《基于GD32F103RET6單片機的熱成像檢測器的設(shè)計》15000字（論文）

-PAGEIV-基于GD32F103RET6單片機的熱成像檢測器的設(shè)計摘要以往的體溫檢測技術(shù)是以接觸人體的水銀和額溫槍為主要方式，針對當(dāng)前的疫情這些方式不僅需要大量的人員和物質(zhì)，且加大了因人員接觸帶來的感染風(fēng)險。使用紅外熱成像檢測器去進行非接觸方式檢測體溫，可以幫助人們安全快速的初次篩查出人群中體溫不正常人員，然后對體溫異常人員再進行人工二次檢測，可以提高人員密集場所的檢測效率。此設(shè)計是基于GD32F103RET6單片機的熱成像檢測器。此檢測器具有高精準(zhǔn)度和高分辨率的優(yōu)點。在此設(shè)計過程中使用了電路設(shè)計、原理圖繪制、PCB板制作。編寫了檢測轉(zhuǎn)換周圍溫度信息、切換顏色等程序。利用熱成像檢測器MLX90640設(shè)備收集人體某一位置向外發(fā)出的紅外輻射，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C中，并經(jīng)過顏色代碼將其轉(zhuǎn)化為彩色的熱力圖像，通過屏幕顯示圖像。通過觀察屏幕中顯示的圖像溫度信息判斷人體體溫是否正常，也可以用按鍵來切換熱力圖顯示的顏色。通過立創(chuàng)EDA中3D預(yù)覽功能，完成整體設(shè)計，使其更美觀。經(jīng)實驗結(jié)果顯示，此熱成像檢測器可成功實現(xiàn)周圍溫度信息轉(zhuǎn)換為熱力圖顯示、按鍵切換熱力圖等功能。這種設(shè)計解決了傳統(tǒng)測溫的局限性，可不接觸被測人員對其快速進行溫度檢測。關(guān)鍵詞：GD32F103RET6，紅外檢測；熱成像目錄1緒論 11.1課題背景和研究意義 11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及應(yīng)用鄰域 21.2.1國外現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀 31.2.3應(yīng)用領(lǐng)域 41.2.4發(fā)展趨勢 51.3研究的主要內(nèi)容 62總體方案 72.1設(shè)計要求 72.2總體設(shè)計方案 72.3器件的選擇 72.3常用的三種插值算法 102.3.1最近鄰插值法 102.3.2雙線性插值法 112.3.3雙三次插值 132.4選擇的算法 133硬件部分設(shè)計 143.1總體設(shè)計 143.2紅外傳感器模塊的組成 143.3單片機系統(tǒng) 153.4USB模塊 153.5LCD屏幕模塊 163.6按鍵電路 173.7總體電路圖 184軟件部分設(shè)計 194.1使用的軟件 194.2開發(fā)環(huán)境搭配 194.3主程序框圖 214.4代碼分析 224.4.1MLX90640的相關(guān)內(nèi)容 224.4.2插值算法代碼 224.4.3顯示溫度代碼 224.4.4顏色代碼 225實物測試 245.1PCB的制作 245.2實物圖 245.3調(diào)試過程 26結(jié)論 28參考文獻 29附錄程序代碼 30·1··PAGE12·PAGE11緒論1.1課題背景和研究意義隨著時代的不斷進步，在日常生活中，很多領(lǐng)域中都可以看到紅外熱成像，提高了人們的生活質(zhì)量，例如在醫(yī)療領(lǐng)域、工程領(lǐng)域等等。熱成像技術(shù)通過使用光學(xué)成像物鏡和紅外檢測設(shè)備，去收集被檢測測目標(biāo)的紅外輻射的能量分布，并將獲得的圖像反映到這個紅外檢測設(shè)備的光敏元件上[1]，就是物體發(fā)出的這些紅外輻射能量是不可見的，經(jīng)過此技術(shù)轉(zhuǎn)變后變成人眼可以觀察到的熱力圖像，被測目標(biāo)的不同溫度就在圖像上表現(xiàn)為不同的顏色。用紅色和粉色來表示被測物體上溫度較高的地方，溫度較低的地方用藍(lán)色和綠色表示。目前，疫情還在全球范圍內(nèi)流行，各個國家地區(qū)的疫情持續(xù)不斷，國內(nèi)目前疫情控制向好的局勢發(fā)展，但部分地區(qū)仍會不時發(fā)生疫情。面對疫情的不穩(wěn)定、不確定的局勢，一定要認(rèn)真的研究科學(xué)和合理的方法，細(xì)致周密地制定好各個地區(qū)的疫情防控措施，確保人們的復(fù)工復(fù)學(xué)萬無一失。新冠肺炎前期的臨床癥狀首要體現(xiàn)為：發(fā)熱、干咳、乏力。因此，在人員出入密集場所的地方，一定需要設(shè)置檢測點進行人員體溫測量[2]。當(dāng)前，大部分的場所使用的都是手持式紅外體溫測溫儀。這種方式增加了疫情工作人員們之間交叉感染的風(fēng)險幾率，并且當(dāng)人流量大的時候，檢測的效率低。工業(yè)生產(chǎn)活動中，大量的設(shè)備機器經(jīng)常處于長期高速運行狀態(tài)，這就導(dǎo)致機器溫度會上升，使用一些熱成像檢測器對這些易高溫的機器進行定時的檢測和監(jiān)控[3]。不僅保證了機器的安全運行，還使在出現(xiàn)異常情況時，能夠及時發(fā)現(xiàn)，清除安全隱患。一旦確定某一溫度超過設(shè)定值，可以設(shè)置報警和消防滅火功能。而且，利用熱成像檢測器還可以對工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品進行質(zhì)量的控制及管理[4]。電力行業(yè)里，在發(fā)電機、高壓輸電線路和配電線路等，都可以使用熱成像檢測器對沿線線路檢查，找出溫度較高的故障地方，及時排查故障，便于減少事故隱患[5]。使用紅外熱成像檢測器對設(shè)備機器進行電力檢測，能讓工作人員遠(yuǎn)離設(shè)備，這種方式安全性比較高。并且這種不與機器進行接觸的測溫方式不會影響到該機器的運行，此檢測方式掃描溫度速度快、精確度高、測溫范圍寬、監(jiān)測準(zhǔn)確定位，及時發(fā)現(xiàn)問題，節(jié)省了工作人員大量時間。經(jīng)科學(xué)驗證，部分傳染性的疾病在病癥發(fā)作時，通常人的身體體溫要比正常時高上一些。紅外熱成像技術(shù)在人體疾病防范地方的使用，主要是通過收集人身體自然發(fā)出的紅外輻射的數(shù)值，經(jīng)檢測器去測量人體的體溫，經(jīng)過對體溫的檢測，去及時發(fā)現(xiàn)體溫不正常的人群，再對這些體溫不正常的人員進行深度篩查，及時的避免了疾病的大范圍傳播，將疾病控制在小范圍中[6]。