本文介紹了一種基于醫(yī)用數(shù)字紅外傳感器MLX90615 的紅外耳溫計(jì)設(shè)計(jì),�,；诩t外測(cè)溫原理，耳溫計(jì)主要由數(shù)字
紅外溫度傳感器,、低功耗CPU,、液晶顯示屏和其他外圍電路組成。CPU 通過I2C 總線讀取MLX90615采集的紅外輻射信號(hào),，將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的人體耳腔溫度值并顯示在液晶屏上,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，該耳溫計(jì)分辨率達(dá)到了0.02℃,，準(zhǔn)確度達(dá)到了0.1℃，實(shí)現(xiàn)了耳溫的準(zhǔn)確,、快速測(cè)量,。
紅外耳溫計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
傳統(tǒng)體溫測(cè)量是使用水銀溫度計(jì)進(jìn)行接觸式測(cè)量,，具有性能穩(wěn)定、誤差小等優(yōu)點(diǎn),，但存在測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、交叉?zhèn)魅撅L(fēng)險(xiǎn)大,、玻璃破碎易引起汞中毒等缺點(diǎn),。據(jù)世強(qiáng)市場(chǎng)經(jīng)理余彪介紹，紅外耳溫計(jì)是通過紅外傳感器采集耳腔和鼓膜的紅外輻射并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),，主控CPU 單元將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度值并顯示在液晶屏上,。與水銀溫度計(jì)相比，紅外耳溫計(jì)具有高精度,、高分辨率,、測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)便,、安全舒適等優(yōu)點(diǎn),。
紅外耳溫計(jì)的基本原理
下視丘是大腦控制體溫的重要器官，與耳朵最接近,。機(jī)體深部平均溫度發(fā)生變化,，耳朵的溫度也迅速發(fā)生變化,，并且耳朵內(nèi)部為封閉區(qū)域,， 受外界因素影響小,，因此耳溫與體溫最接近。紅外耳溫計(jì)通過測(cè)量人體耳道和鼓膜的紅外輻射來測(cè)量人體溫度,，其輻射能量密度與溫度的關(guān)系符合斯蒂芬-波爾茲曼輻射定律：
E=εσT4 （1）
其中，E為輻射出射度,，即單位面積所發(fā)射的輻射功率,，單位為W／m3,；ε為物體的輻射率；σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù),；T為物體的熱力學(xué)溫度,，單位為K。
式（1）表明，物體的溫度越高,，輻射功率越大,。只要已知物體的溫度和它的輻射率，即可計(jì)算出它所發(fā)射的輻射功率,。反之,，如果測(cè)量出物體的輻射功率，即可確定物體的溫度,。因此,，應(yīng)用紅外傳感器吸收紅外輻射的原理測(cè)量耳腔溫度的儀器，稱為紅外耳溫計(jì),。紅外傳感器采用串聯(lián)的熱電偶，冷接頭放置在厚的芯片襯底上,，熱接頭放置在薄膜上,，薄膜吸收紅外輻射，從而產(chǎn)生微弱電信號(hào),。根據(jù)式（1） 的原理,， 紅外傳感器的輸出信號(hào)為：
Vir（Ta，To）=A（T4 o-T4 a） （2）
其中,，A為總體的敏感度,，和傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)；To為目標(biāo)物體的熱力學(xué)溫度,，單位為K,，由紅外溫度傳感器測(cè)出；Ta為環(huán)境的熱力學(xué)溫度,，單位為K,，需要附加的傳感器測(cè)量目標(biāo)物體的環(huán)境溫度。
硬件設(shè)計(jì)
紅外耳溫計(jì)依據(jù)紅外輻射原理進(jìn)行體溫測(cè)量,。世強(qiáng)介紹的這款設(shè)計(jì),，主要由數(shù)字紅外傳感器、主控CPU 單元,、液晶顯示器和其他外圍電路組成,，其設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。當(dāng)按鍵按下時(shí),，數(shù)字紅外傳感器將采集到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),。主控CPU 采集的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算后，在液晶屏顯示出耳腔溫度值,，并伴隨蜂鳴器鳴叫,。
