基于EFM32的紅外測溫儀應(yīng)用案例

概述

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

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

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

　　獸用紅外測溫儀。根據(jù)普朗克原理，通過準(zhǔn)確測定動(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?？驁D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，無需前端添加LDO芯片。由于芯片的工作電壓比較寬，相對于傳統(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，紅外測溫儀的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)濾光和聚光的過程。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長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)不同的測量范圍進(jìn)行濾波，只讓所需波長的光進(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

　　這是紅外測溫儀中的一個(gè)核心器件，通過溫差電效應(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

　　通過按鍵控制并將結(jié)果由LCD顯示，有必要時(shí)可將測量結(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

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

　　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。紅外測溫儀由電池供電，對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，非常適合于對于低功耗有要求的紅外測溫儀的應(yīng)用。EFM32內(nèi)核采用目前流行的Cortex-M3設(shè)計(jì)，極大地縮短了開發(fā)者的開發(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溫儀的應(yīng)用。