基于物联网技术的智能红外测温防疫门禁系统设计与实现.docx

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1、本科毕业恰次fI2C、SPI以及USART,满足各种应用需求，并且支持强大且可靠的外设。3. STM32F103C8T6提供了扩展接口，使得外设能够更加强大且高效，同时可以接入外部存储器以扩展处理能力。4. 多种低功耗模式使得STM32F103C8T6在低功耗的同时保持其性能，从而可以节省能量并延长电池寿命。2.2.2显示屏选择根据设计要求，选择TFT显示屏，该液晶屏为TFT技术，兼具高速度、高亮度和高对比度等突出优点，是当今市场上优秀的1.CD彩色显示设备之一网。此外,该显示屏的显示质量高且可视面积大，具有广泛的应用范围以及良好的画面效果，同时功率消耗小，是一款优秀的显示模块。2.2.3无线

2、传输模块选择根据设计要求，无线传输模块选择的是ESP8266WIFI模块,它具有以下特点:1.ESP8266WIFI模块是一个高度集成的设备，集成了处理器、WIFl模块和外围电路，可直接连接外部设备，无需额外的处理器或电路。2. ESP8266WIFI模块采用先进的功耗管理技术，可在低功耗模式下运行，延长电池寿命。3. ESP8266WIFI模块支持高速传输，最高速度可达72Mbps,可满足大多数应用的需求。4. ESP8266WIFI模块支持多种接口，包括UART、SPEI2C等，可方便地与其他设备进行通信。5. ESP8266具备强大的处理能力，可实现联网功能。2. 2.4模拟门禁选择根据

3、设计要求选择使用SG90舵机模拟智能红外测温门禁系统的门禁模块。当人员通过门禁系统进行访问时，通过温度是否达到温度阈值，单片机控制舵机来模拟门禁的开启和关闭。3. 2.5红外温度传感器选择根据设计要求，选择的M1.X90614红外温度传感是一款集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成芯片的红外非接触温度计，其采用T0-39金属封装，并通过集成低噪声放大器、17位模数转换器和强大的数字信号处理单元来实现高精度和高分辨度的温度测量。4. 2.6温湿度传感器选择根据设计要求我们选择DHTII温湿度传感器，由于它是一款已校正数字信号输出的温湿度多功能复合传感器，具有品质卓越、响应速度快、抗干扰

4、能力强、性价比极高等优点。此外，该传感器还具有超小的体积、极低的功耗、信号传输距离可达20米以上等特点，使其在各类应用场合甚至最为苛刻的条件下也能表现出色，因此是最佳的选择。2. 2.7避障传感器模块选择按照设计要求选择Y1.-62红外避障感应器，该感应器对环境光线适应的能力强，其具有一对红外线光发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线光，当检测方向遇到阻挡物（反射面）时，红外线光反射回来被接收管接收，通过比较器电路模块处理之后，绿色指示灯会亮起。3. 2.8语音播报模块选择JQ8400语音播报模块的最大优势在于其能够灵活地更换内置的SPI-flash语音内容，这一特性优于传统语音芯片的繁琐

5、安装和上位机更换语音内容的方式，从而省去许多不必要的麻烦。SPIF1.ASH可直接仿真成U盘，类似于拷贝U盘一样方便，这一特点使得产品的研发和生产变得更加简单和方便。此外，该语音模组还提供了一线串口控制模式和RX232串口控制模式的可选，为研发人员提供了更多的选择，而且只需通过USB数据线连接模块并插上电脑，电脑即可自动识别模块，不需要任何额外的操作，就能轻松更换语音内容。第3章硬件设计3.1主控模块3. 1.1STM32F103C8T6芯片简介STM32F103C8T6是一款基于ARMCorte-M3内核的32位的处理器，具有执行代码效率高，外设资源丰富等众多优点，采用1.QFP48封装，由