也可以對部分人群進行體溫監(jiān)控。而且，紅外熱成像檢測器還可以同步檢測到目標(biāo)范圍內(nèi)多人的體溫情況，因此這種檢測器對于人體體溫檢測的效率要比平常使用的體溫檢測的設(shè)備效率高很多。紅外熱成像檢測器的非接觸式人體測溫功能是通過測溫型成像和相關(guān)算法技術(shù)相結(jié)合，被檢測的人員可以在距離檢測設(shè)備5～8米的地方進行人體體溫檢測，這種檢測方式不易引起被檢測人員的反感和恐慌行為，檢測工作人員可以在遠(yuǎn)處迅速進行被檢測人員的體溫篩查，確定溫度不正常的人員，從而實現(xiàn)潛在疫情人員的隔離?？梢栽趥魅静”┌l(fā)早期快速發(fā)現(xiàn)、較早隔離，減少大量人員被傳染問題的出現(xiàn)。這種檢測方式彌補了過去傳統(tǒng)的體溫檢測方式僅針對單體測量，耗時長、還使檢測人員易交叉感染等缺陷之處。這樣可以有效的控制住疫情的擴散，減少人員的大量感染，很適合在航站樓、車站、醫(yī)務(wù)所、超市及學(xué)校等人數(shù)多的公共場所快速進行人體體溫檢測[7]。熱成像檢測技術(shù)的出現(xiàn)，提升了這次疫情檢測的效率，降低了人員交叉感染的風(fēng)險。此次設(shè)計就是根據(jù)目前有些地方人體體溫檢測的時候，檢測人員與被檢測人員相距過近而做出的人體紅外熱成像溫度檢測器。是以GD32F103RET6作為微處理器，配置一種紅外非接觸式的傳感器MLX90640，可以迅速處理檢測到的相關(guān)信息，通過被測人員的身體紅外輻射能量去判定此人的體溫，并以熱力圖的方式顯示，并使用按鍵控制熱力圖像的顯示顏色和使其顯示的圖像不再變化。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及應(yīng)用鄰域1.2.1國外現(xiàn)狀紅外熱成像檢測器于第二次世界大戰(zhàn)的時候，就已經(jīng)被應(yīng)用在軍事鄰域中，這種技術(shù)是靠紅外輻射來進行工作的，它可以士兵們在黑夜的戰(zhàn)場上清晰地觀察到敵軍的行蹤。該系統(tǒng)采用的是無緣接收方式，它可以比無線電雷達等可見光裝置更安全、隱蔽。近年來由于此產(chǎn)品技術(shù)不斷成熟和疫情的不斷爆發(fā)，紅外熱成像檢測器開始在民用鄰域被廣泛應(yīng)用。在全球的市場中，無論是軍事鄰域還是民用方面，美國企業(yè)在全球的市場中占據(jù)了主導(dǎo)的地位，法國、英國、德國、日本、以色列等國的相關(guān)企業(yè)在各自特定的鄰域都有著相對的優(yōu)勢。與國際熱成像檢測器市場比較，國內(nèi)的軍事鄰域由于起步較晚，基礎(chǔ)還不扎實，仍在努力向他國追趕階段。這幾年紅外熱成像檢測器在國內(nèi)軍事和民用方面的使用處于訊速前進的階段[8]。由于美國在紅外熱像方面比其他國家起步較早，所以在生產(chǎn)實力和產(chǎn)品質(zhì)量方面都是遠(yuǎn)超其他國家的。美國的德克薩斯儀器公司是最早研究的這方面的，它首次研究出第一代的軍事領(lǐng)域中的紅外熱成像檢測器。近幾年，歐洲和亞洲的紅外熱成像產(chǎn)業(yè)大步發(fā)展，但從總體上看，規(guī)模與美國進行對比，仍然有著較大的差距。因為各國都限制或者禁止此相關(guān)器件向國外出口，所以大部分的市場都集中在歐美的地區(qū)。預(yù)計在很長的一段時間，美國的紅外熱成像市場仍會占據(jù)主導(dǎo)地位。在民用鄰域的市場中，全球的紅外民用產(chǎn)品企業(yè)有美國雷神、美國FLIR、美國DRS、英國BAE等。1.2.2國內(nèi)現(xiàn)狀中國的熱成像檢測技術(shù)是在20世紀(jì)70年代中期后才逐漸發(fā)展起來的，經(jīng)過科學(xué)家們多年來堅持不懈的奮斗，用自己的技術(shù)方法，中國的科研工作人員已經(jīng)研究開發(fā)出了用于多種地區(qū)和場景的熱成像檢測器和熱成檢測系統(tǒng)。多種具有良好性能的紅外熱成像檢測器被大量地應(yīng)用在中國的國防鄰域民眾的經(jīng)濟基礎(chǔ)建設(shè)上。中國的紅外熱成像檢測技術(shù)與他國相比起步很晚，熱成像檢測器是當(dāng)前一個新興的高科技產(chǎn)品，成功研發(fā)出來的難度大，需要的周期較長，較難具體到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。對于新進入此鄰域的公司，想成功研究出在消防鄰域中使用的紅外熱成像檢測器最少需要2年的時間[9]。在產(chǎn)品研發(fā)出來之后，如何去將其推向市場，還需要營銷渠道。國內(nèi)在紅外成像檢測器生產(chǎn)方面的主要有科研院和公司企業(yè)這兩個部分。國內(nèi)的科研院有中科院上海技物所、兵器工業(yè)凌云集團、兵裝集團湖北華中光電等。雖然國內(nèi)的一些科研場所有紅外熱成像檢測器的部分技術(shù)，且已經(jīng)成功研發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品，但不能夠快速轉(zhuǎn)化為市場上的商品，就缺乏了進一步改進和發(fā)展的機會，所以技術(shù)上未能趕上國際上的先進水平。真正進入了大眾視野范圍內(nèi)是由于近兩年疫情的爆發(fā)，使得紅外體溫計被大面積應(yīng)用。以往，國內(nèi)的大部分企業(yè)從事產(chǎn)品研發(fā)能力弱，沒有較大的國際品牌影響力，性能無法與國際產(chǎn)品形成競爭，許多的相關(guān)企業(yè)都是國外產(chǎn)品的經(jīng)銷商[10]。目前，國內(nèi)紅外熱成像檢測器的產(chǎn)業(yè)競爭猛烈，頭部效應(yīng)開始漸漸形成起來，在全球十強企業(yè)里，中國此行業(yè)的廠家已占據(jù)了四席，這四家企業(yè)是高德紅外公司、?？低暪尽㈩?chuàng)微納公司以及大立科技公司。預(yù)期中國在紅外熱成像檢測器的市場規(guī)模在2025年將會達到123.4億美元，國內(nèi)2022-2025年紅外熱成像市場預(yù)測如圖1.1所示。圖1.1中國2022-2025紅外熱成像市場預(yù)測1.2.3應(yīng)用領(lǐng)域在軍用鄰域方面，如表1.1表1.1軍用鄰域應(yīng)用鄰域主要特征應(yīng)用實例陸地武器應(yīng)用裝甲車、坦克等軍事鄰域車輛的夜晚偵察[11]功能特點提高在夜晚環(huán)境下戰(zhàn)場上的識別能力個人攜帶式武器裝備應(yīng)用反裝甲車式個人便攜式兵器，單兵夜視武器功能特點反坦克個人攜帶式武器可以武器在發(fā)射后能夠自己選擇目標(biāo).