體溫檢測是我們居家，出入社區(qū)或工作場所以及出行中的必要監(jiān)測。紅外體溫檢測儀通過非接觸式測溫有助于減少接觸傳染。在這里我們來和大家談?wù)勥@個系統(tǒng)和主要的設(shè)計方案。
MSP430系列單片機是德州儀器（TI）公司1996年開始推向市場的一種16位超低功耗RISC混合信號處理器，基于該系列產(chǎn)品開發(fā)出來的應(yīng)用不計其數(shù)，數(shù)不勝數(shù)，尤其是面向傳感與檢測類終端應(yīng)用，因其在片上集成有高性能ADC、LCD驅(qū)動、串口通訊、PWM輸出等模塊，成為了紅外體溫檢測儀廠商的不二之選。配合TI提供的豐富的線上軟硬件設(shè)計資源，使得開發(fā)人員可以大大簡化設(shè)計流程，快速開發(fā)紅外體溫檢測儀原型機，同時節(jié)省電路板空間從而降低成本。
下圖提供了基于MSP430單片機和TI電源管理、放大器及溫度傳感器器件的紅外溫度檢測儀系統(tǒng)解決方案。
圖1:紅外體溫檢測儀系統(tǒng)框圖
MSP430系列單片機作為方案的主控MCU，可為測溫儀系統(tǒng)設(shè)計方案提供以下功能和特性：
豐富的外設(shè)滿足測溫儀設(shè)計需求：
1、MSP430片上集成的逐次逼近式SAR ADC或高分辨率Sigma-Delta ADC配合TI的TLV333放大器對模擬型紅外溫度傳感器采集到的高精度信號量進行采樣并轉(zhuǎn)換數(shù)字溫度量，同時可以對電池電壓進行實時監(jiān)控；
2、MSP430片上集成的LCD驅(qū)動模塊，可以幫助開發(fā)人員為測溫儀快速實現(xiàn)LCD顯示的設(shè)計。MSP430FR4133內(nèi)置的高達 4×36 段或 8×32 段 LCD 驅(qū)動模塊，更是支持LCD的Segment和COM管腳的靈活配置，可以簡化開發(fā)人員的PCB設(shè)計；
3、I2C串口通訊接口可以滿足高精度數(shù)字溫度傳感器或數(shù)字型紅外溫度傳感器、數(shù)字型接近傳感器等輔助傳感元件的信號采集和輸入；
4、片上集成的定時器模塊可以輸出多路PWM信號以驅(qū)動測溫儀指示燈、蜂鳴器等裝置；
5、GPIO在超低功耗模式下的中斷使能，可以為電池供電的測溫儀系統(tǒng)提供待機模式下的快速按鍵響應(yīng)。
超低功耗設(shè)計助力測溫儀的長續(xù)航和高使用頻次：
MSP430系列單片機從1996年推出至今，一直以超低功耗作為產(chǎn)品的家族基因，為產(chǎn)品的低功耗設(shè)計提供豐富的低功耗智能外設(shè)。因為高頻次使用，紅外體溫檢測儀對設(shè)備電池供電的續(xù)航和使用頻次要求頗高，因此測溫儀的低功耗運行便成為系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
豐富的產(chǎn)品系列提供了靈活的內(nèi)存選擇：
MSP430系列單片機提供片上16KB以上存儲器可以滿足絕大多數(shù)測溫儀產(chǎn)品的內(nèi)存需求。該系列豐富的產(chǎn)品家族更是提供高達512KB的多種內(nèi)存選擇，用戶選擇不同內(nèi)存大小的同時無需過多的工作量便可以快速遷移現(xiàn)有設(shè)計?？蔀闇y溫儀推薦的產(chǎn)品型號有：
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Part Number |
Non-volatile Memory (FRAM/Flash) |
ADC |
LCD |
Packages |
|
MSP430FR4133 |
16KB FRAM |
10-bit SAR |
4 x 36 or 8 x 32 segments |
TSSOP48 TSSOP56 LQFP64 |
|
MSP430FR2433 |
16KB FRAM |
10-bit SAR |
N/A |
VQFN24 DSBGA24 |
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MSP430F42x0 |
16-32KB Flash |
