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手持式紅外測溫槍是通過檢測人體發(fā)出的紅外信號，在不接觸人體的情況下測量體溫的測溫裝置。由于其能夠在非接觸的情況下測量體溫，所以非常適用于檢測帶傳染性疾病（比如新型冠狀病毒、SARS病毒等）的人體溫度。 一、基于RJM8L151K8的手持式紅外測溫槍方案介紹 手持式紅外測溫槍采用電池供電，對系統(tǒng)功耗要求苛刻，瑞納捷電子的RJM8L151K8在低功耗和性能方面表現(xiàn)突出，做為本方案的主控MCU。方案的硬件電路主要包括7部分，如圖1所示，其功能描述如下。 1.紅外溫度傳感器電路，其作用是獲取人體輻射的紅外線，將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)換成電信號。自然界的所有物體都能向外輻射紅外熱，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。人體輻射的紅外光波長3～50μm，其中8～14μm占46%，峰值波長在9.5μm。熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8～12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒛軐ψ匀唤缰械陌坠庑盘柧哂幸种谱饔谩Ｒ虼藴囟葯z測區(qū)域內(nèi)，當無人體時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是環(huán)境溫度，當人體進人檢測區(qū)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與環(huán)境溫度的差異信號。因此，紅外探測器的紅外探測原理就是感應(yīng)人體與環(huán)境溫度的差異。 2.環(huán)境溫度傳感器，其作用是獲取測量時的環(huán)境溫度，以此從紅外溫度傳感器的測量值中剔除環(huán)境溫度，得出被測人體溫度，對紅外溫度傳感器做補償。熱敏電阻的測溫范圍可達-55℃～315℃，通常用于儀器儀表線路溫度補償和溫差電偶冷端溫度補償。檢測大氣環(huán)境溫度通常用NTC（負溫度系數(shù)的熱敏電阻）比較合適，其阻值隨溫度的升高而降低，用MCU的ADC能夠準確分辨其阻值變化大小，從而可計算出對應(yīng)的溫度值，室溫環(huán)境中測溫精度可達±1℃以內(nèi)。 3.液晶顯示電路，能夠?qū)y量的人體溫度以數(shù)碼形式顯示出來，并顯溫度單位（℃/℉）、電量提示符號、背光打開符號、數(shù)據(jù)保持符號以及工作模式、警示信息等。本方案采用段碼式LCD顯示屏，搭配3色LED導光板，成本低顯示效果好。 4.本方案設(shè)計了3個獨立按鍵電路，可分別做為體溫鍵、物溫鍵和記憶鍵，另外還可以設(shè)計溫度單位切換按鍵。 5.電源電路可以用2節(jié)、3節(jié)或4節(jié)電池供電，為系統(tǒng)提供3V、4.5V或6V的輸入電源。如果采用2節(jié)電池供電可以省略LDO，系統(tǒng)電路的電源都直接由電池提供。采用3節(jié)或4節(jié)電池供電的情況下，RJM8L151K8是可以直接適用的，因為其工作電壓范圍是1.62～5.5V，但如果其它電路不支持寬電壓工作，就需要增加額外的LDO電路為其它電路供電。 6.接近傳感器用來判斷被測物體與PIR傳感器間的距離，只有在最佳物距比的情況下才啟動測量，保證測量數(shù)據(jù)的準確性。 7.RJM8L151K8電路做為系統(tǒng)的檢測和控制單元，其主要功能是通過內(nèi)置的ADC電路檢測經(jīng)過信號調(diào)理電路放大濾波后的熱釋電信號，并參考當前的環(huán)境溫度值做相應(yīng)的修正和補償。經(jīng)過修正的測量值通過RJM8L151K8的I2C接口送到顯示驅(qū)動電路，以直觀的數(shù)字顯示出來。熱釋電傳感器測量人體和物體表面溫度的范圍是不同的，所做的修正和補償方案也有所不同，RJM8L151K8的控制電路提供了2個按鍵來選擇不同的測量模式，以達到最佳的測量精度。為了更直觀的表現(xiàn)測量結(jié)果，RJM8L151K8的控制電路可以驅(qū)動3種不同顏色的LED背光燈以表示不同的溫度區(qū)間。同時還可以通過驅(qū)動蜂鳴器的“嘀嘀”聲來表示測量狀態(tài)和結(jié)果。RJM8L151K8內(nèi)置64KB Flash存儲器，一方面可以存儲系統(tǒng)功能代碼，另一方面可以用于存儲測量數(shù)據(jù)。 
