简单聊一聊额温枪的硬件结构

今天的主角是额温枪。
冠状病毒疫情期间,大家都知道口罩脱销了,消毒酒精脱销了,其实医用的额温枪也脱销了,一枪难求,因为其快速测温(1 秒测温),无接触测温的特点,在医院、机场、火车站、小区、海关等地方被广泛使用,额温枪成了名副其实的防疫物质。
任何物体在高于绝对零度(-273℃)以上时都会向外发出红外线,额温枪通过红外温度传感器接收红外线,从而计算出温度数据。
这篇文章简单聊一聊额温枪的硬件结构。
如下是常见测温仪器的对比,在疫情严重期间,非接触式和测温快显得尤为重要。
外观图
一个完整的额温枪产品是由外壳、内部电路板及电池三个部分组成,对于外壳我们就不说了,属于结构工程师设计范畴,下面重点讲述内部电路组成。
从下面额温枪的结构图,可以看出电路器件有:led 显示屏、红外温度传感器、电池、按键、蜂鸣器等。
额温枪外观图
硬件框图
根据以上组成,我们大致可以画出额温枪的硬件结构框图,如下介绍各部分的作用。
额温枪硬件结构框图
红外温度传感器: 用于采集人体 / 物体的温度,红外额温枪一般距离额头 1~3cm 处进行测量,采集到的数据经过信号放大电路进行放大,信号放大电路是可选项,有的温度传感器内部集成信号放大。
mcu 微处理器: 接受红外温度传感器的数据进行处理,对于模拟式的传感器,需要添加 a/d 转换电路,将模拟信号转换为数字信号,再给 mcu 处理;对于数字式的温度传感器,可以直接给 mcu 进行处理。
按键模块: 用于模式切换,测量物体,测量额头,测量颈部等模式切换,按键可以自定义,可以做开机键,系统复位键等。
lcd 显示屏: mcu 控制,用于对温度数据的显示。
蜂鸣器模块: 报警模块,mcu 设置正常的温度区间,如 35~37.3℃,超过上限或者低于下限,进行蜂鸣器报警,温度过低或过高均不正常。
晶振电路: 用于 mcu 微处理的时钟,提供震荡源。
电池: 电池是整个系统的主电源,因为额温枪的便携性,必定是电池供电,电池供电的产品,最重要的是低功耗,在不工作时,系统需要进入睡眠模式,以达到更低的耗电,延长电池寿命。
电源管理模块: 红外温度传感器,显示屏,蜂鸣器等模块的供电电压不一定相同,电池需要转换为合适的电压值给各模块供电,当然,也可以用可充电电池,加入充电电路。
红外温度传感器
额温枪其实就是一个单片机处理系统,最重要的部分是红外温度传感器块,传感器也决定了测量的精度,如下介绍一种常用的红外温度传感器 mlx90615,mlx90615 属于数字式传感器,开发中不需要外加 a/d 转换电路,最高精度可以达到 0.2℃,因为体积小,开发方便,现在使用的还是比较多的。
体积很小: 减少占用内部电路的空间,可以使产品更加便携。
温感外观
工作电压 3v: 越低的电压意味能作更低的功耗,power-down 模式电流仅 1.1ua,即温度计不工作状态消耗电池的电量极少,这个参数对于电池供电产品来说十分重要。
电气参数
从温感的内部框图可以看到,opa 放大电路,a/d 模数转化,滤波电路,以及用 dsp 进行数据的处理。
内部框图
支持 pwm 和 smbus 两种模式
管脚定义
参考电路:
smbus 模式,需要接两根线 sda 和 scl,sda 和 scl 需要接上拉电阻。
smbus 模式电路
pwm 模式,将 sda 接到 mcu 带有 pwm 功能的管脚,上拉 10k 电阻到 mcu 的供电电源上,scl 连接到温度传感器电源 vdd 上。
pwm 模式电路
今天的文章到这里就结束了。。。


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