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DIY非接触式红外测温仪

发布时间:2021-06-01
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DIY非接触式红外测温仪

发布时间:2021-06-01
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目前,我们正在对抗一种名为新冠疫情 (COVID-19)的隐形怪物,由于感染病例急剧增加,我们正在经历我们这个时代最大的健康危机。COVID-19 感染者的主要症状之一是体温升高,此外还有其他症状,如身体疼痛、呼吸困难。

持续监测体温以在早期发现感染患者非常重要,以便采取适当的药物治疗以快速康复。

普通的红外温度计可以测量新冠患者的体温,也可能传播病毒。手持式温度计的主要缺点是其性能取决于操作者距离病患额头的距离。

为了解决这些问题,我设计制造了一种可以安装在墙上的设备,用于在没有操作员的情况下在公共区域进行发烧筛查。当传感器与额头之间的距离足够时,硬件可以自动测量人体温度。

视频教程:

声明:

该项目的主要灵感来源来自iThermowall项目,我将充分感谢该项目的作者。

我认为这个项目在这个关键时刻非常有用,我可以利用我的技能编写一份 DIY 指南,包括精确的说明和精美的插图图片,以便任何人都可以轻松地重新创建它。
 

所需组件:

1. Arduino Nano

2. GY-906 温度传感器

3. OLED 显示器

4.红外接近传感器

5. TP4056 充电器模块

6. 18650 电池

7. 18650 电池座

8. 5 V DC-DC 升压转换器

9. 翘板开关 -15 × 21 毫米

10. 5 毫米绿色 LED

11. 5 毫米红色 LED

12. 跳线

工具清单:

1. 烙铁

2.线切割机

3. 剥线钳

4. 3D 打印机

第 1 步:工作原理说明

工作原理很简单,红外测温传感器MLX90614在额头与传感器之间的距离(由红外传感器测量)匹配设定值时读取人体温度。传感器读数发送到 Arduino 进行处理,处理后的值显示在 0.96" OLED 显示屏上。

除了 OLED 显示屏外,还使用了两个 LED 和一个蜂鸣器来指示输出。

1、当体温正常时,绿色LED(LED1)亮,蜂鸣器鸣叫。

2. 当体温高于 104 华氏度时,红色 LED ( LED2 ) 会亮起,蜂鸣器会发出较长时间的哔哔声。

第2步:电源

整个电路所需的电源由两节18650电池提供。两块电池并联连接以制作更高容量的电池组以获得更长的备份时间。电池组由 TP4056 充电器模块充电。

使用升压转换器模块(MT3608)将电池组电压升至7V。然后升压转换器的输出连接到 Arduino 的 Vin 引脚。

一个翘板开关放置在充电器模块 TP4056 输出和升压转换器之间。

第 3 步:准备 Arduino 和温度传感器板

为了降低成本,制造商通常会向您发送电路板和接头针脚,但希望您将它们焊接到电路板上。我收到了 Arduino Nano 和 MLX 90614 传感器,但没有焊接头针。

要将排针焊接到板上,首先将排针放在面包板上。这是可选的,但这是确保排针垂直于电路板并彼此平行的好方法,从而可以轻松地将电路板插入其他地方。将电路板放在接头的顶部,针脚穿过电路板上的孔。

使用带有细尖的烙铁,因为您将使用靠近在一起的小零件。焊接结果应该是覆盖圆形焊盘和引脚底部的锥形焊料。不应有任何焊料将两个引脚连接在一起。

第 4 步:MLX90614 红外温度传感器

MLX90614 是一款用于非接触式温度测量的红外测温仪,能够测量 -70 至 380°C 之间的温度。该传感器采用红外敏感热电堆探测器芯片和信号调节ASIC集成在一个芯片中。它基于 Stefan-Boltzmann 定律工作,该定律指出所有物体都会发射 IR 能量,并且该能量的强度将与该物体的温度成正比。传感器中的传感单元测量目标物体发射了多少红外能量,计算单元使用 17 位内置 ADC 将其转换为温度值,并通过 I2C 通信协议输出数据。

传感器测量物体温度和环境温度以校准物体温度值。MLX 90614 传感器可以读取 -40 到 125 ˚C(-40 到 257 °F)范围内的环境温度和 -70 到 380 ˚C(-94 到 716 °F)范围内的物体温度。

