红外测温语音播报温度仪

查安琪，王书凡，曾亮，於敏睿

（安徽三联学院，安徽合肥，230601）

0 引言

红外测温采用非接触对方式，高效迅速对被测物体温度进行反馈。不会像传统测温仪器一样易被外界温度干扰导致被测温度不准，不稳定等缺点。这个温度仪充分发挥了其自身优势，稳定性高，方便，快速，同时测得环境温度以及被测温度，还可设置温度报警值，当被测温度达到预设报警值，则系统会自动报警播报蜂鸣器会发出刺耳的叫声。在当前新冠疫情期间，人为接触感染风险较高时间段，非接触测温仪便显得尤为突出，它的高效非接触测温能有效解决当前人流量多地方的温度测量，有力地减少了人力在疫情防控测温方面的众多问题。

1 红外测温语音播报温度仪的发展前景

红外测温仪逐渐广泛应用于各个领域，各个行业，从国防事业到工业应用再到人们的日常生活中，方便效率高成本低的优势使得红外测温在市场上有着极大的需求。尤其在当前新冠疫情期间，温度测量是防疫最基本的一关，非接触式测温有效地避免了人员接触，更加安全，应用于人员密集流动性大的场所甚好，比如检票处、学校门口、超市、广场等地方，有效地减轻了防疫人员的负担以及感染的风险。

2 红外测温语音播报温度仪设计

2.1 红外测温语音播报温度仪的硬件设计

该系统主要有89C52 单片机、1602 液晶显示器、红外非接触温度检测电路、按键电路、蜂鸣器报警电路等组成。系统设计概括图如图1 所示。

图1 红外测温语音播报温度仪系统原理图

2.1.1 STC89C52 单片机的选择

本次设计系统不需要复杂的功能实现，对数据处理方面要求不高且在成本方面看运用STC89C52 单片机最为合理。由它作为主要控制器。

STC89C52 是一种高效率低消耗的CMOS8 位微控制器，有8k 字节程序存储空间，512 字节数据存储空间，内带4k字节存储空间，可直接使用串口下载，具有可编程Flash 存储器8k 基础等优点。在单个芯片上，拥有8 位CPU 和在系统可编程Flash，从而使得STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超高效的解决方案[1]。

如图2 所示，是单片机最小系统组成，由复位、时钟、电源电路组成，单片机便能正常工作。VCC 与GND 为单片机电源引脚为单片机提供充足的电源。复位电路主要由按键S1、电解电容EC1 和电阻R1 组成，实现手动按键复位功能和自动复位功能。当系统复位按键接口收集到两个高信号以后进行手动复位，实现手动按键复位功能；当系统探测到电压从低电位升至高地位，一段时间以后，系统便能与接地形成一条通路，自动地将高电平降低，从而使得单片机的地位降低，从而实现了自动复位功能。有控制的数字电路需要有个时钟电路自动发出时间，使得控制芯片正常工作。运用晶振以及电容的组合，电容帮助晶振起振是数字控制器正常工作的重要因素。

图2 系统整体原理图

2.1.2 实现非接触式测温效果

非接触测温是通过测量目的物体表面所辐射的红外能量来确定其表面温度，该设计测量范围广，既可以测量静态物体的温度，也可以测量运动中的物体，高效准确，适用于很多人为无法直接测量的高温测量环境。当前，新冠疫情严重管控时期，发烧是主要病理反应，测量温度也变得重要。出入大大小小公众场合都需要测量温度，非接触式测温既减轻人员压力也提高了安全方便性。

(1) MLX90614ESF 红外测温模块电路设计[2]

MLX90614 是一款非接触式温度测量的红外测温仪。它体积小，易集成，成本低。该传感器温度范围在-40℃～+125℃，而物体温度范围在-70℃～+380℃。因为集成了放大器低噪声，17 位ADC 和有效的DSP 对实现高精度对温度计奠定了基础。在0℃～+50℃温度范围内，Ta 和To 精度可以达到0.5℃，精确度极高。SMBus 兼容数字接口能快速读取温度数值并且建立传感器网络，SCL 时钟端与SDA 数据端分别接单片机引脚，5V 的电压能大大节省能源消耗。

（2）1602 液晶显示模块电路设计

显示器有很多种选择，比如LED 数码管、LCD 液晶显示。虽然LED 数码管使用时单片机口线少，价格适中，但是本系统要求显示的数据较多，使用此数码管便不是适合之选。所以LCD 液晶显示便是不二之选，该显示器主要由单片机驱动，可以用来显示大量数据、文字和图形，能够显示清晰多样的多位数数据，加上液晶显示器的编写程序简单明了故用此更好。

LCD 液晶显示器由两种显示分别为字段显示和字符显示。其中字段显示与LCD 显示类似，只要将对应的信号送到相对应的管脚就能显示出数值。然而字符显示是根据需要显示。本系统设计采用的就是其中的一种字符型显示。系统中显示器件输出信息为LCD1602。与以往的LED 不同，液晶显示模块有着体积小、功耗低、显示内容丰富简单等优点，而且不需要外加电路来使其驱动，现如今液晶模块电路也日渐应用在单片机实验中。LCD1602 显示屏上可以显示2 行、16 个汉字[3]。

