技术文章—如何快速设计红外体温检测仪？
最后更新：2020-04-10 13:24:03 手机定位技术交流文章
体温测试是我们在家中、在社区或工作场所内外以及在旅行中的必要监测。红外线体温检测器通过非接触式温度测量有助于减少接触性感染。在这里，让我们谈谈这个系统和主要的设计方案。
MSP430系列微控制器是德州仪器(TI)公司于1996年开始销售的超低功耗16位RISC混合信号处理器。基于这一系列产品已经开发了许多应用，特别是用于传感和检测终端应用。MSP 430系列微控制器集成了高性能模数转换器、液晶驱动器、串行通信、脉宽调制输出等模块，成为红外温度探测器制造商的唯一选择。凭借TI提供的丰富的在线软硬件设计资源，开发人员可以大大简化设计过程，快速开发红外体温检测仪原型，节省电路板空以降低成本。
下图提供了基于MSP430单片机和ti电源管理、放大器和温度传感器的红外温度检测系统soluTIon。
图1红外体温探测器系统框图
MSP430系列单片机作为该方案的主控单片机，可以为温度计系统设计方案提供以下功能和特点:
丰富的外设满足温度计的设计要求:
1.MSP430片内集成逐次逼近型合成孔径雷达模数转换器或高分辨率σ-δ型模数转换器与德州仪器的TLV333放大器配合，对模拟红外温度传感器采集的高精度信号量进行采样并转换成数字温度量，同时可以实时监控电池电压。
2.MSP430上集成的液晶驱动模块可以帮助开发人员快速实现温度计的液晶显示设计。MSP430FR4133内置液晶驱动模块，最多可达4×36或8×32段，支持液晶显示段和串口引脚的灵活配置，简化了开发人员的印刷电路板设计。
3.I2C串口通信接口可以满足高精度数字温度传感器、数字红外温度传感器、数字接近传感器等辅助传感元件的信号采集和输入；
4.片内集成定时器模块可输出多路脉宽调制信号，驱动温度计指示灯、蜂鸣器等设备；
5.超低功耗模式下GPIO的中断使能可为电池供电的温度计系统提供待机模式下的快速按键响应。
超低功耗设计有助于温度计的长寿命和高使用频率；
自1996年推出以来，MSP430系列单片机一直将超低功耗作为产品的家族基因，为产品的低功耗设计提供了丰富的低功耗智能外设。由于使用频率高，红外体温检测器需要高电池寿命和使用频率，因此温度计的低功耗操作成为系统设计中的关键挑战。
广泛的产品系列提供了灵活的内存选项:
MSP430系列单片机提供16KB以上的片上存储器，可以满足大多数温度计产品的存储器要求。该系列丰富的产品系列还提供高达512KB的各种内存选项。用户可以在选择不同内存大小的同时，快速迁移现有设计，而不会增加过多的工作量。温度计可推荐的产品型号有:
表1红外温度计单片机产品推荐
图1中的方案包括德州仪器丰富的电源管理、信号链和传感器产品。
TPS61099系列芯片是专门为需要超低功耗的应用而设计的升压芯片。首先，静态功耗仅为800nA，输入电压低至0.7V，完全可以支持单电池供电。同时，在输入1.5V、输出3.3V/10uA的条件下，效率可达80%。TPS61099x系列芯片有可调输出版本和固定输出版本供客户选择。固定版本支持从1.8V到5.0V的几乎所有类型的公共输出电压
TPS62170降压转换器提供低智商，这有助于延长系统的电池寿命，尤其是在系统不使用时。此外，它还支持2 MHz以上开关频率的高效率，有助于设计人员减小所需电感的尺寸，从而减小整个解决方案的尺寸。
TLV333运算放大器是TI的零温度漂移运算放大器系列，具有高精度和低功耗的特点。一方面，超低输入失调电压(最大15 V)和低温漂移(0.02
有助于最大限度地降低温度检测误差，轨到轨输入/输出性能有助于最大限度地提高动态范围。另一方面，低静态电流(28毫安)、低电压(1.8V至5.5V)和小尺寸封装(最小SC70封装)，以及
的工作温度范围非常适合手持或电池供电的医疗设备。此外，运算放大器系列还可选择两个通道(TLV2333)和四个通道(TLV4333)。
在某些系统中，可能需要更快的建立时间和更低的噪声来帮助加快温度测量。对于这些情况，OPA388是TLV333的一个很好的替代品。运算放大器388将提供更低的输入失调电压(最大5μV)、更低的噪声(7 nV/rt(Hz))和更快的建立时间(2μs)，所有这些都有助于将建立时间和达到规定温度分辨率所需的平均样本数降至最低。
TI有多种运算放大器，可用于模拟传感元件和模数转换器之间的信号接口。下表列出了本设计中可以使用的其他放大器，均采用双封装。
表2信号接口的运算放大器建议
TI提供各种温度传感器，我们的高精度数字传感器TMP117x在-20°C至50°C范围内的精度为0.1°C。该器件集成了一个16位分辨率的模数转换器，可以通过I2C或SMBus与设计人员的数字控制器通信。该器件专为电池供电系统设计，因为关断时的Iq功耗仅为150nA，每1Hz转换周期仅需要3.5安。对于在微控制器中集成模数转换器的系统，德州仪器还提供模拟温度传感器和热敏电阻。LMT70提供与温度相对应的电压输出，在20°C至42°C范围内最大精度为0.13°C。对于成本敏感型系统，TMP61线性热敏电阻提供1%的温度容差，并简化了使用传统NTC的校准过程。对于更具成本敏感性的数字温度传感应用，TI的TMP1075可以在25°C至+100°C范围内以+1°C(最大值)的精度使用。对于在微控制器中集成模数转换器的系统，TI还提供模拟温度传感器，而TMP23x提供广泛的设计灵活性，因为设计人员可以在0.5°C至6°C的精度和增益之间进行选择。
为了向模数转换器和感测元件供电，通常需要低噪声和灵敏的电压轨。低压差稳压器(LDO)易于使用，可以为敏感的模拟电源轨提供干净、低噪声的电源，因此是常见的选择。针对这一特定要求，TPS7A20具有超低噪声(6 VRMS)、高纹波抑制(1千赫时为85分贝)和低静态电流(典型值为6安，关断模式下为150纳)，是最佳选择。这为模数转换器和感测元件提供了所需的低噪声轨(在滤除DC/DC纹波的同时，它也几乎不产生固有的输出噪声)，还为电池供电应用提供了低静态电流(延长电池寿命)。TPS7A02是电池供电系统的另一个良好选择，因为它提供Nawaz IQ(25nA，关机模式下为3nA)和更高的PSRR，可用于后DC/DC法规。TPS7A02还具有出色的瞬态响应，这对比率空的负载至关重要。
市场上的一些高端产品还包括低功耗蓝牙(BLE)通信模块。如果你有兴趣把它添加到系统中，集成电路或模块是非常合适的。德州仪器的SimpleLink软件可以帮助设计人员尽快完成开发过程。
为了降低电流消耗，具有集成故障的负载开关，例如具有超低泄漏电流的TPS2051x或TPS22916xx，也可用于断开BLE模块与电池电源或任何其他DC电源的连接。这可以延长产品的电池寿命，并为用户增加其他功能。
本文详细介绍的钛器件将有助于设计人员快速设计红外温度计。在全球生产基地的支持下，德州仪器非常重视客户在设计和制造此类终端设备方面的工作。与此同时，德州仪器将继续提供高质量的设计协助和卓越的客户支持。
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