采用STM32F103芯片的红外测温仪设计

和CX20106A芯片组成。超声波接收传感器TCT40-R将所接收的反射的超声波信号转换成电信号，经CX20106A芯片放大、整形后输出下降沿脉冲给STM32F103控制器的外部中断端口CSBR。

环境温度传感器选型

为了保证距离测量的精度，首先要保证超声波传播速度稳定准确。造成超声波测距误差的主要原因是温度变化，因此，必须对超声波速度进行温度补偿。根据物理学原理，超声波传播速度与摄氏温度的关系式为：

红外测温仪在测量环境温度时选用数字温度传感器DS18B20^[6]。DS18B20是一种智能化数字式温度传感器，全部传感元件及转换电路集成在集成电路内。DS18B20测量温度是采用了片上温度测量专利技术，DS18B20传感器内含两个温敏振荡器，它们的温度系数不同，其中，温敏振荡器1相当于测温元件，而温敏振荡器2相当于标尺，温度值是通过对温敏振荡器进行计数获得的。通过不断地比较两个温敏振荡器的振荡周期，得到两个温敏振荡器在测量温度下的振荡频率比值，根据频率比值和温度的对应曲线，得到相应的温度值。该红外测温仪的DS18B20环境温度测量电路如图4所示，为了实现DS18B20的数据通信，DS18B20的数据端DQ连接到STM32F103控制器的一个GPIO端口，并且DQ端接4.7K的上拉电阻以增加数据通信的稳定性;VCC端外接电源。

STM32F103芯片外围电路设计

电源电路设计

STM32F103芯片的工作电压为2.0~3.6V，为了满足系统要求，该红外测温仪采用低压差电源芯片SPX1117M3-3.3，提供稳定的3.3V电压，最大800mA的输出电流，该红外测温仪的电源电路如图5所示。SPX1117是Sipex半导体公司推出的低功耗正向电压调节器，具有高效率、小尺寸、低功耗、可替代等优点。

时钟模块与复位模块设计

STM32F103芯片的时钟模块主要有8MHz系统主时钟和32.768kHz实时时钟，当8MHz的系统主时钟信号送入STM32F103芯片后，就进入时钟发生模块，由锁相环进行倍频和同步处理，得到PCLK、UCLK、FCLK和HCLK时钟信号。其中，PCLK信号主要供给访问APB总线的外设;UCLK主要供给USB模块需要的48MHz时钟;FCLK主要供给Cortex-M3内核;HCLK供给中断控制器、USB主机模块、DMA控制器、存储器控制器和AHB总线。

该红外测温仪复位模块采用MAX706集成复位监控芯片，MAX706芯片具有高性能、低成本的优点，它集成了手动复位输入模块、供电失败比较器、看门狗和uP复位模块，降低了系统电路的复杂度，提高了系统的准确性和可靠性。

人机交互电路设计

该红外测温仪的人机交互电路如图6所示，包含液晶显示器、按键和蜂鸣器电路。

红外测温仪的显示部分采用通用1602字符型液晶屏OCM2X16A，主要由液晶显示屏、控制器、驱动器和偏压生成电路组成，它是可以显示两行的点阵型液晶模块(每行16个字母、数字和符号)。OCM2X16A采用标准16位接口，分别是：电源地Vss;电源正极Vdd;对比度调整端VO;寄存器选择引脚RS;读写控制引脚R/W;使能端E;8个数据总线接口DB0~DB7;背光引脚LED+和LED-。OCM2X16A采用4位数据传输模式，控制端RS、R/W、E分别与STM32F103的PA14、PA15和PB3引脚相连接，高数据位DB4~DB7分别与PB4~PB7引脚相连接。

按键接口可分为独按键接口和矩阵按键接口。独立式按键接口适用于按键数较少的场合;矩阵按键适用于按键数较多的场合。STM32F103芯片有数量较多的GPIO，且需要的按键数较少，因此，该测温仪采用两个独立式按键(开关键和测量键)，每个独立按键各占用一个GPIO，每个GPIO配置为输入上拉模式，当按键被按下时，相应的GPIO由高电平跳变为低电平，因此，要确定按键是否按下，只需判断相应GPIO引脚的电平状态即可。

蜂鸣器是一种电子讯响器，广泛应用于电子产品中作发声器件。该红外测温仪采用STM32F103芯片的GPIO驱动有源直流蜂鸣器，通过STM32F103控制器控制GPIO引脚电平的高低来驱动蜂鸣器鸣叫，起提示用户测量结束的作用。

红外测温仪软件设计

红外测温仪采用ARM公司的Real View MDK集成开发环境进行软件设计，主要采用C语言进行模块化设计。红外测温仪软件设计流程如图7所示，主要包括初始化模块、液晶显示模块、按键扫描模块、环境温度测量模块、超声波测距模块、红外温度测量模块以及蜂鸣提示模块等。初始化模块完成定时器、GPIO、I2C、中断等设置;按键扫描模块检测按键是否按下，从而触发外部中断，并执行红外温度测量功能;环境温度测量模块对DS18B20传感器进行读写操作，读取数据并转化为环境温度值，完成超声波速度的环境温度补偿;超声波测距模块完成发射、接收超声波的计时以及计算超声波传播距离;红外温度测量模块按照I2C总线方