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[轉貼] 額溫槍的測溫原理解析

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發表於 2023-10-7 09:00:12 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 ericchou 於 2023-10-7 09:11 AM 編輯

原文出處 : https://www.mcuxin.com/ewenqiang-yuanli-jiexi/

冠狀病毒疫情期間,大家都知道口罩脫銷了,消毒酒精脫銷了,其實醫用的額溫槍也脫銷了,一槍難求,因為其快速測溫,無接觸測溫的特點,在醫院、機場、火車站、社區、海關等地方被廣泛使用,額溫槍成了名副其實的防疫物質。那麼額溫槍的測溫原理是怎麼實現的呢?本文其原理解析。

1、外觀圖
一個完整的額溫槍產品是由外殼、內部電路板及電池(系統供電)三個部分組成,對於外殼我們就不說了,屬於結構工程師設計範疇,下面重點講述內部電路組成。
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.jpg
額溫槍的結構圖.jpg
從上面額溫槍的結構圖,可以看出電路器件有:LED顯示幕,紅外溫度感測器,電池,按鍵,蜂鳴器等。

2、硬體結構框圖
根據以上組成,我們可以畫出額溫槍的大致硬體結構框圖。
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg
額溫槍硬體結構框圖.jpg

紅外溫度感測器:用於採集人體/物體的溫度,紅外額溫槍一般距離額頭1~3cm處進行測量,採集到的資料經過信號放大電路進行放大,信號放大
                         電路是可選項。
MCU微處理器  :接受紅外溫度感測器的資料進行處理,對於類比式的感測器,需要添加A/D轉換電路,將類比信號轉換為數位信號,再給MCU
                         處理;對於數位式的溫度感測器,可以直接給MCU進行處理。
按鍵模組       :用於模式切換,測量物體,測量額頭,測量頸部等模式切換,按鍵可以自訂,可以做開機鍵,系統重定鍵等。
LCD顯示幕      MCU控制,用於對溫度資料的顯示。
蜂鳴器           :報警模組,MCU設置正常的溫度區間,如35~37.3,超過上限或者低於下限,進行蜂鳴器報警,溫度過低或過高均不正常。
晶振電路       :用於MCU微處理的時鐘,提供震盪源。
電池              :電池是整個系統的主電源,因為額溫槍的便攜性,必定是電池供電,電池供電的產品,最重要的是低功耗,在不工作時,系統
                          需要進入睡眠模式,以達到更低的耗電,延長電池壽命。
電源管理      :紅外溫度感測器,顯示幕,蜂鳴器等模組的供電電壓不一定相同,電池需要轉換為合適的電壓值給各模組供電,當然,也可以
                       用可充電電池,加入充電電路。

3、紅外溫度感測器
額溫槍其實就是一個單片機處理系統,最重要的就是紅外溫度感測器模組,感測器也決定了測量的精度,如下介紹一種常用的紅外溫度感測器MLX90615,MLX90615屬於數位式感測器,開發中不需要外加A/D轉換電路,最高精度可以達到0.2℃,因為體積小,開發方便,現在使用的還是比較多的。
體積很小,減少佔用內部電路的空間,可以使產品更加便攜。
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.png
紅外溫度感測器模組.png


工作電壓3V,越低的電壓意味能做更低的功耗,power-down模式電流僅1.1uA,也就是在溫度計不工作時消耗電池的電量極少,這個參數對於電池供電產品來說十分重要。
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.png
power-down模式電流.png

內部框圖.png

5、參考電路
管腳定義,支援PWM和SMBus兩種模式
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image006.png
管腳定義.png

SMBus模式, 需要接兩根線SDA和SCL,SDA和SCL需要接上拉電阻。
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image007.png
管腳定義 SMBus模式.png


PWM模式,將SDA接到MCU帶有PWM功能的管腳,上拉10K電阻到MCU的供電電源上,SCL連接到溫度感測器電源VDD上。
file:///C:\Users\2TG\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image008.png
管腳定義 PWM模式.png

小結
任何物體在高於絕對零度(-273℃)以上時都會向外發出紅外線,額溫槍通過紅外溫度感測器接收紅外線,計算出溫度資料,額溫槍的實現其實並不是很難,學過單片機的小夥伴應該都能自己動手製作實現。



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