方案介紹

1、概述：

近幾年來，非接觸紅外人體測溫儀在技術上得到迅速發展，性能不斷完善，功能不斷增強，品種不斷增多，適用范圍也不斷擴大。比起接觸式測溫方法，紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優點。

用于測試人體溫度的紅外測溫儀稱為人體紅外測溫儀。但是必須澄清一點，不存在專門的醫用或者工業用的紅外測溫儀之分，因為紅外測溫儀的制造原理都是一致的。只存在高精度，高距離系數比，高性能的紅外測溫儀和低精度，低距離系數比和低性能的紅外測溫儀之分。只要將紅外測溫儀的發射率設置在0.95（人的皮膚發射率一般都是這個值，就算有差異，影響也只在0.3度之內），就是符合人體測溫的要求。本文講述基于杭州晶華微SD8000系列芯片的人體紅外測溫解決方案。

方案特點

2、原理說明：

2.1、紅外波長介紹

紅外溫度傳感器中的紅外光是人眼看不見的一種光，但實際上它是一種與任何其他光一樣的客觀物質。紅外輻射的物理本質是熱輻射，物體的溫度越高，發射的紅外輻射越多，紅外輻射的能量也就越強。任何溫度高于熱力學零度的物體都會有紅外線輻射到周圍環境。紅外測溫儀的作用就是收集物體發射的紅外線，本身一點也不會發射出任何有害的輻射，所以對人體是完全無害的。有一些人誤解為是紅外測溫儀發射出射線到人體上產生讀數，這種觀念是錯誤的。紅外線是可見光外的光線，因此被稱為紅外線，其波長范圍大致在0.75~100μm內。見下圖：

圖1?紅外線波長頻譜圖

2.2、熱電堆紅外傳感器介紹?

熱電堆紅外溫度傳感器中的熱電堆是一種溫度測量元件，它一般由兩個介面原件組成，分別為Thermopile和Thermistor組成，元件和元件結構示意圖見如下：

圖2 熱電堆元件圖

圖3 熱電堆結構示意圖

熱電堆紅外測溫傳感器直接感應熱輻射，用于測量小的溫差或平均溫度，配合杭州晶華微自主研發的SD8005B或者SD8000W芯片為非接觸溫度測量提供完美的解決方案（本文主要以SD8005B講解為主）。

2.3、控制芯片介紹

SD8005B是高精度24位ADC的SOC產品，外圍資源豐富：可選的多種穩壓電源輸出，靈活設置的PGIA模塊，升壓模塊，RTC， UART、I2C、SPI、TIMER、PWM/PDM、PFD、CAPTURE輸出模塊，LCD驅動等。功能框圖如下：

圖4 功能框圖

◆ 高精度ADC，ENOB=18.8bits@8sps，差分2通道或單端4通道

◆?低噪聲高輸入阻抗前置放大器，1、12.5、50、100、200倍增益可選

◆?8位RISC超低功耗MCU，在2MHz工作時鐘，MCU部分在3V工作電壓下電流典型值為 300uA；32kHz時鐘待機模式下工作電流1.5uA，休眠模式電流小于1uA

◆?16k Bytes OTP程序存儲器，512Bytes SRAM數據存儲器

◆?低壓燒錄功能，可以替代外部EEPROM

◆?集成多種時鐘振蕩器，靈活多樣的時鐘選擇，選擇外部晶振時，支持停振檢測功能

◆?ADC輸出速率可選擇范圍：8SPS-2kSPS

◆?24SEG×4COM液晶驅動電路，超低功耗和大驅動能力設計；內含程控升壓模塊，可以在低壓條件下維持高亮顯示，并支持灰度調節

◆?內有硅溫度傳感器，可單點校準

◆?輸出1.2V低溫漂基準

◆?輸出四種可選擇穩壓源：2.4V/2.6V/2.9V/3.3V，提供外部傳感器激勵信號

◆?靈活的電池檢測功能，檢測范圍2.0V~3.3V

◆?ADC外部基準與內部基準可選，內部集成多種基準選項

◆?RTC模塊，可以提供秒信號輸出

◆?豐富的外圍資源：UART，I2C，SPI，PWM/PDM，PFD，TIMER，CAPTURE

◆?掉電檢測電路和上電復位電路

◆?工作電壓范圍：2.4V~3.6V

◆?工作溫度范圍：-40℃~ 85℃

3、硬件設計

整個人體紅外測溫系統由熱電堆紅外傳感器、控制芯片（SD8005B或SD8000W）、顯示、按鍵、電源、蜂鳴器和指示燈等電路組成。電路簡單，外圍器件少及整體功耗低等優點。此方案已提供給多個大型廠商大量穩定的出貨。電路原理圖如下所示：

4、紅外測溫流程介紹

◆?熱電堆紅外傳感器接收目標物的紅外輻射，產生電壓信號(Thermopile兩端信號)，該電壓信號跟目標溫度Tobj和環境溫度Tamb的關系如下:

V=K(F(Tobj)-F(Tamb))

其中K是校正常數；F為函數，跟傳感器有關。

◆?經SD8005B內置PGIA放大和高精度AD數模轉換后測出該電壓訊號。

◆?SD8005B對NTC的電阻阻值進行采集(Thermistor兩端信號)，通過查找溫度-電阻表的方法將環境溫度Tamb確定。

◆?通過計算或者查表得到目標物溫度Tobj。

◆?得到目標溫度后通過SD8005B驅動LCD顯示實際溫度，完成紅外測溫到顯示溫度的過程。其他設置溫度高低閾值及報警等功能可根據需求增加。

應用框圖

圖5 SD8005B紅外測溫電路原理圖

圖6 SD8000W紅外測溫電路原理圖lw

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