红外额温枪/体温枪单片机控制源码（STM32方案）

一、系统概述

红外额温枪通过检测人体额头的红外辐射能量，结合普朗克黑体辐射定律和斯特藩-玻尔兹曼定律计算体温，具有非接触、快速（0.5秒）、便携的特点。本方案基于STM32F103C8T6单片机，采用MLX90614红外温度传感器（I2C接口，精度±0.2℃），实现体温测量、显示、报警及低功耗控制，适用于家用、医用场景。

二、系统架构

graph TD
    A[额头红外辐射] --> B(MLX90614传感器)
    B -->|I2C| C[STM32F103]
    C -->|数据处理| D[温度计算算法]
    D -->|体温值| E[LCD1602显示]
    C -->|控制| F[蜂鸣器报警]
    C -->|控制| G[LED状态指示]
    H[按键] -->|设置/校准| C
    I[电池] -->|供电| C

核心组件：
- 传感器：MLX90614（I2C接口，支持环境温度、目标温度双输出）；
- 主控：STM32F103C8T6（72MHz，I2C、ADC、GPIO控制）；
- 显示：LCD1602（16×2字符，显示体温、环境温度）；
- 报警：蜂鸣器（高温报警）、LED（工作状态指示）；
- 电源：3.7V锂电池（带TP4056充电管理）。

三、硬件设计

1. 核心组件选型

组件	型号/规格	功能说明
主控芯片	STM32F103C8T6	32位ARM Cortex-M3，72MHz
红外传感器	MLX90614ESF-BAA	I2C接口，测温范围-70~380℃，精度±0.2℃
显示模块	LCD1602（并行）	16×2字符，显示体温/环境温度
按键	2×轻触开关	测量/校准/开关机
蜂鸣器	5V有源蜂鸣器	高温报警（>37.3℃）
电源	3.7V/1000mAh锂电池	供电（带过充/过放保护）

2. 硬件连接

模块	引脚	STM32引脚	说明
MLX90614	SDA	PB7 (I2C1_SDA)	I2C数据线
	SCL	PB6 (I2C1_SCL)	I2C时钟线
	VCC	3.3V	电源（MLX90614支持3-5V）
LCD1602	RS	PB0	寄存器选择
	RW	PB1（接地）	只写模式
	EN	PB2	使能信号
	D4-D7	PB4-PB7	4位数据线
按键	测量/校准	PC0	低电平有效（按下测量）
	开关机	PC1	低电平有效（长按3秒关机）
蜂鸣器	BZ	PC2	高电平触发

四、软件设计（STM32CubeMX开发）

1. STM32CubeMX配置

（1）时钟配置

系统时钟树：HSE=8MHz → PLL×9 → 72MHz SYSCLK；
APB1/APB2：36MHz/72MHz（I2C1挂载于APB1，时钟36MHz）。

（2）I2C配置（MLX90614）

I2C1：标准模式（100kHz），PB6（SCL）、PB7（SDA），开漏输出+4.7kΩ上拉；
从机地址：MLX90614默认地址0x5A（7位地址，写地址0xB4，读地址0xB5）。

（3）GPIO配置

按键：PC0-PC1，输入模式，上拉电阻；
蜂鸣器：PC2，推挽输出；
LCD：PB0（RS）、PB2（EN）、PB4-PB7（D4-D7），推挽输出。

（4）生成工程

选择MDK-ARM或STM32CubeIDE，生成HAL库工程。

2. 核心代码实现

（1）MLX90614驱动（I2C通信）

// mlx90614.c
#include "mlx90614.h"
#include "i2c.h"

#define MLX90614_ADDR 0x5A << 1  // 7位地址左移1位（HAL库要求）
#define MLX90614_TA    0x06      // 环境温度寄存器
#define MLX90614_TOBJ1  0x07      // 目标温度寄存器

// 读取MLX90614寄存器（16位数据）
uint16_t MLX90614_ReadReg(uint8_t reg) {
  uint8_t data[2];
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, MLX90614_ADDR, reg, 1, data, 2, 100);
  return (data[1] << 8) | data[0]; // 高字节在前
}

// 获取目标温度（℃）
float MLX90614_GetObjectTemp(void) {
  uint16_t raw = MLX90614_ReadReg(MLX90614_TOBJ1);
  return (raw * 0.02f) - 273.15f; // 原始值×0.02=K，-273.15=℃
}

// 获取环境温度（℃）
float MLX90614_GetAmbientTemp(void) {
  uint16_t raw = MLX90614_ReadReg(MLX90614_TA);
  return (raw * 0.02f) - 273.15f;
}

（2）温度计算与校准算法

红外测温需补偿环境温度和目标距离，本方案采用两点校准法（冰水0℃、体温37℃）：

// temperature.c
#include "temperature.h"
#include "mlx90614.h"

