方案介紹

1、概述：

近幾年來(lái)，非接觸紅外人體測(cè)溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展，性能不斷完善，功能不斷增強(qiáng)，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴(kuò)大。比起接觸式測(cè)溫方法，紅外測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

用于測(cè)試人體溫度的紅外測(cè)溫儀稱(chēng)為人體紅外測(cè)溫儀。但是必須澄清一點(diǎn)，不存在專(zhuān)門(mén)的醫(yī)用或者工業(yè)用的紅外測(cè)溫儀之分，因?yàn)榧t外測(cè)溫儀的制造原理都是一致的。只存在高精度，高距離系數(shù)比，高性能的紅外測(cè)溫儀和低精度，低距離系數(shù)比和低性能的紅外測(cè)溫儀之分。只要將紅外測(cè)溫儀的發(fā)射率設(shè)置在0.95（人的皮膚發(fā)射率一般都是這個(gè)值，就算有差異，影響也只在0.3度之內(nèi)），就是符合人體測(cè)溫的要求。本文講述基于杭州晶華微SD8000系列芯片的人體紅外測(cè)溫解決方案。

方案特點(diǎn)

2、原理說(shuō)明：

2.1、紅外波長(zhǎng)介紹

紅外溫度傳感器中的紅外光是人眼看不見(jiàn)的一種光，但實(shí)際上它是一種與任何其他光一樣的客觀物質(zhì)。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，物體的溫度越高，發(fā)射的紅外輻射越多，紅外輻射的能量也就越強(qiáng)。任何溫度高于熱力學(xué)零度的物體都會(huì)有紅外線(xiàn)輻射到周?chē)h(huán)境。紅外測(cè)溫儀的作用就是收集物體發(fā)射的紅外線(xiàn)，本身一點(diǎn)也不會(huì)發(fā)射出任何有害的輻射，所以對(duì)人體是完全無(wú)害的。有一些人誤解為是紅外測(cè)溫儀發(fā)射出射線(xiàn)到人體上產(chǎn)生讀數(shù)，這種觀念是錯(cuò)誤的。紅外線(xiàn)是可見(jiàn)光外的光線(xiàn)，因此被稱(chēng)為紅外線(xiàn)，其波長(zhǎng)范圍大致在0.75~100μm內(nèi)。見(jiàn)下圖：

圖1?紅外線(xiàn)波長(zhǎng)頻譜圖

2.2、熱電堆紅外傳感器介紹?

熱電堆紅外溫度傳感器中的熱電堆是一種溫度測(cè)量元件，它一般由兩個(gè)介面原件組成，分別為T(mén)hermopile和Thermistor組成，元件和元件結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)如下：

圖2 熱電堆元件圖

圖3 熱電堆結(jié)構(gòu)示意圖

熱電堆紅外測(cè)溫傳感器直接感應(yīng)熱輻射，用于測(cè)量小的溫差或平均溫度，配合杭州晶華微自主研發(fā)的SD8005B或者SD8000W芯片為非接觸溫度測(cè)量提供完美的解決方案（本文主要以SD8005B講解為主）。

2.3、控制芯片介紹

SD8005B是高精度24位ADC的SOC產(chǎn)品，外圍資源豐富：可選的多種穩(wěn)壓電源輸出，靈活設(shè)置的PGIA模塊，升壓模塊，RTC， UART、I2C、SPI、TIMER、PWM/PDM、PFD、CAPTURE輸出模塊，LCD驅(qū)動(dòng)等。功能框圖如下：

圖4 功能框圖

◆ 高精度ADC，ENOB=18.8bits@8sps，差分2通道或單端4通道

◆?低噪聲高輸入阻抗前置放大器，1、12.5、50、100、200倍增益可選

◆?8位RISC超低功耗MCU，在2MHz工作時(shí)鐘，MCU部分在3V工作電壓下電流典型值為 300uA；32kHz時(shí)鐘待機(jī)模式下工作電流1.5uA，休眠模式電流小于1uA

◆?16k Bytes OTP程序存儲(chǔ)器，512Bytes SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

◆?低壓燒錄功能，可以替代外部EEPROM

◆?集成多種時(shí)鐘振蕩器，靈活多樣的時(shí)鐘選擇，選擇外部晶振時(shí)，支持停振檢測(cè)功能

◆?ADC輸出速率可選擇范圍：8SPS-2kSPS

◆?24SEG×4COM液晶驅(qū)動(dòng)電路，超低功耗和大驅(qū)動(dòng)能力設(shè)計(jì)；內(nèi)含程控升壓模塊，可以在低壓條件下維持高亮顯示，并支持灰度調(diào)節(jié)

◆?內(nèi)有硅溫度傳感器，可單點(diǎn)校準(zhǔn)

◆?輸出1.2V低溫漂基準(zhǔn)

◆?輸出四種可選擇穩(wěn)壓源：2.4V/2.6V/2.9V/3.3V，提供外部傳感器激勵(lì)信號(hào)

◆?靈活的電池檢測(cè)功能，檢測(cè)范圍2.0V~3.3V

◆?ADC外部基準(zhǔn)與內(nèi)部基準(zhǔn)可選，內(nèi)部集成多種基準(zhǔn)選項(xiàng)

◆?RTC模塊，可以提供秒信號(hào)輸出

◆?豐富的外圍資源：UART，I2C，SPI，PWM/PDM，PFD，TIMER，CAPTURE

◆?掉電檢測(cè)電路和上電復(fù)位電路

◆?工作電壓范圍：2.4V~3.6V

◆?工作溫度范圍：-40℃~ 85℃

3、硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)人體紅外測(cè)溫系統(tǒng)由熱電堆紅外傳感器、控制芯片（SD8005B或SD8000W）、顯示、按鍵、電源、蜂鳴器和指示燈等電路組成。電路簡(jiǎn)單，外圍器件少及整體功耗低等優(yōu)點(diǎn)。此方案已提供給多個(gè)大型廠(chǎng)商大量穩(wěn)定的出貨。電路原理圖如下所示：

4、紅外測(cè)溫流程介紹

◆?熱電堆紅外傳感器接收目標(biāo)物的紅外輻射，產(chǎn)生電壓信號(hào)(Thermopile兩端信號(hào))，該電壓信號(hào)跟目標(biāo)溫度Tobj和環(huán)境溫度Tamb的關(guān)系如下:

V=K(F(Tobj)-F(Tamb))

其中K是校正常數(shù)；F為函數(shù)，跟傳感器有關(guān)。

◆?經(jīng)SD8005B內(nèi)置PGIA放大和高精度AD數(shù)模轉(zhuǎn)換后測(cè)出該電壓訊號(hào)。

◆?SD8005B對(duì)NTC的電阻阻值進(jìn)行采集(Thermistor兩端信號(hào))，通過(guò)查找溫度-電阻表的方法將環(huán)境溫度Tamb確定。

◆?通過(guò)計(jì)算或者查表得到目標(biāo)物溫度Tobj。

◆?得到目標(biāo)溫度后通過(guò)SD8005B驅(qū)動(dòng)LCD顯示實(shí)際溫度，完成紅外測(cè)溫到顯示溫度的過(guò)程。其他設(shè)置溫度高低閾值及報(bào)警等功能可根據(jù)需求增加。

應(yīng)用框圖

圖5 SD8005B紅外測(cè)溫電路原理圖

圖6 SD8000W紅外測(cè)溫電路原理圖lw

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