6、意法半导体公司推出，属于STM32系列。工作电压使用范围是2.0V3.6V,工作频率非常高能够达到72MHz,内部结构采用64K或128K字节FlaSh程序存储器，以及高达20K字节的SRAM数据存储器网。实物如图3.1所示。图3.1STM32F103C8T6实物图4. 1.2STM32F103C8T6引脚介绍根据设计要求，本门禁系统采用1.QFP48封装的STM32F103C8T6芯片，该芯片的引脚如图3.2所示S京EBdSn-SBd98d京。一OOB患68dIssIQQ11111111111111111111nn/48474645444342414SM37VBATC13PC13-TAMPE

7、R-RTC匚235PC14-OSC32_IN匚334PC15-OSC32_OUTJ33PDO-OSCJN匚532PD1-0SC_0UTC61.QFP483iNRSTC730VSSAC829VDDAC928PAO-WKUPCio27PA1C1126PA21.225、131415161718192021222324)11n11nnn11nn口VDD_2VSS_2PA13PA12PA11PA10PA9PA8PB15PB14PB13PB12COVg9卜。1.Wo1.1.1.厚厚与淳厚888二K,Wdddddddd8cos0Q-Q-WQ图3.2STM32F103C8T6引脚功能图3.1.3STM32F1

8、03C8T6单片机最小系统单片机最小系统如图3.3所示。图3.3STM32F103C8T6单片机最小系统3.2显示屏模块3.2.11.44寸TFT显示屏简介本设计采用的是一款内置ST7735S控制器的1.44寸彩色液晶显示模块，具有128x128分辨率。此模块支持80808-bit并行接口和3线、4线串行接口，可以选配触摸屏。它展示出高画质、宽视角和65K/262K真彩色，使用FPC连接（可选配连接器），并且能够支持横屏或竖屏显示。其中，TFT代表薄膜晶体管。1.44寸TFT显示屏实物如图3.4所示。图3.41.44寸TFT显示屏实物图3.2.2TFT显示屏功能引脚TFT显示屏模块引脚功能如表

9、3.1所示。图3.1TFT显示屏功能引脚15V电源正极2GND电源地3NC空脚位41.ED背光5SC1.IIC数据线6SDAIIC时钟线7RS数据与命令8RST复位9CS片选3.2.3TFT显示屏模块与单片机接口TFT显示屏模块与单片机接口如图3.5所示。图3.5TFT显示屏模块接口电路图3.3无线传输模块3.3.1ESP8266简介ESP8266是一种独立运行、价格低廉的完整Wi-Fi网络解决方案。它可以直接在ESP8266上运行代码，并作为开发平台来编译和执行代码，这能非常方便快速地验证代码的正确性。ESP8266的尺寸为5x5mm,工作温度范围为-40125。当ESP8266作为设备中仅

10、有的应用处理器时，它可以直接选择从外接闪存中启动。与此同时，ESP8266具有内置的高速缓存存储芯片，可提高系统整体综合性能并减少内存各种需求。其强大的片上处理和存储能力使它能够利用GPIO口高度集成传感器和其他特定设备的应用，并实现最低前期的开发和运行中最低地节省系统资源。ESP8266实物图如图3.6所示。图3.6ESP8266实物图3. 3.2ESP8266引脚功能ESP8266引脚功能如表3.2所示。引脚号引脚名称功能说明引脚号引脚号功能说明1GND接地2GPIO02通用IO3GP100工作模式选择4RXD串口数据接收5VCC电源6RST复位7CH_PD使能8TXD串口数据发送3 .3

11、.3ESP8266与单片机接口ESP8266电路图如图3.7所示。GND1GNDTXDGPIO2CH_PDGP100RSTRXDVCC8WRX27364IJ.JVWTXESP8266-WiFi模块图3.7ESP8266电路图4 .4模拟门禁模块3.4.1SG90舵机模拟门禁模块简介SG90舵机是一种适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统的位置（角度）伺服驱动器。该舵机可以根据控制信号输出指定的角度，并且控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PwM）信号，对应的舵盘角度范围为0到180,呈线性变化网。一旦给予一定脉宽的控制信号，该舵机输出轴将保持在对应的角度上，直到下一次给予脉宽不同的控制信号