具有自己選擇選擇目標(biāo)、選擇瞄準(zhǔn)點等強大的能力。飛行武器應(yīng)用飛機和導(dǎo)彈武器功能特點用來探查、監(jiān)視等，并且有夜晚作戰(zhàn)的能力和在攻擊選擇敵對目標(biāo)之后可以自動追蹤海軍艦艇應(yīng)用軍艦上的紅外成像可以劃分為晚上識別目標(biāo)和射擊時的指揮，用在辨別和跟蹤敵對的低空導(dǎo)彈方面功能特點自動去探查和追蹤目標(biāo)。還能向總控臺中心提供目標(biāo)的方位，可識別海里和島上打過來的導(dǎo)彈在民用鄰域，如表1.2所示：表1.2民用鄰域應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實例預(yù)防維護用于檢查機器設(shè)備運行時的工作狀態(tài)，若機器故障，可將其表現(xiàn)為溫度圖像的形式。根據(jù)測得的溫度與歷史數(shù)據(jù)或標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行對比，可以在機器因高溫毀壞前找到危險地方，提前進行維修保養(yǎng)，從而提高機器生產(chǎn)能力，減少了維修成本和時間制程控制在生產(chǎn)的前期過程中對生產(chǎn)的產(chǎn)品是否合格進行檢測可以有效保證產(chǎn)品的質(zhì)量，可用在工業(yè)生產(chǎn)中幾乎所有的制造過程，特別是用于可視性差環(huán)境下的生產(chǎn)過程建筑檢測用于檢測建筑設(shè)施中電線的不良絕緣、樓層墻壁滲水等研發(fā)通過觀查產(chǎn)品的熱力圖分布狀況圖像去處理其可能會發(fā)生的自熱問題，已在手機零件和家用電器等的研發(fā)中均有采用醫(yī)療檢疫通過檢查人體病變部分的熱力圖分布以及其溫度與正常相比的差異，對人體的病變部位進行檢查，更加精確的定位。醫(yī)學(xué)使用的熱成像技術(shù)在1957年用于探測乳腺癌到現(xiàn)在用于多種疾病的檢查，已經(jīng)開始作為人體表面的腫瘤和一些易發(fā)的皮膚病等方面有效的檢查方式。在2003年的SARS疫情和之后發(fā)生的甲型H1N1流感以及當(dāng)前的C0VID-19新冠疫情檢測治療中，通過使用紅外熱成像檢測器，對發(fā)現(xiàn)人群中的病體、減少疫情的傳播起到了非常重要的作用安防監(jiān)控大量被使用在超市、工廠等有大量人群聚集的公共場所，特別是在夜晚重要場所的防范。2008年在汶川大地震里，紅外熱成像檢測器就被使用在唐家山堰塞湖的日夜安全監(jiān)控方面。警用執(zhí)法通過車載和手持式的紅外熱成像檢測器等，執(zhí)法人員可以在夜晚和天氣惡劣的情況下對罪犯進行搜索、追蹤和定位。搜索救援在發(fā)生地震、火災(zāi)和交通事故等各種危險情況中用在消防等救援單位，快速實現(xiàn)對事故中的人員進行救援邊防和海防巡護在邊防、海防巡護中用于制止部分的人去進行走私、偷渡行為。導(dǎo)航可安裝于汽車以及船只等出行工具上，通過掃描顯示出前方熱力圖，輔助駕駛員對道路判斷，也能夠幫助海洋中船只導(dǎo)航，提前發(fā)現(xiàn)冰山和暗礁等不易發(fā)現(xiàn)的危險地區(qū)。以此來導(dǎo)航前方路況在未來將會擁有非常龐大的市場新市場食品的配送、獸醫(yī)、汽車的保養(yǎng)方面、飛機的檢測、船舶檢測等1.2.4發(fā)展趨勢近年來國內(nèi)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，紅外熱成像行業(yè)取得了很大的進步。當(dāng)前，在紅外檢測器方面，由于受到基礎(chǔ)科研能力以及工藝水平的局限，與國外的產(chǎn)業(yè)仍有一定的差距；但在光學(xué)系統(tǒng)、算法和圖像處理等方面，我國已經(jīng)有了較大的進步，使得產(chǎn)品的整體能夠接近甚至達到國際先進水平，在一定程度上能夠彌補在探測器檢測方面的差距。伴隨著國內(nèi)此技術(shù)的重要環(huán)節(jié)的不斷進步，在未來的時間中，國內(nèi)的紅外熱成像相關(guān)產(chǎn)業(yè)完全能夠?qū)崿F(xiàn)自主發(fā)展,且在社會中擁有巨大的市場[12]。此次疫情的爆發(fā)，紅外測溫的應(yīng)用得到了大量的創(chuàng)新，在生活中發(fā)揮了極大的檢測預(yù)防作用，固定式的紅外熱成像檢測器的測溫范圍非常廣，特別是對人臉部位的溫度檢測成像和在安檢門上放置一種紅外測溫檢測器，可以實現(xiàn)測量體溫和進行安檢的雙重作用。在無人機上填加紅外線測溫機器，在智能的頭盔上使用這種熱成像技術(shù)等等，紅外熱成像測溫檢測器在快速的向著機器智能化發(fā)展，其開始不僅僅作為一個獨立的產(chǎn)品，而是現(xiàn)代各種先進的技術(shù)相結(jié)合，如物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等，相信紅外熱成像檢測器的運用在將來會更加便攜，更加廣泛的使用，種類豐富。這種技術(shù)還可以幫助科學(xué)家們?nèi)ヌ剿饔钪嫘强罩械姆N種奧秘?？梢栽O(shè)想此技術(shù)的使用范圍將會得到更廣闊的研究，推廣以及普及。1.3研究的主要內(nèi)容本次熱成像檢測器的設(shè)計是用GD32F103RET6單片機作為主控單元，結(jié)合了紅外傳感器模塊、USB控制模塊、LCD屏幕模塊與按鍵電路。來進行對周圍的環(huán)境溫度檢測，并將其轉(zhuǎn)換為熱力圖顯示的功能?？傮w工作內(nèi)容主要包括此課題的總體方案的設(shè)計，使用的硬件部分的設(shè)計，運用的軟件部分的設(shè)計以及實物測試。本文在第三章介紹了系統(tǒng)總體方案的設(shè)計部分，在第四章介紹了關(guān)于硬件部分的設(shè)計；第五章是研究了軟件方面的設(shè)計；在第六章是關(guān)于實物測試方面的內(nèi)容。首先，在總體方案的設(shè)計上，根據(jù)此設(shè)計所需的熱成像檢測的功能，確定所需要的各個模塊，用紅外傳感器來接收周圍環(huán)境的紅外信號，用USB模塊來供電，用GD32F103RET6單片機來做主控單元，將接收到的紅外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成熱力圖，再用LCD屏幕來顯示，用按鍵來控制熱力圖的顏色轉(zhuǎn)換。接著將硬件電路完成設(shè)計，用立創(chuàng)EDA軟件去進行電路的原理圖與PCB板的繪制。在使用USB時，需要注意的是需要搭配了一個降壓電路，來將輸入的5V信號轉(zhuǎn)變?yōu)?.3V電壓來給其他器件供電。然后，在硬件電路完成后，便需要程序的使用。用Keil軟件編寫相關(guān)的功能控制程序，其中主要包括算法代碼、顏色代碼、按鍵控制顏色切換的代碼等等。最后，在將電路板上的器件通過焊接后，通過STM32燒錄器將已經(jīng)編寫好的程序下載到電路板上進行調(diào)試。根據(jù)測試的結(jié)果對電路和程序進行一定的改進。

