基于SDI5229TS的额温枪设计方案

一、 额温枪的开发背景

新型冠状病毒肺炎疫情来势凶猛，自2020年初在全球大规模爆发。在疫情防控需求下,抗疫初期红外测温枪供应严重不足, 额温枪是一种能够精准测量人体温度的的医疗设备，主要是通过人体的几个部位来测量，如测量耳朵温度、测量额头温度。这几个部位是直接反应人身体因为疾病出现的发烧发热的现象，额温枪是在距离患者1到5cm进行测量，不会直接接触患者，从而杜绝病毒或者细菌类传播的疾病。它的基本原理也很简单：当物体的温度高于“绝对零度”，即-273℃时，物体会向外辐射红外线。使用红外线探头获得不同物体的红外光线强度，经过放大电路和模数转化电路，即可将温度数据显示在液晶显示器上。本方案讲述一款国产集成24位ADC的SOC芯片SDI5229TS开发的额温枪方案，该SOC芯片内置3通道24位Sigma-Delta高精度低电压24位ADC、4COM*20SEG液晶驱动、30K 字节 Flash、768 字节RAM等外设，能够满足额温枪方案、红外测温方案的数据采集、数据存储以及数据显示的要求。

二、 设计的原理

1、系统的组成结构框图 

图1

如图1所示，整个系统由电池、MCU、LCD屏幕和背光板、按键、蜂鸣器、传感器组成DEBUG。

2、硬件设计及原理

2.1系统电源

图2

电源部分由2节7号小电池供电，经过一个33uF滤波电容向芯片的模拟部分和数字部分电路进行供电，由此分为两路，一路经过阻容滤波向模拟部分AVDD端口进行供电，一部分经过电感向SVDD提供电源来进行升压给数字部分端口进行供电。

2.2 MCU

MCU型号为SDI5229TS，是一款内置24位高精度ADC的SOC芯片，可以1.8V的超低电压工作，是一款功耗的SOC芯片。该芯片广泛应用在电子秤、气压计、血压计、额温计等微弱信号测量及工业控制场景下，其特点如下： 

1、 工作电压: 1.8V - 5.5V、（休眠功耗通常STOP2模式：< 4uA）

2、 有30K 字节 Flash、768 字节RAM

3、 9.83MHz 内部RC震荡(可倍频至19.66MHz) 1T 指令周期

4、 3通道24位Sigma-Delta高精度低电压ADC

5、 液晶驱动：可配置80点（4*20） 的液晶驱动

6、 内置升压模块

7、 8通道8位低精度ADC

8、 IO口：35个通用IO、可配置IO驱动强度

9、 3个16 位定时/计数器

      10、13个中断源，3级优先级：可配置掉电中断

      11、通讯接口：1组UART、1组I2C接口

      12、看门狗集成：定时唤醒、计时功能

      13、2路16位脉宽调制（PWM）输出

      14、内置ISP功能（SDA、SCL两线烧录）

2.3 LCD屏幕

图3

SDI5229TS内部自带LCD驱动器，使用时打开相应配置便可完成最大4com*20seg的液晶驱动无需额外增加液晶驱动模块，且驱动模式可选。

2.4按键

图4

SDI5229TS单片机IO众多，除开驱动液晶的IO口，剩下的IO口一些有特殊功能方便用户拓展，分别是串口、8位AD、PWM、中断IO足以满足多数情况下的拓展应用。

2.5蜂鸣器

图5

如图5将FMQ接到单片机pwmIO口便可实现常用蜂鸣器频率。

2.6传感器

图6

SDI5229TS 带有3通道24位Sigma-Delta高精度低电压ADC，如图6所示，通过R6、R13、R16、R18四个电阻为热释电红外传感器的红外电压信号输入端提供一个偏置电压及电流回路，经过1nF电容进行滤波送入24位ADC一通道进行数模转换，得到TP+对TP-的电压。通过R1以及R19两个匹配电阻对热释电传感器的NTC进行匹配得到阻值，随后通过查表计算得到传感器所在的环境温度。至此完成信号的采集。此电路适配多数热释电红外传感器。用户只需提供RT表便能实现传感器的适配。

2.7 DEBUG

Debug包含SDI5229TS芯片的烧录口和串口。

三、整体硬件设计原理图

图7

整体硬件设计原理图如图7所示。

四、软件流程图

图8

程序流程图如图8所示、上电后初始化单片机IO口、定时器、中断，并读取校准数据，初始化完成之后进入大循环。循环第一步喂狗和增加休眠计数器，随后检测是否有按键按下，如果有按键按下则判断按键类型，来进行按键处理，主要包括测温、模式切换、记忆查询、校准模式进入等，如果没有按键按下则判断休眠计数器是否达到了门限，未达到则返回喂狗处理和增加休眠计数器。达到了则关闭耗电外设并准备进入休眠模式。休眠后可以通过按键按下产生的中断来唤醒单片机回到大循环。

五、总结

SDI5229TS芯片在24位ADC的支持下可以以较高精度来对信号进行采集，用在额温枪或者红外测温方案上可实现温度分辨力0.1℃，在35.0℃-42.0℃温度显示范围内，误差在±0.2℃以内。芯片自带30kflash，可以满足100组数据循环存储，同时芯片内部集成LCD驱动模块来解决测量显示问题，芯片还可在宽电压范围下工作典型值为1.8v~5.5v，其休眠时电流也可以做到4uA左右，芯片运行稳定，抗干扰能力强，可靠性高，所用外部电路简单，成本较低，具有很好的应用前景。