一、 額溫槍的開發(fā)背景
新型冠狀病毒肺炎疫情來勢兇猛，自2020年初在全球大規(guī)模爆發(fā)。在疫情防控需求下,抗疫初期紅外測溫槍供應(yīng)嚴重不足, 額溫槍是一種能夠精準測量人體溫度的的醫(yī)療設(shè)備，主要是通過人體的幾個部位來測量，如測量耳朵溫度、測量額頭溫度。這幾個部位是直接反應(yīng)人身體因為疾病出現(xiàn)的發(fā)燒發(fā)熱的現(xiàn)象，額溫槍是在距離患者1到5cm進行測量，不會直接接觸患者，從而杜絕病毒或者細菌類傳播的疾病。它的基本原理也很簡單：當物體的溫度高于“絕對零度”，即-273℃時，物體會向外輻射紅外線。使用紅外線探頭獲得不同物體的紅外光線強度，經(jīng)過放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，即可將溫度數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示器上。本方案講述一款國產(chǎn)集成24位ADC的SOC芯片SDI5229TS開發(fā)的額溫槍方案，該SOC芯片內(nèi)置3通道24位Sigma-Delta高精度低電壓24位ADC、4COM*20SEG液晶驅(qū)動、30K 字節(jié) Flash、768 字節(jié)RAM等外設(shè)，能夠滿足額溫槍方案、紅外測溫方案的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)顯示的要求。
二、 設(shè)計的原理
1、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖
圖1
如圖1所示，整個系統(tǒng)由電池、MCU、LCD屏幕和背光板、按鍵、蜂鳴器、傳感器組成DEBUG。
2、硬件設(shè)計及原理
2.1系統(tǒng)電源
圖2
電源部分由2節(jié)7號小電池供電，經(jīng)過一個33uF濾波電容向芯片的模擬部分和數(shù)字部分電路進行供電，由此分為兩路，一路經(jīng)過阻容濾波向模擬部分AVDD端口進行供電，一部分經(jīng)過電感向SVDD提供電源來進行升壓給數(shù)字部分端口進行供電。
2.2MCU
MCU型號為SDI5229TS，是一款內(nèi)置24位高精度ADC的SOC芯片，可以1.8V的超低電壓工作，是一款功耗的SOC芯片。該芯片廣泛應(yīng)用在電子秤、氣壓計、血壓計、額溫計等微弱信號測量及工業(yè)控制場景下，其特點如下：
1、 工作電壓: 1.8V - 5.5V、（休眠功耗通常STOP2模式：< 4uA）
2、 有30K 字節(jié) Flash、768 字節(jié)RAM
3、 9.83MHz 內(nèi)部RC震蕩(可倍頻至19.66MHz) 1T 指令周期
4、 3通道24位Sigma-Delta高精度低電壓ADC
5、 液晶驅(qū)動：可配置80點（4*20） 的液晶驅(qū)動
6、 內(nèi)置升壓模塊
7、 8通道8位低精度ADC
8、 IO口：35個通用IO、可配置IO驅(qū)動強度
9、 3個16 位定時/計數(shù)器
10、13個中斷源，3級優(yōu)先級：可配置掉電中斷
11、通訊接口：1組UART、1組I2C接口
12、看門狗集成：定時喚醒、計時功能
13、2路16位脈寬調(diào)制（PWM）輸出
14、內(nèi)置ISP功能（SDA、SCL兩線燒錄）
2.3LCD屏幕
圖3
SDI5229TS內(nèi)部自帶LCD驅(qū)動器，使用時打開相應(yīng)配置便可完成最大4com*20seg的液晶驅(qū)動無需額外增加液晶驅(qū)動模塊，且驅(qū)動模式可選。
2.4按鍵
圖4
SDI5229TS單片機IO眾多，除開驅(qū)動液晶的IO口，剩下的IO口一些有特殊功能方便用戶拓展，分別是串口、8位AD、PWM、中斷IO足以滿足多數(shù)情況下的拓展應(yīng)用。
2.5蜂鳴器
圖5
如圖5將FMQ接到單片機pwmIO口便可實現(xiàn)常用蜂鳴器頻率。
2.6傳感器
圖6
SDI5229TS 帶有3通道24位Sigma-Delta高精度低電壓ADC，如圖6所示，通過R6、R13、R16、R18四個電阻為熱釋電紅外傳感器的紅外電壓信號輸入端提供一個偏置電壓及電流回路，經(jīng)過1nF電容進行濾波送入24位ADC一通道進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到TP+對TP-的電壓。通過R1以及R19兩個匹配電阻對熱釋電傳感器的NTC進行匹配得到阻值，隨后通過查表計算得到傳感器所在的環(huán)境溫度。至此完成信號的采集。此電路適配多數(shù)熱釋電紅外傳感器。用戶只需提供RT表便能實現(xiàn)傳感器的適配。
2.7 DEBUG
Debug包含SDI5229TS芯片的燒錄口和串口。
三、整體硬件設(shè)計原理圖
圖7
整體硬件設(shè)計原理圖如圖7所示。
四、軟件流程圖
圖8
程序流程圖如圖8所示、上電后初始化單片機IO口、定時器、中斷，并讀取校準數(shù)據(jù)，初始化完成之后進入大循環(huán)。循環(huán)第一步喂狗和增加休眠計數(shù)器，隨后檢測是否有按鍵按下，如果有按鍵按下則判斷按鍵類型，來進行按鍵處理，主要包括測溫、模式切換、記憶查詢、校準模式進入等，如果沒有按鍵按下則判斷休眠計數(shù)器是否達到了門限，未達到則返回喂狗處理和增加休眠計數(shù)器。達到了則關(guān)閉耗電外設(shè)并準備進入休眠模式。休眠后可以通過按鍵按下產(chǎn)生的中斷來喚醒單片機回到大循環(huán)。
五、總結(jié)
SDI5229TS芯片在24位ADC的支持下可以以較高精度來對信號進行采集，用在額溫槍或者紅外測溫方案上可實現(xiàn)溫度分辨力0.1℃，在35.0℃-42.0℃溫度顯示范圍內(nèi)，誤差在±0.2℃以內(nèi)。芯片自帶30kflash，可以滿足100組數(shù)據(jù)循環(huán)存儲，同時芯片內(nèi)部集成LCD驅(qū)動模塊來解決測量顯示問題，芯片還可在寬電壓范圍下工作典型值為1.8v~5.5v，其休眠時電流也可以做到4uA左右，芯片運行穩(wěn)定，抗干擾能力強，可靠性高，所用外部電路簡單，成本較低，具有很好的應(yīng)用前景。