1,、傳感器部分
傳感器部分采用數(shù)字紅外傳感器MLX90615，主要由紅外熱電堆傳感器,、低噪聲放大器,、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和功能強(qiáng)大的DSP 單元等組成,，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。紅外熱電堆傳感器將采集到的紅外輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)， 并經(jīng)過低噪聲放大器放大后送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器,。模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)FIR/IIR 低通濾波器調(diào)理后送入數(shù)字信號(hào)處理器,，數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)運(yùn)算處理后輸出測(cè)量結(jié)果并保存在MLX90615 內(nèi)部RAM 中，可以通過SMBus或PWM方式供主控CPU 單元讀取,。
MLX90615 具有寬溫度范圍的高精度,、高分辨率、發(fā)射率可調(diào)節(jié),、SMBus 兼容的數(shù)字接口等優(yōu)點(diǎn),，而作為醫(yī)用的MLX90615ESG-DAA 在36~39 ℃的人體溫度范圍內(nèi)的精確度達(dá)到了±0.1 ℃。MLX90615廣泛應(yīng)用于高精度非接觸溫度測(cè)量,、家用溫度控制,、衛(wèi)生
保健、多重溫度區(qū)域控制等領(lǐng)域,。
2,、主控CPU
CPU 采用基于ARM Cortex-M3 的32 位微控制器EFM32G842F64。該控制器具有高速可靠,、資源豐富,、低功耗、寬溫度范圍等優(yōu)點(diǎn),， 廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制,、醫(yī)療保健、手持設(shè)備等場(chǎng)合,。EFM32G842F64具有64 KB 的片內(nèi)Flash 程序存儲(chǔ)器,、53 個(gè)通用I/O引腳、2 個(gè)12 位A/D 轉(zhuǎn)換器,、3 個(gè)通用定時(shí)器等外設(shè)資源和USART,、I2C、SPI等通信接口,， 能夠滿足紅外耳溫計(jì)的設(shè)計(jì)要求,。該設(shè)計(jì)中微控制器EFM32G842F64主要完成判斷按鍵輸入、紅外傳感器信號(hào)的采集與處理,、驅(qū)動(dòng)液晶屏顯示和蜂鳴器鳴叫等功能,。
3,、液晶顯示器
該設(shè)計(jì)顯示部分采用基于HD44780 液晶芯片的通用1602 字符型液晶屏， 它是指顯示的內(nèi)容為16&TImes;2,，即可以顯示兩行,， 每行16 個(gè)字符和數(shù)字的液晶模塊。液晶顯示屏具有功耗低,、體積小,、對(duì)比度可調(diào)、內(nèi)置字符發(fā)生器,、易匹配處理器等優(yōu)點(diǎn),。
4、其他外圍電路
其他外圍電路部分主要包括按鍵,、蜂鳴器等部分,。按鍵主要產(chǎn)生中斷信號(hào)， 使EFM32G842F64執(zhí)行紅外溫度檢測(cè)功能,。蜂鳴器則提示用戶紅外溫度檢測(cè)結(jié)束,。
軟件設(shè)計(jì)
1、程序設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì),，主要包括：初始化模塊,、按鍵檢測(cè)模塊、紅外溫度檢測(cè)模塊和液晶顯示模塊等,，其程序流程如圖3 所示,。初始化模塊主要完成復(fù)位、通用I/O,、中斷,、定時(shí)器、I2C 等初始化設(shè)置,。按鍵檢測(cè)模塊主要是檢測(cè)按鍵是否按下,，從而觸發(fā)外部中斷并執(zhí)行紅外溫度檢測(cè)功能。紅外溫度檢測(cè)模塊主要是按照I2C 總線方式對(duì)數(shù)字紅外傳感器MLX90615 進(jìn)行讀取操作,， 并按預(yù)定的公式將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成耳腔溫度值,。液晶顯示模塊主要是驅(qū)動(dòng)液晶顯示器， 將耳腔溫度值顯示在液晶屏上,，方便用戶讀取數(shù)據(jù),。當(dāng)溫度值顯示在液晶屏上時(shí)，蜂鳴器鳴叫,， 提示溫度測(cè)量工作結(jié)束,。