16-bit Sigma-Delta |
4 x 14 segments |
SSOP48 VQFN48 |
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MSP430I204x |
16-32KB Flash |
24-bit Sigma-Delta |
N/A |
TSSOP28 VQFN32 |
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MSP430F6723A |
64KB Flash |
24-bit Sigma-Delta |
320 segments |
LQFP80 LQFP100 |
表1紅外體溫儀MCU產(chǎn)品型號推薦
圖1的方案中同時包括了TI豐富的電源管理、信號鏈和傳感器產(chǎn)品。
TPS61099 系列芯片是專門針對需要超低功耗應(yīng)用的升壓芯片，首先，靜態(tài)功耗僅僅為800nA，而且輸入電壓低至0.7V，可以完美支持單節(jié)干電池供電，同時在輸入1.5V，輸出3.3V/10uA條件下可達到80%的效率。TPS61099x系列芯片提供輸出可調(diào)版本和輸出固定版本兩種供客戶選擇，固定版本支持1.8V～5.0V幾乎各種常見輸出電壓。
TPS62170降壓轉(zhuǎn)換器提供低IQ，有助于延長系統(tǒng)的電池壽命，尤其是在不使用系統(tǒng)時。此外，它還支持在 2 MHz 以上的切換頻率下實現(xiàn)高效率，以幫助設(shè)計人員減少所需電感器的大小，從而減小整個解決方案的大小。
TLV333運放是TI的零溫漂運放系列產(chǎn)品，具有高精度低功耗的特點。一方面，該運放的超低輸入失調(diào)電壓（15 ?V max）和低溫漂（0.02μV/℃)利于最小化溫度檢測誤差，其軌到軌輸入/輸出性能幫助最大化動態(tài)范圍。另一方面，低靜態(tài)電流（28 ?A max）、低電壓（1.8V to 5.5V）和小尺寸封裝（最小SC70封裝），加上-40℃ 至+125℃的工作溫度范圍，非常適合手持式或電池供電的醫(yī)療設(shè)備。此外，該運放系列也有雙通道（TLV2333）和四通道（TLV4333）的選擇。
在某些系統(tǒng)中可能需要更快的建立時間和更低的噪聲來幫助加快溫度測量。對于這些情況，OPA388是替代TLV333的不錯選擇。OPA388將提供較低的輸入失調(diào)電壓（最大值為5μV），較低的噪聲（7 nV / rt（Hz））和更快的建立時間（2μs），所有這些都將有助于最小化建立時間和所需的平均采樣數(shù)量達到指定的溫度分辨率。
TI具有多種運算放大器，可用于模擬傳感元件和ADC之間的信號接口。下表列出了其他可以適用于此設(shè)計的放大器，所有放大器均采用雙重封裝。
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TI part number |
TLV333 |
OPA333 |
OPA330 |
OPA335 |
OPA388 |
LMP2021 |
|
Gain bandwidth (MHz) |
0.35 |
0.35 |
0.35 |
2 |
10 |
5 |
|
VOS max at 25°/C (mV) |
0.015 |
0.01 |
0.05 |
0.005 |
0.005 |
0.005 |
|
Drift (μV/°C) |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.005 |
0.004 |
|
IQ (mA) |
0.017 |
0.017 |
0.021 |
0.285 |
1.7 |
0.95 |
|
IBIAS (pA) |
130 |
200 |
500 |
200 |
350 |
100 |
|
Package |
Small outline integrated circuit (SOIC)/small outline transistor (SOT)-23 |
SOIC/ |
SOIC/ |
SOIC/ |
SOIC/ |
SOIC/ |
（轉(zhuǎn)載）