12、才会改变输出角度到新的对应位置。无论外界转矩怎样改变，该舵机都会保持在设定的角度不变。SG90舵机实物图如图3.8所示。图3.8SG90舵机实物图3.4.2SG90舵机与单片机接口SG90舵机电路图如图3.9所示。GND舵机图3.9SG90舵机电路图3.5红外温度传感器模块3.5.1M1.X90614红外温度传感器模块简介该设计采用的红外测温模块为M1.X90614传感器，具备非接触、小体积、高精度、低成本等优点，并在出厂前进行了校验和线性化。该传感器利用被测物体的红外辐射能量来确定其温度，无需接触被测物体，因此不影响其温度分布场。此外，该传感器响应速度快，温度分辨率高，测温范围广，不受温度上

13、限限制，且稳定性良好。该传感器适用于多种场合，如车载空调、供暖设备、家用电器、手持设备和医疗设备应用等9QM1.X9O614红外测温传感器顶视图如图3.10所示。3-PWM2-SC1.4-VDD1VSS图3.10M1.X90614红外测温传感器顶视图1.1.2 M1.X90614红外温度传感器引脚功能M1.X90614红外测温传感器引脚功能描述如表3.3所示。表3.3M1.X90614红外测温传感器引脚名称功能描述VSS电源地，金属外壳和该管脚相连SC1.ZVzSMBUS接口的时钟信号，或8-16V电源供电时接三极管基极PWM/SDAPWM或SMBUS接口的数据信号，通常模式下从该管脚通过PW

14、M输出物体温度VDD电源1.1.3 M1.X90614红外测温传感器与单片机接口红外测温传感器电路图如图3.11所示。图3.11M1.X906I4红外测温传感器电路图3.6 温湿度传感器模块3. 6.1DHT11温湿度传感器模块简介DHTll温湿度传感器是一款准确度较高的数字信号输出传感器，其在湿度方面的准确度为5%RH,在温度方面的准确度为2期，并且其量程分别为5-95%RH和-20+60。此外，该传感器已校准，能够提供高质量的温湿度测量数据。DHTIl温湿度传感器实物图如图3.12所示。图3.12DHTIl温湿度传感器实物图4. 6.2DHTII温湿度传感器引脚功能DlITll温湿度传感器

15、引脚功能如表3.4所示。表34DHTll温湿度传感器引脚PlN（引脚）名称说明1VCC供电引脚2DATA温湿度数据输出3NC空置引脚4GND地线引脚，接电源负极5. 6.3DHT11温湿度传感器与单片机接口DHTll温湿度传感器电路图如图3.13所示。图3.13DHTll温湿度传感器电路图3.7 红外避障传感器模块3.7.1Y1.-62红外避障传感器模块简介Y1.-62红外避障感应器具有优异的环境光线适应性和一对红外线光发射和接收管。该传感器发射一定频率的红外线光，当探测路径有阻挡物（反射面）时,红外线将被反射回来并被接收管接收,通过比较器电路处理后，绿色指示灯亮起,并通过信号输出接口输出数字

16、信号（一个低电平信号）。本文介绍了这种传感器的特点及适用场景。该感应器可调节检测距离，有效距离区域范围为2-80cm,工作电压为3.3V5Vw1.与此同时，该感应器还具有抗干扰性能好，加装方便,使用方便等特点。鉴于这些优点，该感应器可广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线生产计数以及黑白线循迹等众多场景。Y1.-62红外避障传感器实物图如图3.14所示。图3.14Y1.-62红外避障传感器实物图3.7.2Y1.-62红外避障传感器与单片机接口Y1.-62红外避障传感器电路图如图3.15所示。VCCPl-GND图3.15Y1.-62红外避障传感器电路图3.8语音播报模块3.8.1JQ8400语音