圖1 基于RJM8L151的手持式紅外測溫槍方案框圖 二、RJM8L151系列低功耗MCU 鑒于物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備對功耗和安全問題的迫切需求，瑞納捷電子推出了RJM8L151系列是超低功耗安全MCU，非常適用于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備。RJM8L151系列不僅具備出色的運行和待機功耗表現(xiàn)，還內(nèi)置了硬件真隨機數(shù)發(fā)生器和AES/DES/SM4硬件加密引擎。集成12位高精度逐次逼近型ADC和2通道的多功能比較器，對物聯(lián)網(wǎng)傳感器的高精度、實時檢測極為有益。RJM8L151豐富的外圍接口使擴展各種通信模塊、功能模塊更加方便。RJM8L151基于增強型哈佛架構(gòu)的CPU內(nèi)核和多級流水線指令系統(tǒng)，相同時鐘頻率的處理性能是傳統(tǒng)8051的3倍，采用Keil uVision或IAR集成開發(fā)環(huán)境開發(fā)調(diào)試應(yīng)用代碼。RJM8L151系列安全MCU的硬件框圖如圖2所示。 RJM8L151的正常工作電壓范圍是1.62V到5.5V,非常適合2節(jié)、3節(jié)干電池直接供電，省掉額外的LDO電路，另外RJM8L151低至0.35uA的待機電流，既能保持內(nèi)部RTC的正常計時，又能保持SRAM數(shù)據(jù)不變，該性能可大大減小系統(tǒng)對電池容量尺寸的要求。RJM8L151具有6種電源管理模式，通過裁剪時鐘樹的方式關(guān)閉時鐘來實現(xiàn)不同需求的功耗。一般情況下使用內(nèi)部低速時鐘就可以完成對外部中斷的響應(yīng)，同時又可以保持很低的功耗，這是同類MCU無法做到的。另外，RJM8L151從低功耗狀態(tài)喚醒小于5us，可以實現(xiàn)快速睡眠快速喚醒低占空比工作，這又極大的降低了系統(tǒng)功耗。
圖2 RJM8L151硬件框圖 RJM8L151有4個時鐘源：內(nèi)部高速時鐘、內(nèi)部低速時鐘、外部高速時鐘和外部低速時鐘。RJM8L151的時鐘控制模塊將這幾個時鐘源通過靈活的配置分頻實現(xiàn)不同的功耗和性能需求。輔助系統(tǒng)時鐘可以使用內(nèi)部低速時鐘或外部低速時鐘實現(xiàn)低功耗的要求，主系統(tǒng)時鐘提供給RJM8L151的CPU，子系統(tǒng)時鐘為外設(shè)提供給時鐘源。多樣的時鐘資源可以降低系統(tǒng)消耗，輔助系統(tǒng)時鐘在保持低功耗的同時也可以接受外部中斷，響應(yīng)外部環(huán)境的變化。使用內(nèi)部高速RC振蕩器作為主系統(tǒng)時鐘，不僅可以省去一個外部的高速晶振，同時可以快速喚醒MCU來降低功耗。 模擬電路方面，RJM8L151有7通道12位逐次逼近型ADC，采樣轉(zhuǎn)換速率高達1MSPS，支持外部參考電壓輸入。 RJM8L151設(shè)計了豐富的定時模塊，包括2個16位基本定時器，1個16位通用定時器支持輸入捕獲/輸出比較/PWM輸出功能。2個16位高級定時器除了支持輸入捕獲/輸出比較/PWM輸出功能，還支持12對互補PWM輸出。1個實時時鐘RTC模塊，產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒，并有自動閏年補償功能，采用外部32.768kHz晶振提供時鐘可使計時誤差更小。RJM8L151內(nèi)嵌15位窗口看門狗定時器，采用系統(tǒng)時鐘計時，溢出時可產(chǎn)生中斷或復位信號，待機模式下停止計數(shù)。 RJM8L151單片機的開發(fā)環(huán)境是Keil uVision。Keil是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具供應(yīng)商，uVision是C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），其中的Keil C51支持RJM8L151的開發(fā)調(diào)試，該環(huán)境集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編和C語言的程序設(shè)計。 RJM8L151系列MCU配備了高效的在線仿真器和下載器，既可以方便前期開發(fā)調(diào)試又為后期生產(chǎn)安裝提供了方便。RJM8L151支持標準JTAG下載和調(diào)試，可以不使用仿真器，用離線編程器就可以實現(xiàn)對內(nèi)存Flash的修改，提高了批量燒錄的效率，也為程序升級維護提供了方便。 三、基于RJM8L151K8的手持式紅外測溫槍方案特點 1. 超低功耗。RJM8L151系列MCU的寬電壓工作特點，多達6種低功耗管理模式，待機功耗低至0.35uA，待機喚醒時間低于5us，使測溫槍采用2節(jié)干電池供電變成可能，降低系統(tǒng)成本和產(chǎn)品重量。 2. 接口豐富。RJM8L151系列MCU集成2路I2C主從接口，使外接LCD驅(qū)動器和數(shù)字型傳感器更加方便。 3. 集成硬件加密模塊。RJM8L151系列MCU內(nèi)置對稱式分組加密算法AES和SM4,SM4符合國家密碼管理局發(fā)布的GM/T 0002-2012《SM4分組密碼算法》標準，適用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中的數(shù)據(jù)加解密。 4. 真隨機數(shù)發(fā)生器。RJM8L151系列內(nèi)置基于數(shù)字振蕩環(huán)的8位真隨機數(shù)發(fā)生器，符合國家密碼管理局《隨機數(shù)檢測規(guī)范》標準。 5. 大容量存儲器。RJM8L151系列最大內(nèi)置64KB Flash和8KB SRAM，除了存放程序代碼，還可以做為測溫槍的數(shù)據(jù)存儲器實時存儲測量溫度。內(nèi)置的存儲單元還設(shè)計了高強度物理防護電路，有效防止惡意代碼竊取和反向分析。 |
