基于EFM32的紅外測(cè)溫儀應(yīng)用案例

概述

　　紅外測(cè)溫儀是指通過(guò)測(cè)量物體發(fā)射的紅外線所具有的輻射能大小來(lái)得出物體本身的溫度。目前按照使用對(duì)象的不同可分不三大類：

　　人用紅外測(cè)溫儀。也叫額溫計(jì)，是一種利用紅外接收原理測(cè)量人體的測(cè)溫計(jì)。其測(cè)量范圍較窄，一般為30～42攝氏度。
 

　　工業(yè)紅外測(cè)溫儀。主要用于工業(yè)上的溫度采集，測(cè)量范圍一般為-40～1500攝氏度。

　　獸用紅外測(cè)溫儀。根據(jù)普朗克原理，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)定動(dòng)物體表特定部位的體表溫度，修正體表溫度與實(shí)際溫度的溫差，便能準(zhǔn)確顯示出動(dòng)物的個(gè)體體溫。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計(jì)而來(lái)的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，適用于“三表”(電表、水/熱表、氣表)、工業(yè)控制、警報(bào)安全系統(tǒng)、健康與運(yùn)動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)、手持式醫(yī)療設(shè)備以及智能家居控制等領(lǐng)域。

　　紅外測(cè)溫儀主要包括供電電源、光學(xué)系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、主控處理、交互界面及通訊接口等部分。框圖如下：

　　圖 1 系統(tǒng)框圖

　　供電電源

　　EFM32的工作電壓為1.8~3.8V，工作電壓范圍比較寬，有利于電壓模塊的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。因此智能門鎖可以選用3.3V的鋰電池系統(tǒng)供電，無(wú)需前端添加LDO芯片。由于芯片的工作電壓比較寬，相對(duì)于傳統(tǒng)的2.8~3.6V的MCU，它省略了升壓芯片、電荷泵等前端芯片。

　　光學(xué)系統(tǒng)

　　如圖2，紅外測(cè)溫儀的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)濾光和聚光的過(guò)程。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度著十分密切的關(guān)系。光學(xué)系統(tǒng)就是根據(jù)不同的測(cè)量范圍進(jìn)行濾波，只讓所需波長(zhǎng)的光進(jìn)入，再由透鏡進(jìn)行聚光以供紅外傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　紅外傳感器

　　這是紅外測(cè)溫儀中的一個(gè)核心器件，通過(guò)溫差電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)和熱敏電阻等，將紅外光線的輻射能大小轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。某些帶ADC的紅外傳感器可將紅外溫度及環(huán)境溫度的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C發(fā)送給MCU。

　　圖 2 紅外采樣框圖

　　主控制器

　　根據(jù)功能需求可配置不同型號(hào)的EFM32芯片作為主控MCU。本應(yīng)用選用EFM32TG822作為主控，它的封裝為QFP48，F(xiàn)lash和RAM資源分別從8~32KB和2~4KB，帶有8X11的LCD驅(qū)動(dòng)接口，4路ADC，2個(gè)比較器及3個(gè)運(yùn)放。

　　交互與通訊

　　通過(guò)按鍵控制并將結(jié)果由LCD顯示，有必要時(shí)可將測(cè)量結(jié)果由UART口或轉(zhuǎn)USB口與PC通訊，將結(jié)果由PC顯示保存。

　　方案優(yōu)勢(shì)

　　相對(duì)于傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的紅外測(cè)溫儀方案，基于EFM32實(shí)現(xiàn)的本方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　超低功耗

　　EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，LCD控制器、DMA可運(yùn)行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA，不運(yùn)行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM數(shù)據(jù)時(shí)更是只有20nA。同時(shí)，EFM32的LCD可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的動(dòng)畫模式而不需要CPU的參與。片上更是集成了低功耗外設(shè)：12bit的ADC在1Msps的速率下，功耗電流僅需350μA;模擬比較器工作僅需100nA;LCD驅(qū)動(dòng)8×36段LCD顯示，僅需0.55μA。紅外測(cè)溫儀由電池供電，對(duì)功耗有比較高的要求，EFM32非常適合其功耗需求。

　　高集成度

　　EFM32片上集成LCD驅(qū)動(dòng)器、模擬比較器、運(yùn)算放大器、AES硬件模塊等資源，可減少大部分的外圍器件，節(jié)省成本。

　　總結(jié)

　　EFM32具有優(yōu)異的低功耗特性，非常適合于對(duì)于低功耗有要求的紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設(shè)計(jì)，極大地縮短了開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)時(shí)間。EFM32具有豐富的外設(shè)，為系統(tǒng)擴(kuò)展功能及降低成本提供了條件。因此，EFM32非常的適合于紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用。