2總體方案2.1設(shè)計要求設(shè)計需具有如下特點：該設(shè)計以GD32F103RET6為控制核心，加上各種外圍電路，如：紅外傳感器模塊電路、USB模塊電路，LCD屏幕顯示模塊電路和按鍵電路。該方案需要具備較低的成本價格，設(shè)計簡單的特點。2.2總體設(shè)計方案該課題是通過使用紅外傳感器去獲得周圍溫度信息，將獲得的信息送進單片機，通過單片機代碼的處理將接收到的被測物的溫度輻射量轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，進行信號的放大、濾波等處理，然后輸入單片機內(nèi)部的16位A/D轉(zhuǎn)換器中獲得相應(yīng)的數(shù)字信號，再將經(jīng)過處理獲得的數(shù)字信號輸入屏幕顯示電路中進行顯示，通過按鍵來切換顯示的熱力圖顏色。并可以通過按鍵能夠使屏幕顯示的熱成像保持不變?？傮w框圖如圖2.1所示：被測環(huán)境被測環(huán)境紅外傳感器單片機Lcd屏幕顯示按鍵圖2.1系統(tǒng)程序總體框圖2.3器件的選擇芯片選用GD32F103RET6，它是32位的單片機，可以快速處理數(shù)據(jù)量大的信息。因熱成像檢測的數(shù)據(jù)量較大，選擇8位單片機或16位單片機會使熱力圖在屏幕顯示時較慢反應(yīng)，會出現(xiàn)一定的延遲，所以選擇32位的單片機。使用的GD32F103RET6單片機是基于ARM的32位通用微控制器，cortexm-M3RISC內(nèi)核，在處理能力，外設(shè)設(shè)置和降低功耗方面具有最佳的比率。它工作運行在108兆赫的頻率下，進行訪問閃存位置時零等待狀態(tài)，可以獲得最高的效率。它提供了3MB的片內(nèi)閃存，以及96KB的靜態(tài)隨機存取存儲器。大量的加強型I\O和外設(shè)引腳連接到2條APB總線，提供了多達三個12位ADC，兩個12位DAC，10個通用16位定時器，2個基本定時器和2個脈寬調(diào)制高級控制定時器。擁有多達3個SPI、2個IPC、3個USARTS、2個UARTS、2個I\S、一個USB2.0FS、1個CAN和1個SDIO的標(biāo)準(zhǔn)和高級通信接口。使用2.6V到3.6V電源供電，測溫范圍為－40℃到85℃。自然界任何物體的溫度若比絕對零度（熱力學(xué)零度）高，其就會向外界環(huán)境發(fā)出一種熱輻射[13]。當(dāng)被測的物體自身溫度不變化時，它的溫度輻射值就會保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。這個時候我們就需要一個紅外傳感器去收集這個熱輻射。紅外傳感器選用MLX90640。單片機通過模擬IIC通信協(xié)議去對其工作模式進行設(shè)置，并可以讀取它相應(yīng)寄存器內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。這種傳感器的教程和參數(shù)都可以在網(wǎng)上輕松找到，便于后期的編程學(xué)習(xí)。這種傳感器是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的，并經(jīng)過完全校準(zhǔn)的熱紅外陣列傳感器，分辨率為32*24像素，使用的是4腳T039封裝和能與I2C兼容的數(shù)字端口。其包含768個熱紅外像素點。包含自身環(huán)境溫度傳感器和VDD電壓檢測ADC。其經(jīng)過I2C接口，能夠直接訪問存儲于內(nèi)部RAM中的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)和紅外陣列情況，以及實時的VDD數(shù)據(jù)。MLX90640有兩個型號，為A型和B型。A型和B型的主要區(qū)別為：1：A型的視場角為110*75°，為廣角鏡頭，要比B型的矮一點，對遠(yuǎn)方物體的捕捉能力低，但視野會比較寬闊。B型的視場角為55*35°，與A型比較而言，拍攝稍遠(yuǎn)的物體效果更好。2：A型的噪聲比較大，而噪聲會影像到絕對溫度和靈敏度，所以在這種情況下B型要好一點。經(jīng)過比較，所以選擇B型的MLX90640作為此設(shè)計的紅外傳感器。MLX90640共有4個引腳，其中有兩個電源，需要3.3V供電，另外兩個引腳是通訊I2C接口，如表2.1所示。I2C支持的最高通訊速率為1MHz，I2C是經(jīng)典的時序，具有很寬的通訊速率范圍，通訊正常在幾十赫茲到兆赫茲的范圍內(nèi)，功耗大約是25mA。對此器件供電必須使用3.3V的電壓，但I2C的兩個引腳可以使用2.5~5V的電壓。表2.1管腳定義管腳名稱功能說明SDAfc串行接口數(shù)據(jù)線（輸入/輸出）VDI)電源正GND電源負(fù)（GND）SCLfc串行接口時鐘線（輸入）此傳感器的最高測量速率為64Hz，同時越快的速率就會帶來越大的噪聲，靈敏度就會被影響導(dǎo)致反應(yīng)變慢，官方的指標(biāo)是每差距1Hz的測量速率時就會影響到0.1℃的測量溫度。測溫范圍是－40~300℃。測溫的精確度會受到成像的區(qū)域的影響，靠近中間位置的區(qū)域會相差0.5~1.0℃，成像的4個角會相差2.0℃，其他區(qū)域約是±1.0℃。當(dāng)傳感器連接上電源后，需要5分鐘左右的時間去達到平衡狀態(tài)，這個時間被稱為熱平衡時間，若未達到平衡狀態(tài)時，測量的溫度會和正確的溫度有一定的差距。每一個MLX90640傳感器都可能存在著無法使用或準(zhǔn)確未達到要求的像素點，其中最多有四個點。這可能是和傳感器的生產(chǎn)過程有關(guān)，畢竟沒有完美的東西。在出廠時，這些達不到要求的像素點都會被記錄到傳感器的EEPROM里，在使用的時候，需要讀取這里面的數(shù)據(jù)，在成像時專門修改一下這些有可能存在的達不到要求的點的數(shù)據(jù)就可以。在這個傳感器的官方API庫里，無法使用的點和準(zhǔn)確度達不到要求的點是不區(qū)分開來的，都是使用這些點相鄰的好的點，然后把這些好的點的平均值去替代壞點的值。