2、紅外溫度檢測(cè)模塊
微控制器EFM32G842F64內(nèi)部集成了I2C 串行接口,，因此該設(shè)計(jì)采用SMBus 兼容方式對(duì)紅外傳感器MLX90615 進(jìn)行讀寫操作,。紅外測(cè)溫模塊主要包括讀取從地址,、設(shè)置發(fā)射率、讀取被測(cè)物體數(shù)據(jù),、溫度轉(zhuǎn)換等步驟,，其程序流程見4。在紅外溫度檢測(cè)模塊中,，EFM32G842F64對(duì)數(shù)字紅外傳感器MLX90615進(jìn)行讀寫操作,， 首先讀取紅外耳溫計(jì)中從器件MLX90615 的子地址（SMBus 從動(dòng)器地址默認(rèn)地址為5Bh）。MLX90615 中發(fā)射率出廠設(shè)置為1,，而人體皮膚發(fā)射率為0.98,。為了補(bǔ)償被測(cè)物體的發(fā)射率，需要重新設(shè)置MLX90615 的發(fā)射率,。MLX90615的RAM 單元07h 地址存放的是被測(cè)物體的溫度值，因此,，按照I2C 總線時(shí)序讀取多字節(jié)數(shù)據(jù),。MLX90615中讀出的溫度值轉(zhuǎn)換為攝氏溫度的公式為：
To=RAM（07h）0.02-273.15 （3）
由于突發(fā)性流行疾病時(shí)常爆發(fā)，傳統(tǒng)的體溫測(cè)量方式已經(jīng)不能滿足人體溫度的測(cè)量要求,。我們?cè)O(shè)計(jì)的紅外耳溫計(jì)采用低功耗的ARM 處理器和高精度的數(shù)字紅外傳感器,，簡(jiǎn)化了硬件和軟件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)的分辨率和精確度,，在臨床護(hù)理,、家庭保健等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)表明,，該設(shè)計(jì)的分辨率達(dá)到了0.02℃,，精確度達(dá)到了0.1℃，實(shí)現(xiàn)了快速,、準(zhǔn)確測(cè)量人體耳腔溫度的目的,。
該設(shè)計(jì)的核心產(chǎn)品已由世強(qiáng)全面代理，歡迎致電世強(qiáng)熱線400-887-3266咨詢訂購(gòu),。
相關(guān)產(chǎn)品詳情
紅外溫度傳感器
MLX90615
關(guān)于世強(qiáng)
世強(qiáng)先進(jìn)成立于1993年,，是包括安華高、瑞薩電子,、Silicon Labs,、Rogers、Melexis,、英飛凌,、acam、Alliance,、Micrel,、Littelfuse,、NEMICON、EMC & RF Labs,、EPSON,、Cpyress、Vincotech,、SMI,、理光微電子、是德等在內(nèi)的全球知名半導(dǎo)體
企業(yè)及測(cè)試測(cè)量?jī)x器公司在大中國(guó)區(qū)的重要分銷商,，同時(shí)也是眾多電子制造和研發(fā)企業(yè)的重要供應(yīng)商,，產(chǎn)品業(yè)務(wù)除了覆蓋傳統(tǒng)的工業(yè)、通信,、消費(fèi)和汽車電子領(lǐng)域,，更為新興的物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng),、可穿戴設(shè)備,、智能移動(dòng)終端等市場(chǎng)帶來更多前沿技術(shù)和創(chuàng)新產(chǎn)品。
作為技術(shù)驅(qū)動(dòng)型分銷企業(yè) ,，世強(qiáng)還擁有成熟的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)和系統(tǒng)的服務(wù)流程,，根據(jù)需求向客戶提供新產(chǎn)品推介、快速樣品,、應(yīng)用咨詢,、方案及軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)環(huán)境,、售后及物流等方面的專業(yè)服務(wù),。2014年，世強(qiáng)年銷售額2.32億美金,，在全國(guó)設(shè)有17個(gè)分公司和辦事處,，擁有員工近500人。
更多紅外溫度傳感器內(nèi)容,，請(qǐng)?jiān)L問
rs電子,。