（3）按键设计

按键设计相当于一个电子开关，用手指按下即接通，松开即断开。主要通过按压按键内部的金属弹片受到外部压力弹动来实现开关的接通或断开。在此系统中，按键可作为输入，将人为与自动相结合，起纽带作用。按键单片机控制引脚默认为高电平，当按下去时，就相关引脚就变为低电平，从而实现了手动输入。

（4）蜂鸣器设计

蜂鸣器可实现报警电路，电路简单，稳定有效，成本低，可很直接地反映出结果。采用有源蜂鸣器模块，利用三极管来驱动，单片机控制引脚为低电平时便会发出蜂鸣声，反之仍成立。当所测温度高于预设的温度值（报警值）时，蜂鸣器会发出鸣叫声报警，当温度低于预设值时便不会鸣叫。

（5）语音播报电路设计

采用YF017 语音芯片进行语音播报，输出低电平则正常工作播报温度，当保持高电平时则处于待机中。当所测温度值高于预设值，则语音播报异常时的温度，以示提醒。当所测温度低于预设值时，则播报当前正常温度。

2.1.3 系统实现功能详细操作

（1）液晶1602 实时显示被检测时的环境温度值和被测物体温度值，显示中第一行E 环境温度，第二行O 物体温度。

（2）可以通过不同按键设置温度的报警值，如果MLX90614 检测到的温度高于报警值，则蜂鸣器将会发出刺耳的声音，反之，蜂鸣器不报警。

（3）按键播报当前测量温度值是否正常。

2.2 红外测温语音播报温度仪的软件设计

想充分发挥硬件设计的功能，那软件设计也是至关重要的一步。因为整个程序较为复杂，计算量较大，需要很多浮点数计算。所以采用C 语言来编写。对于大多数51 系列的单片机，使用C 语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点：

（1）不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。

（2）寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。

（3）指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。

（4）可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。

（5）与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大幅缩短。

（6）C 语言的库文件提供了许多标准的例程。

（7）通过C 语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到 新程序中。

本设计中单片机开发环境是Keil μVision4，Keil μVision4 开发软件是目前51 系列单片机系统的主流程序开发软件，Keil μVision4 是STC 公司推出最新一代关于51 系列单片机处理器的编译、连接和调试集成环境。可以降低开发周期，从而减少很多成本。其中Keil μVision4 有以下特点：

（1）Keil μVision4 软件同时支持WINXP 和WIN7 等多种操作系统，提供了丰富的库函数和功能强大的开发工具。

（2）Keil μVision4 可以完成从编辑、编译、到连接、调试的一套开发流程。

（3）Keil μVision4 C51 在Keil C51 的基础上，增加了很多新的功能。如Keil μVision4 更加增强了对内核微控制器的开发支持，并对Keil C51 的开发形式和开发界面进行相应的改进。

在Keil μVision4 开发环境下，STC89C52RC 芯片 程序烧写软件使用的是stc-isp-15xx-v6.85p 烧录软件，它是一款集成了代码下载，在线仿真和串口查看于一起软件设备，在51 系列智能产品研发过程中得到了广泛使用，性能高，是目前51 系列单片机控制系统研发中不可缺少的一部分。通过PL2303 串口烧写模块实现对单片机程序的烧写。PL2303 串口烧写模块使用USB 接口，解决了笔记本电脑用户对STC 系列单片机的程序烧写问题，而且下载器低价格、高性能，是开发 STC 系列单片机的首选优秀工具。如图3 所示。

图3 系统运行流程图

2.3 红外测温语音播报温度仪的实验数据

如图4 所示，当前环境温度为10.5℃，被测温度为18.1℃，报警值设置为37℃。因为被测温度低于报警值所以语音播报正常温度以及蜂鸣器没有发出声音，当前处于安全状态。当把报警值调到18℃以下，蜂鸣器就会发出刺耳的报警声及其语音播报温度异常以及被测温度数值。用被利用水温控制温度的毛巾作为被测物体，环境温度也用水温来控制（冰块或者加热）。

表1 红外测温数据分析

图4 实验测试结果图

3 设计难点

本系统主要依靠红外测温模块为核心的非接触式红外测温。实践系统焊接时注意的问题有很多，焊接时要注意正负极的焊接以及焊点间不可相连到。可以用万用表正负极间是否短路等较严重的电源问题，来保证焊接环节没有问题。该系统软件程序较为复杂，调试时很多时候功能不能完全体现，较为复杂的程序调试时容易出错，需要不断调试，反复进行，使得所有功能均能满足。

4 总结

红外测温语音播报温度适用于很多人多的地方，运用广泛。能通过复杂的设计研究制作出如此有用帮助社会的系统，是创新方面的很大一步提高。该系统运用非接触式测温避免了人传人这重大隐患，除了在此方面以外，还可以用在工厂领域。比如化学行业中，炼厂在常规的预防维护工作中，用来检测受热面集结碳的比例；又如在玻璃行业，产品处于动态中，要加热到很高温度，这时红外测温仪就可以用来测量炉中温度。应用普遍，高效解决了很多难题。