MLX90640的外形及管腳如圖2.2所示。圖2.2MLX90640外形及管腳數(shù)據(jù)陣列由768個紅外傳感器測構(gòu)成（每個傳感器也稱作“像素”）。每個像素用它所處的行和列來表示PIX(i,j)，i表示行（1~24），j表示列（1~32）。如圖2.3所示.圖2.3像素點在視域中的位置2.3常用的三種插值算法在對圖像進行數(shù)字化處理的時候，時常會碰到坐標(biāo)取值為小數(shù)的像素點的問題。在遇到這一情況的時候，使用臨近該像素的值，去對此坐標(biāo)進行相關(guān)插值處理。圖像插值算法就是在對目標(biāo)圖像進行縮放的過程中，根據(jù)已有的像素值，經(jīng)過算法生成圖像各個部位的像素值的過程。圖像的相關(guān)插值方法有：最近鄰插值算法，雙線性插值算法，雙三次插值算法以及其他方法。2.3.1最近鄰插值法這種算法與其他算法比較是最簡單的，不用大量的計算，只需要四個與待求像素點的臨近像素，使用其中距離最近的像素灰度值來取代所求像素[14]。設(shè)置待求像素的坐標(biāo)為(x+u,y+v)，【注：整數(shù)數(shù)值x,y表示，在0.1上的小數(shù)值用u，v表示】。這時候待求像素的灰度值是f(x+u,y+v)，選擇離插入的像素點（x+u,y+v)最近的一個像素點，插入的像素點的數(shù)值就用它的灰度值代替[15]。

特點：盡管這種方法的計算量不大，但是會產(chǎn)生插值產(chǎn)生的影像灰度不連續(xù)的問題在灰度變化的地方則會產(chǎn)生顯著的鋸齒形。2.3.2雙線性插值法在像素的點矩陣中，在x方向和y方向使用線性插值。那么先看看一維界面的線性插值，如圖2.4所示。

圖2.4一維線性插值計算方法如下公式（2.1）（2.1）對于二維圖像，如圖2.5所示。圖2.5雙線性插值圖像假如我們想求出某一個函數(shù)f在一點P=(x,y)的數(shù)值，首先假定已知道了該函數(shù)f在Q11=(x1,y1)、Q12=(x1,y2),Q21=(x2,y1)以及Q22=(x2,y2)這四個點的數(shù)值。最普遍的情形，f就是某一個像素點的像素值。首先在x這一方向進行線性插值，可以得到f(x,y1)和f(x,y2)像素值，如公式（2.2）[16]（2.2）接著對y軸方向上的數(shù)進行線性插值，得到P點的像素值，如公式（2.3）（2.3）假定一個源圖像是3*3的圖像，這樣它的中心點坐標(biāo)就是（1，1），需要得到9*9的目標(biāo)圖像，目標(biāo)圖像的中心點坐標(biāo)為（4，4）在進行插值算法的時候，為了使源圖像的像素信息更加平均，最簡潔明了的方法就是將（4,4）這個中心點映射到（1,1）的這個中心點，然后直接使用公式計算srcX=4*(3/9)=1.3333!=1，即在進行插值算法的時候，使用的像素點都位于圖像的右下，而非在圖像種均勻分布。目前，需要將其的中心點處進行對齊，就需要用srcX=(4+0.5)*3/9-0.5=1，這種結(jié)果正好將其中心點對其起來。在圖像處理的時候，我們先根據(jù)srcX=dstX*(srcWidth/dstWidth),srcY=dstY*(srcHeight/dstHeight)通過對目標(biāo)像素在源圖像中的位置進行計算，在此計算的srcX和srcY通常表示為浮點數(shù)的，例如f（1.2,3.2）這個像素點在實際上并不存在，作為虛擬而存在，首先需要確定四個與其接近的實際存在的像素位置：（1，4）（2，4）（1，3）（2，3）寫成f(i+u,j+v)的形式，則u=0.2,v=0.2,i=1,j=3

假設(shè)他們的值為：100200300400根據(jù)上面公式，求得下面的數(shù)據(jù)：x1=1x=1.2x2=2y1=3y=3.2y2=4f(Q12)=100f(Q22)=200f(Q11)=300f(Q21)=400f(R1)=((2-1.2)/(2-1))*300+((1.2-1)/(2-1))*400=0.8*300+0.2*400=320f(R2)=((2-1.2)/(2-1))*100+((1.2-1)/(2-1))*200=0.8*100+0.2*200=120f(P)=((4-3.2)/(4-3))*f(R1)+((3.2-3)/(4-3))*f(R2)=0.8*320+0.2*120=2802.3.3雙三次插值在數(shù)值的分析中，使用雙三次插值也是目前運用于二維空間中最常見的一種算法。在此方法里，函數(shù)f在點(x,y)的值可用一個標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格中的最鄰近的十六個取樣點去進行加權(quán)平均方法求得，在此，采用兩個多項式插值三次函數(shù)，并將其運用于每個方向。2.4選擇的算法本次設(shè)計采用雙線性插值算法對已有的溫度數(shù)據(jù)進行合理地擴充，從而提高圖像分辨率，高低溫分布更加明顯，成像效果更接近真實。雙線性插值方法就是一種很好的圖像放大方法，通過使用了源圖區(qū)域里虛擬位置處周圍的四個實際存在的像素值，它們經(jīng)過算法處理一起去確定在目標(biāo)圖中的某一個位置像素值，所以在放大方面要比最鄰近插值算法要好一些。

3硬件部分設(shè)計3.1總體設(shè)計本設(shè)計的主體是采用GD32F103RET6單片機作為核心，選用紅外傳感器MLX90640模塊、USB模塊、lcd屏幕顯示模塊和串口搭建完整的熱成像檢測系統(tǒng)。該方案使用的是用USB外接5V的電壓，經(jīng)過降壓變成3.3V。MLX90640紅外傳感器首先接受外界信號再傳輸?shù)絾纹瑱C中，單片機中經(jīng)過代碼處理輸送到lcd屏幕進行展示。并通過STM32燒錄器將編寫好的程序下載到已組裝好的電路板中進行調(diào)試。分析實際的測試結(jié)果對電路以及程序等方面進行一定的改進。該設(shè)計方案包括紅外傳感器模塊、單片機控制模塊、USB供電模塊和屏幕顯示模塊以及按鍵電路模塊。3.2紅外傳感器模塊的組成在此設(shè)計中，由一個并聯(lián)電容，兩個上拉電阻和傳感器MLX90640構(gòu)成了紅外傳感器模塊，如圖3.1所示。R1和R2是作為上拉電阻，一端接到電源正極（3.3V），一端接到輸出端，可以穩(wěn)定輸出端的電位，避免懸空，還能夠加強輸出端的驅(qū)動能力。單片機通過模擬IIC通信協(xié)議對其工作模式進行配置，讀取它相應(yīng)寄存器內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。