17、播报模块简介JQ8400语音模块融合了一个16位MCU和一个专门用于音频解码的ADSP,采用硬解码技术，从而更可靠地保证了系统的稳定性和音质，同时其小巧的尺寸也适用于其他产品的嵌入需求。最大的突出优点是可以更容易替换SPI-Aash中的语音内容，避免了采用传统语音芯片时还要利用上位机进行烦锁更换的问题。SPI-flash直接模拟成U盘，非常方便实用，使得产品设计和生产变得更简单方便。JQ8400语音播报模块实物图如图3.16所示。图3.16JQ8400语音播报模块实物图3.8.2Q8400语音播报模块引脚功能JQ8400语音播报模块引脚如表3.5所示。表3.5JQ8400语音播报模块引脚1ON

18、E1.INE一线串口脚2BUSY忙信号脚,播放时为高,其它为低3RX芯片串口接受脚,接MCU的TX脚4TX芯片串口发送脚,接MCU的RX脚5GND芯片数字地6DC-5V芯片供电脚33S0V7DAC-RDAC音频输出右声道8DAC-1.DAC音频输出左声道9SPK-按喇叭1()SPK+3.8.3JQ8400语音播报模块与单片机接口JQ8400语音播报模块电路图如图3.17所示。图3.17JQ8400语音播报模块电路图第4章软件设计4.1 系统主程序设计流程图系统上电后会自动复位进入复位中断程序，然后复位中断程序引导进入main函数执行，首先执行初始化操作，初始化单片机内部寄存器，对单片机工作主频

19、、模式等做配置，然后初始化各个模块。初始化各模块成功以后TFT显示READY等待WiFi连接成功。然后系统进入While(I)循环检测，温湿度传感器实时监测环境温湿度并显示，红外传感器监测是否有人要通过，如果红外传感器触发进入红外测温程序，判断人体温度是否正常，若体温正常驱动舵机控制门锁打开且语音播报体温正常,人流量计数加一，否则打开语音播报报警并驱动舵机关闭，最后将数据通过WiFi远程发送到OneNET云平台显示。具体流程如图4.1所示。图4.1主程序流程图4.2 WiFi通信程序设计通过WiFi连接互联网实现连接OneNET物联网平台远程通信。模块将需要发送的数据包按照协议要求进行封装，数

20、据通过UART接口传输到模块，模块会将数据自动发送到提前设定的OneNET物联网平台绑定的产品设备中，因此对该部分的开发并不需要设计者进行深入研究也可达到预期效果，原理在于模块内部携带完整的MQn协议，不需要再单独发送中转。只需要对UART通信接口实现控制，即可完成对数据的传输。此外数据的接收方式为突发式，该模式会在循环的过程中丢失部分数据包，或发生错乱数据包等情况，为避免该种情况的发生，选择UART中断模块，以此解除对主程序循环的干扰，将接收到数据和记录在RAM中断中缓存，以实现数据传输完成并对数据进行解析。流程图如图4.2所示。图4.2WiFi通信驱动程序流程图4.3 红外测温传感器程序M

21、1.X90614的驱动程序重点涉及对IlC的数据读写。该红外感应器采用HC总线通讯，其中一个引脚为时钟脚，另一个为数据脚，因此许多操作都是依赖于引脚高低电平的时长来完成的。为了更好的与M1.X90614完成通讯，我们也需要查阅其数据手册并对IIC时序进行代码编程。驱动M1.X90614读取温度的第一步是对其采取初始化操作，以求其开启工作阶段并准备确立通讯。接着等待M1.X90614数据引脚传来反应信号电平，并检测到其反应后，将循环读取温度数据的每一位的具体高低电平，并组成一个16位的数据,能够利用计算处理该数据，以获得最终的温度值。驱动流程如图4.3所示。图4.3红外测温传感器驱动程序流程图4

