基于SDI5229TS的額溫槍設計方案

一、 額溫槍的開發背景

新型冠狀病毒肺炎疫情來勢兇猛，自2020年初在全球大規模爆發。在疫情防控需求下,抗疫初期紅外測溫槍供應嚴重不足, 額溫槍是一種能夠精準測量人體溫度的的醫療設備，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人身體因為疾病出現的發燒發熱的現象，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，經過放大電路和模數轉化電路，即可將溫度數據顯示在液晶顯示器上。本方案講述一款國產集成24位ADC的SOC芯片SDI5229TS開發的額溫槍方案，該SOC芯片內置3通道24位Sigma-Delta高精度低電壓24位ADC、4COM*20SEG液晶驅動、30K 字節 Flash、768 字節RAM等外設，能夠滿足額溫槍方案、紅外測溫方案的數據采集、數據存儲以及數據顯示的要求。

二、 設計的原理

1、系統的組成結構框圖 

圖1

如圖1所示，整個系統由電池、MCU、LCD屏幕和背光板、按鍵、蜂鳴器、傳感器組成DEBUG。

2、硬件設計及原理

2.1系統電源

圖2

電源部分由2節7號小電池供電，經過一個33uF濾波電容向芯片的模擬部分和數字部分電路進行供電，由此分為兩路，一路經過阻容濾波向模擬部分AVDD端口進行供電，一部分經過電感向SVDD提供電源來進行升壓給數字部分端口進行供電。

2.2 MCU

MCU型號為SDI5229TS，是一款內置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。該芯片廣泛應用在電子秤、氣壓計、血壓計、額溫計等微弱信號測量及工業控制場景下，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 Flash、768 字節RAM

3、 9.83MHz 內部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、 液晶驅動：可配置80點（4*20） 的液晶驅動

6、 內置升壓模塊

7、 8通道8位低精度ADC

8、 IO口：35個通用IO、可配置IO驅動強度

9、 3個16 位定時/計數器

      10、13個中斷源，3級優先級：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位脈寬調制（PWM）輸出

      14、內置ISP功能（SDA、SCL兩線燒錄）

2.3 LCD屏幕

圖3

SDI5229TS內部自帶LCD驅動器，使用時打開相應配置便可完成最大4com*20seg的液晶驅動無需額外增加液晶驅動模塊，且驅動模式可選。

2.4按鍵

圖4

SDI5229TS單片機IO眾多，除開驅動液晶的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足以滿足多數情況下的拓展應用。

2.5蜂鳴器

圖5

如圖5將FMQ接到單片機pwmIO口便可實現常用蜂鳴器頻率。

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，經過1nF電容進行濾波送入24位ADC一通道進行數模轉換，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境溫度。至此完成信號的采集。此電路適配多數熱釋電紅外傳感器。用戶只需提供RT表便能實現傳感器的適配。

2.7 DEBUG

Debug包含SDI5229TS芯片的燒錄口和串口。

三、整體硬件設計原理圖

圖7

整體硬件設計原理圖如圖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，并讀取校準數據，初始化完成之后進入大循環。循環第一步喂狗和增加休眠計數器，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器。達到了則關閉耗電外設并準備進入休眠模式。休眠后可以通過按鍵按下產生的中斷來喚醒單片機回到大循環。

五、總結

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溫度分辨力0.1℃，在35.0℃-42.0℃溫度顯示范圍內，誤差在±0.2℃以內。芯片自帶30kflash，可以滿足100組數據循環存儲，同時芯片內部集成LCD驅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，具有很好的應用前景。