其中SCL引腳與單片機的PC10相連；SDA引腳與PC11端口相連。此傳感器的數(shù)據(jù)手冊中要求VCC引腳需要接3.3V的直流電，其GND引腳要接地，這樣才能正常工作。SCL串口作為時鐘線（輸入），SDA作為I2C串行接口數(shù)據(jù)線，進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，都是雙向的I/O線。接口的電路為開源輸出，就需要加上拉電阻接VCC。在總線處于空閑狀態(tài)，不進行數(shù)據(jù)傳輸時，這兩條線都處于高電平的狀態(tài)。外界紅外輻射信號經(jīng)此傳感器接受，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡蠼?jīng)傳感器內(nèi)部電路進行放大濾波處理后，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸線SDA傳輸?shù)絾纹瑱C中進行后續(xù)處理。圖3.1紅外傳感器MLX90640模塊電路圖3.3單片機系統(tǒng)圖3.2單片機模塊電路圖如圖3.2為單片機部分電路圖。左上角用一個LED燈，有電時亮起，用來判斷是否正常工作，作運行指示。C9組成濾波電路，用來濾波，去高頻，使系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。NTC用于負(fù)溫度系數(shù)檢測，增加溫度信號檢測的效果。并聯(lián)一個電容防止不穩(wěn)定。R3和C8組成復(fù)位電路，使用上電復(fù)位方式，高電平開始工作。通電后R3對C8進行充電，復(fù)位時間約為電容充電時間。部分引腳系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置為VCC和GND，所以在電路圖中將相關(guān)引腳接到VCC和GND上。時間計算：T=1.1RC=1.1*10000*0.0000001=0.0011s=1.1ms。3.4USB模塊圖3.3USB模塊電路圖此系統(tǒng)采用的是外接5V電源供電方式，而單片機和紅外傳感器的最大工作電壓無法承受5V的輸入電壓，從MLX90640傳感器的數(shù)據(jù)手冊和中看到其中的芯片特性參數(shù)要求，支持用I2C通信協(xié)議去讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，但是需要給它3.3V的電壓，以及單片機的工作電壓范圍為2.6V到3.3V正常工作，所以通過在USB模塊中填加降壓電路來將外接的5V電壓降到3.3V。如圖3.3為USB模塊電路圖，由一個USB接口，一個NCP穩(wěn)壓片和并聯(lián)幾個電容構(gòu)成。用USB來外接5v的電源電壓，用U1作穩(wěn)壓片，通過C1、C2、U1、C3和C4組成的電路來使5V電壓降壓變成3.3V的電壓。USBD+、USBD-連接到單片機的PA12、PA11。PA12、PA11的第二功能分別為USBDM/USBDP，可以開啟USB從設(shè)備功能，如虛擬串口，實際在使用中并未用到。3.5LCD屏幕模塊如圖3.4所示為LCD屏幕模塊電路，由一個三極管和一個屏幕構(gòu)成。屏幕用來顯示GD32F103RET6單片機發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)，溫度信息。LCD引腳連接在單片機的LCD總線上面，這種連接方式可以明顯加大LCD的刷屏速度。圖中的LCD_RS、LCD_CS、LCD_RD、LCD_WR連接在單片機的PA2、PA3、PC14_OSC32_IN、PC14_OSC32_OUT上，單片機通過這些引腳傳輸信號用來實現(xiàn)對液晶屏的控制。WR用于寫入數(shù)據(jù)，RD用作讀取數(shù)據(jù)。連接一個NPN三極管，此三極管用作屏幕中的背光燈的控制，屏幕中的背光燈不點亮，屏幕就看不到顯示的數(shù)據(jù)，此三極管連接一個R13電阻，用作限流作用，防止電流輸送過大燒毀屏幕中的背光燈。圖3.4LCD屏幕模塊3.6按鍵電路圖3.5按鍵K1和K2圖3.6按鍵K3和K4通過按鍵電路實現(xiàn)需求功能的實現(xiàn)與控制，切換熱力圖的顏色，按住按鍵使熱力圖界面保持靜止不動，按下按鍵直接關(guān)機。K1,K2按鍵電路如圖3.5。單片機相關(guān)引腳（PA1）在按鍵1未按下時處于高電平，按下K1使其直接連接到地，開始運行，K1按鍵通過輸入一個信號給單片機，來控制單片機運行相關(guān)代碼輸出相關(guān)顏色來使屏幕中熱力圖的顏色切換。K2按鍵暫未賦予其功能。K3,K4按鍵電路如圖3.6所示。K3按鍵按下后，此時單片機相關(guān)接口PA1直接接地，經(jīng)系統(tǒng)設(shè)置此接口為低電平時屏幕息屏，使整個器件直接關(guān)機。K4按鍵按下時，在電路中串聯(lián)了兩個相同的電阻，使此時的接口為按鍵未按下時電壓的一半，經(jīng)程序設(shè)置使屏幕能夠保持當(dāng)前狀態(tài)不變。C10、C11和C12是去耦電容，可以防毛疵波動，C13作為濾波電容，用來防電壓抖動，使系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。3.7總體電路圖圖3.7為此課題設(shè)計的全部電路圖，在立創(chuàng)EDA中繪制完成了此電路圖。圖3.7總體電路設(shè)計原理圖在此總體設(shè)計中，U1是供電模塊，為單片機和電路板上其他器件供電，紅外掃描信號通過U4傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)部，同時按鍵電路發(fā)出信號傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)部。單片機內(nèi)部接收到紅外掃描的數(shù)據(jù)并將其進行插值放大處理，以及按鍵電路輸入的信號后，選擇符合的條件將處理過的數(shù)據(jù)輸出到U2，U2為顯示屏顯示測得的周圍溫度信息的熱力圖像。