22、.4 TFT显示屏程序TFT显示屏的驱动程序分为两部分，底层部分是与硬件相关的代码，显示屏的数据通信是通过控制显示屏的时序逻辑，通过SPl时序总线完成，且需要配置好单片机引脚，并将SPI内部外设以达到通信，随后根据显示屏的数据手册中的通信时序和显示屏的内部寄存器定义，完成对底层代码的编写。在此基础上实现对显示屏的控制与初始化功能并配置成需要的工作模式。上层部分是开发者从应用层面来开发的接口程序，也称上层驱动程序，想要实现TFT相关功能只需根据不同的接口代码，根据所要实现的功能来协调汉字显示、画线和图片显示等功能函数。TFT驱动程序流程去如图4.4所示。图4.4TFT显示屏驱动程序流程图4.5

23、语音播报驱动程序JQ8400模块和单片机使用UART接口连接，所以对JQ8400的驱动主要是编写单片机UART接口驱动程序，编写UART驱动程序主要分为两部分，底层部分程序是对单片机UART相关寄存器进行初始化配置，确定UART接口的波特率为9600bps,数据位8位，停止位1位，无奇偶校验位“儿配置好UART接口底层驱动程序后即可编写上层驱动程序，这部分程序需要结合JQ8400数据手册要求的数据格式，将常用的指令通过数组保存好，然后通过底层UART发送给数组里保存好的固定的指令数据就可以实现对应的控制功能。语音播报程序驱动流程图如图4.5所示。图4.5语音播报驱动程序流程图4.6 舵机驱动门

24、锁程序舵机的驱动与PwM占空比有密切关系，舵机转动的角度与PWM占空比成对应关系I，在设计用于模拟过程，舵机驱动较为简单，在使用中可以完美的融合单片机相关应用与功能，对外输出的PWM信号经过单片机TlM4对外输出，PWM信号则是通过单片机的相关引脚如P8来实现对舵机的控制，将PWM信号设置为和舵机输出一致的频率，舵机输出频率为50赫兹，可通过库函数进行配置。舵机驱动门锁程序流程图如图4.6所示。图4.6舵机驱动程序流程图4.7 红外避障传感器驱动程序红外避障传感器根据对外输出的电平信号高低来区分红外检测是否被触发，当电平信号为低电平状态时，则说明有人经过触发了红外检测，反之，当电平信号为高电平

25、状态时，则尚未触发。对该部分的判断仅需要对引脚输出的高低电平信号进行判断,在程序上先对引脚设置为上拉模式，则引脚的电平为高电平状态,然后会进入到电平跳脚阶段，这一过程是由高电平转为低电平的过程，当电平变低时会处于等待期，用于延时消除抖动，预防误触发的情况，在另一方面也避免了对电源供电的噪音影响，减少其他的不可控因素的干扰，在延时后对引脚的电平状态进行判断，更大的提高了判断的准确性。程序流程图如图4.7所示。图4.7红外对管驱动程序流程图4.8 DHTll驱动程序DHTll电路连接通过单总线方式连接到单片机，模块的数据传输与信号接收都系于一个重要的引脚，对DHTIl温湿度模块的驱动即是对引脚的读取，对该模块的控制是对引脚高低电平变化和时长来控制的，对各项操作的准确控制需要对时间的精准度严格把控，延时根据数据手册对时序进行精准把控，以实现对DHTll模块的控制，驱动模块读取温度与湿度的相关数据，提前对模块进行初始化操作，当模块进入工作状态后，建立通讯，等待输出的引脚应答高低电平信号。在接收到信号后会对温度与湿度数据循环读取，读取对应的高低电平变化，在读取完成后会得到16位的数据组合，并对数据进行分析得出具体的温湿度数值。具体DHTIl读取数据程序流程图如图4.8所示。