非接触式红外额温计方案

方案简介：非接触式红外额温计是一种利用现代传感器测量技术、微电子技术等技术手段对被测对象进行温度测量的新型仪器。当红外额温计对准并靠近被测对象至数字接近式传感器检测的有效距离时，按下电源/测量键，并保持若干秒，则红外额温计内部的红外传感器模块就会进行温度采集，并转化为电信号，随之将电信号转换为数字信号，而后通过通信接口传输到单片机。单片机通过数字温度传感器采集当前环境温度对传输的温度数字信号进行相应温度补偿处理，并把修正后的温度作为当前记录编号存储，同时判断该温度所处的LCD背光范围，从而进行相应的背光显示：（35.0-37.4℃）体温正常绿色背光、（37.5-37.9℃）体温偏高黄色背光、（38-42.9℃）体温超高红色背光，若体温异常同时还会进行“嘀嘀嘀嘀嘀”报警，最后语音播报当前温度。当超过30 秒不使用，自动进入低功耗模式省电。

方案硬件框图：本非接触式红外额温计方案由超低功耗、高安全性的MCU:RJM8L151、电源模块、按键模块、红外传感器模块、温度传感器（模块）、数字接近式传感器模块、环境温度传感器、语音模块、喇叭及LCD显示模块组成，其硬件框图如下所示：

1.微控制器MCU

采用武汉瑞纳捷电子技术有限公司推出的超低功耗、高安全性的RJM8L151系列MCU。该芯片具备出色的运行和待机功耗表现，支持4路IO唤醒芯片，内部集成了12位高精度逐次逼近型ADC、2通道的多功能比较器、定时器、实时时钟(RTC)、看门狗定时器(WDT)、电源可编程电压检测（PVD）、中断控制器、硬件真随机数发生器、AES/DES/SM4硬件加密引擎及通信接口： UATR、SPI、IIC、GPIO、ISO7816、JTAG等模块，具有性价比高、存储容量大、安全性高，功耗低、接口丰富等特点。芯片支持采用KeiluVision或IAR集成开发环境开发调试应用代码。RJM8L151系列安全MCU的硬件框图如下图所示。

2.电源模块

采用2节AAA规格的干电池供电，利用电压转换芯片维持电源模块的输出电压，以保证MCU、红外传感器、数字接近型传感器、语音芯片、LCD屏等模块在电池电压下降的情况下正常稳定工作。

3.传感器模块

3.1 体温传感器模块可以选择两种不同的策略：

A）采用集成红外感应模块，模块包括红外热电堆传感器和专用处理芯片，优点是电路稳定、接口简单、便于调试，不足是价格较高。传感器信号可选用MLX90614、HMS K1C1 F5.5以及10TP583T等，其中举例如下：

红外传感器MLX90614的红外感应部分为81101热电单元， 81101为红外热电堆传感器，其接收目标物体的红外辐射信号，然后通过内部DSP信号处理专用集成芯片MLX90302与17-bit ADC进行信号放大，信号处理等过程，由 PWM或SMBus方式输出（与标准速度IIC兼容）测量精度可达0.2%，测量速度快，低功耗MLX90614支持睡眠模式。数字温度传感器主要用于测环境温度，以便红外传感器作温补提升精度，数字接近型传感器用来检测测温时的有效距离

B）采用热电堆传感器+外围电路，优点是成本较低，不足是小信号放大和处理电路、温度补偿电路需要仔细设计和调试，产品设计周期较长。传感器信号可选用MTP10-B7F55、RTP678等、其中举例如下：

采用桑尼奇的MTP10-B7F55，可以实现快速、高精度测温，其内置NTC可以实现环境温度测量来进行温补以提升精度，其应用方式可以灵活选择，原理如下：

（a）软件温度补偿（b）硬件温度补偿

（c）模拟接口（d）数字接口

3.2数字接近型传感器

用来判断被测物体与PIR传感器间的距离，只有在最佳物距比的情况下才启动测量，保证测量数据的准确性，例如TMD26721。

3.3 环境温度传感器

其作用是获取测量时的环境温度，以此从红外温度传感器的测量值中剔除环境温度，得出被测人体温度，对红外温度传感器做补偿。有的环境温度传感器被集成到热电堆传感器中，如MTP10-B7F55。

4.按键模块设计包含5个独立按键，分别为电源/测量键、SET键、UP键、DOWN键、MODE键，其中前4个键都有休眠唤醒功能。

电源/测量键：按下按键进行休眠唤醒后MCU执行一次温度测量，完成后显示当前温度

SET键：按下按键进行休眠唤醒后，进入功能设置模式，每按1次依次对应以下功能:

F1 显示单位切换：默认为°C，按下UP键则切换为°F，按下DOWM键则切换为°C

F2 语音播报开关ON/OFF：默认开ON,按下UP键则切换为ON，按下DOWM键则切换为OFF

F3 删除温度记录

UP键：从当前温度记录往上翻，直至温度记录32，再翻一次转到温度记录1

DOWN键：从当前温度记录往下翻，直至温度记录1，再翻一次转到温度记录32

MODE键：人体/体表模式切换

5.语音模块

采用用语音芯片WTN1010/VC505来存储语音片段，如‘十点’、‘℃’、‘℉’、‘一’、‘二’、、、‘九’、‘嘀嘀嘀嘀嘀’等，通过选段播放并凑起来形成完整语音，驱动喇叭发声

6.LCD显示模块

采用RFD-TA20001ZT-11来显示当前温度、当前记忆温度、测量模式、电池状态、语音开关状态等信息

方案功能规格：

1)测量方式：非接触式

2)测量距离：3~8CM

3)测量模式:人体模式:32.0-42.9℃(89.6-109.3°F)

体表模式:0.0-99.9℃(32.0-211.9°F)

4)测量时间：<6s

5)测量准确度：±0.2℃(35.0°-42.0℃);±0.3C(其他范围)

6)显示分辨率:0.1°C或0.1°F

7)显示单位：℃（摄氏度）与°F（华氏度）

8)支持32组储存记忆

9)支持三色背光显示

体温正常绿色背光（35.0-37.4℃）

体温偏高黄色背光（37.5-37.9℃）

体温超高红色背光（38-42.9℃）

10)支持电池低压显示

11)支持语音播报

12)支持自动关机省电

RJM8L151的优势：

1)超低功耗

多达6种低功耗管理模式可供选择，其中深度睡眠功耗5nA，外部唤醒小于5us并支持4路IO唤醒，Halt模式下功耗低至0.4uA且RAM数据保持等，可大大延长电池的使用寿命。

2)内置PVD可编程电压检测

可以对电池升压后的输入电压实现快速阶段式检测与管理。

3)内置12位高精度逐次逼近型ADC

可以直接对电池进行实时、精确的电压采集以便数字化显示及掌握电池的使用状态。

4)丰富的通信接口

芯片支持UATR、SPI、IIC、GPIO、ISO7816等，对扩展功能而言，外围设备可以有更多的通信方式选择。

5)15位的看门狗定时器

内置有1路15位的看门狗定时器，可用来在系统运行异常或死机的状态下来复位系统，将系统回归正常运行，进一步提升了系统的稳定性。

6)存储器安全

对内部Flash、SRAM等存储单元设计了高强度物理防护电路，有效防止恶意代码窃取和反向分析。