4軟件部分設(shè)計4.1使用的軟件本次設(shè)計使用的是一個名為Keil的軟件。當(dāng)開發(fā)需要使用的單片機的時候，采用的是C語言或使用匯編語言，兩者都無法直接燒寫入單片機中，并且編寫的代碼所占用的體積就使單片機無法滿足。因此，必須要有軟件，能夠?qū)語言或匯編語言，通過編譯后生成單片機可以識別運行的二進制代碼[17]。這樣它所占的體積就會變得非常小，就能夠存放在單片機的存儲器中。Keil公司的軟件就能夠?qū)崿F(xiàn)這種功能。它還有很多的優(yōu)點，例如：便于管理建立的工程，能夠自動加載代碼，將代碼編寫，代碼編譯和仿真一體化，在調(diào)試時功能強大等優(yōu)點。UVision軟件包括工程的建立，代碼編寫，代碼編譯設(shè)置，進行代碼下載調(diào)試和進行仿真等功能，uVision這個軟件目前已經(jīng)有uVision2、uVision3、uVision4和uVision5版本，uVision5是最新的一個版本。它是提供一個操作環(huán)境，并不能提供相關(guān)單片機具體的編寫編譯和下載能力，開發(fā)者需要自己添加相關(guān)單片機的庫和燒錄器。本次課題選擇的是最新版本的Keil5。4.2開發(fā)環(huán)境搭配在所選用的芯片官方網(wǎng)址上尋找本次課題的芯片GD32F103RET6的PACK包，直接下載下來并解壓安裝即可，如圖4.1所示。圖4.1安裝GD32F103RET6的PACK包以管理員身份打開Keil5。打開LicenseManagement界面選項（左上角菜單欄中-File-LicenseManagement），如下圖4.2所示。圖4.2打開LicenseManagement復(fù)制CID后，從相關(guān)資料中下載Keil最新注冊機，打開注冊機，將CID粘貼進去，選擇Target為ARM，生成licence。將生成的licence經(jīng)過復(fù)制后，在Keil里打開的LicenseManagement中進行復(fù)制添加。最后如圖4.3所示。圖4.3添加licence4.3主程序框圖程序開始程序開始程序初始化初始化MLX90640讀取傳感器全部點溫度數(shù)據(jù)不成功返回按鍵檢測（改變色彩配置變量）圖像放大色彩配置變量LCD顯示偽彩0LCD顯示偽彩1讀取成功圖4.4主程序流程圖主程序流程圖如圖4.4所示。在程序開始運行時，首先需要初始化GPIO、LCD以及傳感器MLX90640的引腳等等。接著傳感器開始讀取到檢測到的溫度數(shù)據(jù)，若讀取成功，程序向下一步運行，若未讀取成功，則返回重新讀取溫度數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)讀取成功后，經(jīng)過代碼進行圖像放大處理，然后設(shè)置圖像中溫度不同點的顏色數(shù)據(jù)，有兩種顏色，經(jīng)過按鍵處理可以變換顏色。4.4代碼分析4.4.1MLX90640的相關(guān)內(nèi)容MLX90640_SetRefreshRate(MLX90640_ADDR,RefreshRate);MLX90640設(shè)置MLX90640的測量速率（即：每秒測量幾幀數(shù)據(jù)），參數(shù)值可以是0~7代表0.5、1、2、4、8、16、32和64Hz。返回0表示設(shè)置成功，-1表示設(shè)備未應(yīng)答，-2表示重新讀取后發(fā)現(xiàn)不是預(yù)期的值。MLX90640_GetFrameData(MLX90640_ADDR,data.mlx90640_Zoom10);此代碼用于讀取完整的一幀實時測量數(shù)據(jù)，計算所需要的完整的一幀數(shù)據(jù)為834個字(包括832個RAM數(shù)據(jù)和控制寄存器和狀態(tài)寄存器)。如果返回-1表示MLX90640未應(yīng)答，-8表示讀取異常，若返回0或者1表示讀取到了剛剛測量完成的子頁0或者子頁1(讀取成功)，此時參數(shù)framdata數(shù)組即是834個字的實時數(shù)據(jù)。4.4.2插值算法代碼在對獲得的圖像進行目標(biāo)放大處理時，會用到雙線性插值算法，其相關(guān)代碼如下：dst=(data2.mlx90640To[color]*cbufx[0]*cbufy[0]+ data2.mlx90640To[color+32]*cbufx[0]*cbufy[1]+ data2.mlx90640To[color-1]*cbufx[1]*cbufy[0]+ data2.mlx90640To[color+31]*cbufx[1]*cbufy[1])>>20;4.4.3顯示溫度代碼在屏幕中需要顯示屏幕中的最小溫度、最高溫度、輻射系數(shù)、中心點的溫度以及外殼溫度，用到了如下代碼：Buf_ShowString(4,2,"Min:",BUF_BLACK,0);//顯示屏幕中最小溫度Buf_ShowString(230,2,"Max:",BUF_BLACK,0);//顯示屏幕中的最高溫度Buf_ShowString(4,0,"e=0.",BUF_BLACK,1);//顯示輻射系數(shù)Buf_SmallFloatNum(140,0,data2.mlx90640To[368]-400,BUF_BLACK,1);//顯示中心溫度Buf_ShowString(240,0,"Ta:",BUF_BLACK,1);//顯示外殼溫度4.4.4顏色代碼在設(shè)置熱力圖的時需要用到顏色的代碼來將我們獲得的溫度信息轉(zhuǎn)化為顏色在屏幕中顯示，這樣能夠?qū)囟炔煌幰灶伾牟顒e清晰表現(xiàn)出來，一種顏色代碼如下：constuint16_tcamColors1[]={ 0x400F,0x400F,0x400F,0x4010,0x3810,0x3810,0x3810, 0x3810,0x3010,0x3010,0x3010,0x2810,0x2810,0x2810,0x2810, 0x2010,0x2010,0x2010,0x1810,0x1810,0x1811,0x1811,0x1011, 0x1011,0x1011,0x0811,0x0811,0x0811,0x0011,0x0011,0x0011, 0x0011,0x0011,0x0031,0x0031,0x0051,0x0072,0x0072,0x0092, 0x00B2,0x00B2,0x00D2,0x00F2,0x00F2,0x0112,0x0132,0x0152, 0x0152,0x0172,0x0192,0x0192,0x01B2,0x01D2,0x01F3,0x01F3, 0x0213,0x0233,0x0253,0x0253,0x0273,0x0293,0x02B3,0x02D3, 0x02D3,0x02F3,0x0313,0x0333,0x0333,0x0353,0x0373,0x0394, 0x03B4,0x03D4,0x03D4,0x03F4,0x0414,0x0434,0x0454,0x0474, 