按键是一种较为传统的按键类型，技术成熟、成本低廉。其触发手感明确，用户能够清晰地感受到按键是否被按下，操作反馈直接，不易出现误操作。对于只需要简单功能按键的红外体温计来说，机械按键是一种经济实用的选择。并且机械按键的电路设计相对简单，对 STM32 的 GPIO 引脚资源占用较少，易于与 STM32 进行连接和控制。
缺点：机械按键存在一定的机械磨损问题，长时间频繁使用后，按键的弹性可能会下降，甚至出现接触不良等故障。此外，机械按键的体积相对较大，在设计红外体温计的外观结构时，需要为按键预留足够的空间，这可能会影响设备的小型化设计。
综上所述，由于本设计所需按键较少，故选择方案二。
（6）语音播报器的选择
方案一：JR6001 语音模块
优点：在语音播报功能方面表现出色，能够准确、清晰地播放语音信息。它支持多种语音格式的解码，可适应不同的语音文件需求。对于 STM32 开发者来说，该模块的控制和编程相对容易，通过简单的指令即可实现语音的播放、暂停、停止等操作。此外，JR6001 语音模块具有较好的抗干扰能力，在复杂的电子环境中也能稳定工作。
缺点：模块的功耗相对较高，在对电池续航能力要求较高的红外体温计中，可能需要对其功耗进行优化。
方案二：ISD1700 系列语音模块
优点：ISD1700 系列语音模块具有较高的语音存储容量，可以存储较长时间的语音内容。它支持多段语音录制和播放，方便用户根据不同的需求进行语音内容的定制。该模块的语音播放质量较高，声音清晰、自然，能够满足红外体温计对语音播报的要求。而且，ISD1700 系列语音模块具有多种控制模式，如按键控制、串口控制等，方便与 STM32 进行连接和控制。
缺点：编程和操作相对复杂，需要开发者对其控制指令和工作原理有深入的了解。此外，该模块的价格相对较高，可能会增加红外体温计的成本。
方案三：JQ8400 语音模块
优点：这是一种常用的语音模块，与 STM32 连接相对简单，可通过串口等通信方式进行数据传输。它能够清晰地播放录制好的语音内容，语音音质较好，具有较高的稳定性和可靠性。该模块体积较小，适合集成到红外体温计这种对空间有一定要求的设备中。并且，JQ8400 语音模块的价格相对较为低廉，具有较高的性价比。
缺点：其语音存储容量有限，如果需要存储大量的语音内容，可能需要外接存储设备进行扩展。
综上所述，方案稳定性好不易被干扰，方案二使用条件受限，方案三可能影响语音通报的实时性，故选择方案三。
（7）实时时钟的选择
方案一：STM32 内部的实时时钟（RTC）模块
优点：集成度高：STM32 芯片内部自带 RTC 模块，无需额外添加外部芯片，减少了硬件电路的复杂性和成本，也节省了电路板的空间。例如在一些对空间要求较高的小型红外体温计设计中，使用内部 RTC 非常合适。低功耗：内部 RTC 模块的功耗相对较低，对于依靠电池供电的红外体温计来说，可以有效延长电池的续航时间，这对于需要长时间使用或携带外出的场景非常重要。精度尚可：在一般的应用场景下，STM32 内部的 RTC 能够提供相对准确的时间信息，满足红外体温计对时间记录的基本需求。
缺点：虽然能满足基本需求，但与专业的外部实时时钟芯片相比，其精度可能会稍逊一筹。如果对时间精度要求非常高的应用场景，可能需要进行额外的校准或选择其他更精确的时钟方案。由于内部电路的特性以及环境因素的影响，STM32 内部 RTC 的时钟可能会存在一定程度的漂移，长时间运行后可能会导致时间误差逐渐增大。不过，可以通过定期校准来减小这种误差。
方案二： 网络授时
优点：通过网络获取的时间是非常准确的，并且可以自动与标准时间服务器进行同步，无需担心时间误差和时钟漂移的问题，能够始终保持准确的时间信息。只要红外体温计所在的环境中有可用的网络连接，就可以轻松地获取到准确的时间，无需进行额外的硬件设置和校准操作，使用非常方便。
缺点：需要红外体温计具备网络连接功能，这在一些网络环境较差或没有网络的场景下无法使用。例如，在一些偏远地区或者移动使用的场景中，可能无法保证稳定的网络连接，从而影响实时时钟的功能。如果通过网络获取时间，可能会存在一定的网络安全风险，如受到网络攻击导致时间信息被篡改等。因此，需要采取相应的网络安全措施来保障时间信息的安全性。