红外测温仪与 Arduino 的连接非常简单,因为它像许多其他组件一样使用 I2C 通信接口。
MLX90614 温度计有 4 个引脚:VIN、GND、SCL 和 SDA。

连接应如下所示:

  • Arduino --> MLX 90614
  • 5V ---> VIN
  • 地 --> 地
  • A5 ----> SCL
  • A4 ----> SDA

步骤 5:准备电池组

我们必须将两个 18650 电池并联。我用过的电池槽是一个两槽座,带有独立的接线端子用于连接。要进行并联,请使用一根电线将每侧的两个端子连接在一起。

首先在端子上涂抹少量助焊剂,然后使用电线将它们短路。

接下来将红色延长线焊接到正极端子,将黑色电线焊接到电池座的负极端子。

第 6 步:红外接近传感器

目前,手持体温计在发烧筛查方面非常流行。但是,手持式温度计的性能取决于操作者和到额头的距离。为了克服这些问题,使用红外线接近传感器来测量传感器与额头之间的距离,当距离足够时,将感应并显示温度读数。这样,提高了测量的准确度。

您可以通过调节传感器模块上的电位器来设置接近传感器到物体的检测距离。顺时针旋转电位器将增加检测距离,逆时针旋转将减少检测距离。我已将此距离设置为大约 50 毫米。

连接应如下所示:

  • Arduino -->红外传感器
  • 3.3V ---> VCC
  • 地 --> 地
  • D9 ----> OUT

第 7 步:OLED 显示屏

体温显示采用0.96" OLED显示屏,分辨率为128x64,采用I2C总线与Arduino通讯。Arduino Nanno中的两个引脚SCL(A5),SDA(A4)用于通讯。

我正在使用Adafruit_SSD1306 库来显示参数。

首先,您必须下载 Adafruit_SSD1306。然后安装它。

连接应如下所示:

  • Arduino --> OLED
  • 5V ---> VCC
  • 地 --> 地
  • A4----> SDA
  • A5----> SCL

第 8 步:LED 指示

两个LED用于指示体温是正常还是异常。绿色 LED 指示体温正常,红色 LED 指示异常情况(当温度高于 104 华氏度时)

绿色 LED (LED1) 连接到 Arduino 数字引脚 D3,红色 LED (LED2) 连接到 D5。为了限制 LED 的电流,使用了两个 330 Ω 电阻器。将电阻焊接到 LED 的正极端子。LED 较长的脚指示正极端子。

如上图所示,将 4 根跳线连接到 LED。这里我必须使用母-母跳线,以便于连接。

第 9 步:警报蜂鸣器

为了在人体筛查期间提供警报,使用了压电蜂鸣器。蜂鸣器有两个端子,较长的一端为正极,较短的脚为负极。新蜂鸣器上的贴纸也有“+”标记,表示正极端子。

您可以将电线焊接到蜂鸣器引脚上,或者您可以使用我在这里使用的母跳线。

连接应如下所示:

  • Arduino -->蜂鸣器
  • D7 --> 正极
  • GND --> 负极

第 10 步:准备扩展板

大多数模块和组件都连接到 Arduino 引脚 5V 和 GND。不幸的是,Arduino Nano 只有一个 5V 引脚和两个 GND 引脚,但实际上,我们需要更多这样的引脚来连接组件。为了克服这个挑战,我使用一小块原型板准备了一个扩展板。

除了 5V 和 GND 引脚之外,我们还需要两个 SDA 和 SCL 引脚来连接 MLX 90614 传感器和 OLED 显示器。

在这里,我使用了直角和直公头针。您可以按照上图轻松制作。在每一行中,所有引脚都短路。

第 11 步:制作电路

 

按照上图中给出的原理图制作电路。我已经解释了每个组件和模块的连接细节。为了简单起见,我为您准备了一个面包板电路。

第 12 步:PCB 设计

做完电路,才发现接线真的很乱。为了使布线更干净、更简单,我为这个项目设计了一个定制的 PCB。您可以自由使用我的 PCB Gerber 文件。

(内容转自外文翻译,如侵删)

        

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