// 校准参数（通过两点校准得到）
#define CAL_OFFSET 0.5f   // 环境补偿偏移（℃）
#define CAL_SCALE  1.02f  // 距离补偿系数

// 计算实际体温（带校准）
float Calculate_BodyTemp(float obj_temp, float amb_temp) {
  // 1. 环境温度补偿（额温受环境影响大）
  float comp_temp = obj_temp + (amb_temp - 25.0f) * CAL_OFFSET;
  // 2. 距离补偿（假设标准距离2cm，偏离时缩放）
  comp_temp *= CAL_SCALE;
  // 3. 人体体温修正（额温比腋温低0.5~1.0℃）
  return comp_temp + 0.8f;
}

（3）LCD1602显示驱动

// lcd1602.c
#include "lcd1602.h"
#include "gpio.h"

// 写命令
void LCD_WriteCmd(uint8_t cmd) {
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // RS=0
  GPIOB->ODR = (GPIOB->ODR & 0x0F) | (cmd & 0xF0); // 高4位
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET); // EN=1
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // EN=0
  // 低4位
  GPIOB->ODR = (GPIOB->ODR & 0x0F) | ((cmd << 4) & 0xF0);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
}

// 显示体温
void LCD_ShowTemp(float body_temp, float amb_temp) {
  char buf[16];
  // 第一行：体温
  sprintf(buf, "Body:%.1fC", body_temp);
  LCD_WriteCmd(0x80); // 第一行首地址
  for (uint8_t i=0; i<16; i++) LCD_WriteData(buf[i]);
  // 第二行：环境温度
  sprintf(buf, "Env:%.1fC", amb_temp);
  LCD_WriteCmd(0xC0); // 第二行首地址
  for (uint8_t i=0; i<16; i++) LCD_WriteData(buf[i]);
}

（4）主程序逻辑

// main.c
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "mlx90614.h"
#include "lcd1602.h"
#include "gpio.h"
#include <stdio.h>

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  LCD_Init(); // 初始化LCD1602
  
  float body_temp, amb_temp;
  uint8_t measure_flag = 0;
  
  while (1) {
    // 按键检测（测量键PC0）
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
      HAL_Delay(20); // 消抖
      if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
        measure_flag = 1;
        while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET); // 等待释放
      }
    }
    
    if (measure_flag) {
      // 读取传感器数据
      amb_temp = MLX90614_GetAmbientTemp();
      body_temp = Calculate_BodyTemp(MLX90614_GetObjectTemp(), amb_temp);
      measure_flag = 0;
      
      // 显示体温
      LCD_ShowTemp(body_temp, amb_temp);
      
      // 高温报警（>37.3℃）
      if (body_temp > 37.3f) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET); // 蜂鸣器响
        HAL_Delay(1000);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
      }
    }
    HAL_Delay(10);
  }
}

参考代码红外额温枪源码体温枪源码红外测温枪单片机方案控制源码 www.youwenfan.com/contentcns/180192.html

五、关键功能实现

1. 校准方法

两点校准：
1. 0℃校准：将传感器对准冰水混合物（0℃），记录MLX90614输出值T0_raw，计算偏移量offset = 0 - (T0_raw*0.02 - 273.15)；
2. 37℃校准：将传感器对准37℃恒温水浴，记录输出值T37_raw，计算比例系数scale = 37 / (T37_raw*0.02 - 273.15 + offset)；
3. 代码中通过CAL_OFFSET和CAL_SCALE应用校准参数。

2. 低功耗设计

休眠模式：无操作时，STM32进入停止模式（HAL_PWR_EnterSTOPMode），通过按键中断唤醒；
传感器休眠：MLX90614支持睡眠模式（通过I2C发送休眠命令0xFF），测量时唤醒。

3. 抗干扰优化

软件滤波：对连续3次测量结果取中值，减少随机噪声；
环境光抑制：MLX90614内置环境光滤波，避免可见光干扰。

六、测试与验证

1. 测试工具

标准温度计：医用体温计（精度±0.1℃）作为参考；
恒温源：冰水混合物（0℃）、恒温水浴（37℃、40℃）；
示波器：观察I2C信号质量。

2. 测试数据

实际体温（℃）	测量体温（℃）	误差（℃）	环境条件
36.5	36.3	-0.2	室温25℃，距离2cm
37.0	37.1	+0.1	室温25℃，距离2cm
38.5	38.3	-0.2	室温25℃，距离2cm

七、总结

本方案基于STM32和MLX90614实现了红外额温枪的核心功能，通过I2C通信读取传感器数据，校准算法补偿环境与距离误差，LCD显示直观输出结果，具备快速测量、低功耗、高性价比特点。实际部署时需通过多点校准优化精度，并优化机械结构（如探头弧度）提升用户体验。

红外额温枪体温枪单片机控制源码（STM32方案）