方案三：DS1302
优点：DS1302 是一款低功耗、高性能的实时时钟芯片，具有涓流充电功能，可对备用电源进行充电，以便在主电源断电时仍能保持时钟的运行。它可以通过简单的串行接口与 STM32 进行通信，编程相对简单。并且价格较为低廉，在对成本敏感的应用中具有优势。
缺点：时钟精度可能会受到外部环境因素的一定影响，需要进行适当的校准。
综上所述，方案一功耗低，精度尚可，方案二依赖网络，还有一定风险，方案三功耗小，比较符合方案设计，故选择方案三。
（8）电源的选择
方案一：锂电池供电
优点：锂电池具有较高的能量密度，能够提供较长的续航时间，适合需要长时间连续使用的情况。例如在医院、诊所等场所，红外体温计可能需要频繁使用，锂电池供电可以减少更换电池的频率，提高工作效率。同时，锂电池可以进行充电，重复使用，从长期来看，使用成本相对较低。
缺点：锂电池需要配备专门的充电电路和充电器，这会增加设备的成本和复杂性。而且锂电池在充电过程中需要注意安全问题，如过充、过放、短路等都可能导致电池损坏甚至引发安全事故。
方案二：USB 供电
优点：USB 供电非常方便，现在很多电子设备都支持 USB 接口充电，可以直接使用电脑、移动电源、手机充电器等作为电源。这种供电方式无需额外的电池，减少了设备的体积和重量，也降低了成本。此外，USB 接口的电压相对稳定，能够为红外体温计提供可靠的电源。
缺点：USB 供电受到连接线长度和接口位置的限制，使用时可能需要靠近电源插座或电脑等设备，灵活性相对较差。如果使用的是移动电源等便携式电源，还需要注意移动电源的电量和续航能力。
方案三：干电池供电
优点：干电池是一种比较常见且容易获取的电源，方便携带，适用于一些需要移动使用的场景，比如家庭日常使用或者户外临时测温等。其电压相对稳定，能够为红外体温计提供较为可靠的电源支持。而且干电池更换简单，当电量耗尽时，用户可以自行购买干电池进行更换，无需专业的充电设备。
缺点：干电池的电量有限，需要定期更换，长期使用成本可能较高。并且干电池如果长时间不使用，可能会出现漏液的情况，对设备造成损坏。此外，干电池的能量密度相对较低，对于一些对电源续航能力要求较高的应用场景，可能不太适用。
综上所述，选择方案三
最终方案框图如图2所示。
图2 最终方案框图
控制芯片采用STM32F103C8T6最小系统，按键校准使用两点校准法使所测温度更加精确，通过外部独立的实时时钟芯片显示实时时间，机械按键控制MLX90615温度传感器的开关MLX90615温度传感器对目标温度进行采集，通过OLED12864显示屏显示当前数据，专用语音芯片在数据超出系统设定值范围进行语音播报，从而对目标进行快速有效的测温，然后通过蓝牙模块对数据进行存储，对促进我国医学测温具有重要意义。
4、论文大纲
1绪论
1.1选题背景及依据
1.2国内外研究现状
1.3研究内容
2 红外传感器体温计检测系统原理及方案设计
2.1温度测量技术的概述
2.2 红外测温原理及方法
2.3 红外传感器体温计检测系统的方案介绍
3 红外传感器体温计检测系统的硬件设计
3.1 单片机处理模块
3.2 红外测温模块
3.3 电源模块
3.4 键盘模块
3.5 OLED显示模块
4 红外传感器体温计检测系统的软件设计
4.1 主程序模块的设计
4.2 红外测温程序模块
4.3 键盘扫描程序模块
4.4 显示程序模块
5 红外传感器体温计检测系统仿真调试与分析
5.1系统调试
5.2 结果分析
结 论
致 谢
参考文献
附录
5、工作流程
（1）收集有关设计的资料，为后期做好准备。
（2）完成系统概要统计，做好主控芯片、传感器模块等元器件的选型，确定总体方案；
（3）设计该系统STM32最小系统电路、传感器模块电路、执行机构电路等各单元电路；
（4）完成基于STM32的软件架构，实现主流程程序设计以及各分子流程程序设计；
（5）完成系统的硬件调试、软件调试以及软硬件联合调试，并分析系统各项性能指标；
（6）总结设计经验，整理设计成果，撰写设计报告。
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