0x0474,0x0494,0x04B4,0x04D4,0x04F4,0x0514,0x0534,0x0534, 0x0554,0x0554,0x0574,0x0574,0x0573,0x0573,0x0573,0x0572, 0x0572,0x0572,0x0571,0x0591,0x0591,0x0590,0x0590,0x058F, 0x058F,0x058F,0x058E,0x05AE,0x05AE,0x05AD,0x05AD,0x05AD, 0x05AC,0x05AC,0x05AB,0x05CB,0x05CB,0x05CA,0x05CA,0x05CA, 0x05C9,0x05C9,0x05C8,0x05E8,0x05E8,0x05E7,0x05E7,0x05E6, 0x05E6,0x05E6,0x05E5,0x05E5,0x0604,0x0604,0x0604,0x0603, 0x0603,0x0602,0x0602,0x0601,0x0621,0x0621,0x0620,0x0620, 0x0620,0x0620,0x0E20,0x0E20,0x0E40,0x1640,0x1640,0x1E40, 0x1E40,0x2640,0x2640,0x2E40,0x2E60,0x3660,0x3660,0x3E60, 0x3E60,0x3E60,0x4660,0x4660,0x4E60,0x4E80,0x5680,0x5680, 0x5E80,0x5E80,0x6680,0x6680,0x6E80,0x6EA0,0x76A0,0x76A0, 0x7EA0,0x7EA0,0x86A0,0x86A0,0x8EA0,0x8EC0,0x96C0,0x96C0, 0x9EC0,0x9EC0,0xA6C0,0xAEC0,0xAEC0,0xB6E0,0xB6E0,0xBEE0, 0xBEE0,0xC6E0,0xC6E0,0xCEE0,0xCEE0,0xD6E0,0xD700,0xDF00, 0xDEE0,0xDEC0,0xDEA0,0xDE80,0xDE80,0xE660,0xE640,0xE620, 0xE600,0xE5E0,0xE5C0,0xE5A0,0xE580,0xE560,0xE540,0xE520, 0xE500,0xE4E0,0xE4C0,0xE4A0,0xE480,0xE460,0xEC40,0xEC20, 0xEC00,0xEBE0,0xEBC0,0xEBA0,0xEB80,0xEB60,0xEB40,0xEB20, 0xEB00,0xEAE0,0xEAC0,0xEAA0,0xEA80,0xEA60,0xEA40,0xF220, 0xF200,0xF1E0,0xF1C0,0xF1A0,0xF180,0xF160,0xF140,0xF100, 0xF0E0,0xF0C0,0xF0A0,0xF080,0xF060,0xF040,0xF020, 0x0000,0xffff};

5實物測試5.1PCB的制作首先需要根據(jù)設(shè)計好的電路圖，按照元器件與芯片之間的關(guān)系進行合理的布局，盡可能的方便走線，再按照各個器件之間的電氣屬性確定鋪銅位置，去避免死銅的產(chǎn)生。在設(shè)計PCB板時還需要注意走線必須要鈍角，不然會造成酸角，導(dǎo)致內(nèi)部線路腐蝕，另外MCU輸出信號線盡量使線寬線長保持一致，這樣確保信號傳輸?shù)臅r間準(zhǔn)確性。通過在立創(chuàng)EDA中生成3D預(yù)覽圖，如下圖5.1。圖5.13D預(yù)覽圖5.2實物圖根據(jù)繪制的原理圖，購買了所需要的元器件、芯片和屏幕，之后對各個元器件進行了焊接在電路板上，構(gòu)成了總體實物，實物正面圖如下圖5.2所示，USB接口放置在左側(cè)，用于連接5V電壓，經(jīng)降壓為3.3V為電路板上其他器件供電；左上角為串口，用來燒錄程序，中間為單片機作為主控單元，處理收集到的溫度信息，并將其轉(zhuǎn)化為熱力圖在屏幕上顯示。1按鍵用于切換顏色的功能，2按鍵暫未定義功能，按鍵3按下可以直接關(guān)機，按鍵4按下可以使屏幕中的熱力圖靜止。圖5.2實物正面圖反面放置了一個MLX90640紅外傳感器，放置在方面便于收集被測者的信息，方便采集者在正面觀察屏幕中的信息。如圖5.3所示。圖5.3實物反面圖5.3調(diào)試過程在調(diào)試過程中，通過Keil軟件，將STM32燒錄器通過USB接口與電腦連接起來，在Keil中設(shè)置相關(guān)參數(shù)后，把相關(guān)代碼經(jīng)過燒錄進實物中，調(diào)試和下載界面如圖5.4所示；1是下載按鈕，2是單步調(diào)試按鈕。圖5.4調(diào)試和下載驅(qū)動線上有四色的杜邦線，即白色、黑色、棕色、紅色，這四個顏色的杜邦線先連接到STM32燒錄器的相對應(yīng)接口后，再連接到實物板子與之相對應(yīng)上的四個排針上。實物中有六個排針，其中兩個是預(yù)留的串口，是為了方便在調(diào)試過程中打印一些數(shù)據(jù)看看系統(tǒng)的運行狀況。實際連接時將白色線接到單片機的PA14，黑色線接到單片機的PA13口，棕色線接到GND，紅色線接到3.3V的VCC，具體如下圖5.5所示。圖5.5串口接線將串口線連接完成之后就能夠進行相關(guān)程序的下載，在下載完成后便可進行實物的測試。完成后，用一個充電寶5V的輸出電壓給其供電，再經(jīng)實物中的降壓降到3.3V給其他器件供電。經(jīng)測試后，屏幕能夠正常展現(xiàn)出圖像，如下圖5.6所示，是測試人體手溫度的熱力圖。人的手溫度在正常狀況下是35-37度左右，但會受到外界環(huán)境的影響，且影響較大。在夏天時，天氣較熱，溫度就會高一些；在冬天氣溫比較低，手的溫度就會比較低。同樣，若用將手放在熱水或是涼水中時，這時候測得手溫就會和正常時有著很大的差距。也會因人而異，有些人因為陽氣不足時手就會比較涼。此次測試發(fā)現(xiàn)在熱力圖中手心溫度會比手指溫度高，呈現(xiàn)出明顯的紅色，表示此處的溫度與其他地方相比差距較大，有著明顯的溫度梯度。且在屏幕中可以很清晰的觀察到手的輪廓，與周圍環(huán)境的溫度形成對比。圖5.6實物圖如上圖5.6所示，屏幕界面左上角為整個屏幕中所測的最小溫度，右上角是整個屏幕中所測的最小溫度，左下角是此設(shè)計的發(fā)射率，右下角是它的外殼溫度，下面中間位置的溫度表示的是這個屏幕界面中溫度。對于大多數(shù)的紅外熱成像檢測器，需要設(shè)置被測物體的額定發(fā)射率，這個發(fā)射率能夠補償一些材料的表面的紅外輻射能量不充足的情況，此值通常被設(shè)置為0.95。此設(shè)計設(shè)置了兩種顏色，可以通過