基于EFM32的紅外測溫儀應用案例

概述

　　紅外測溫儀是指通過測量物體發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，是一種利用紅外接收原理測量人體的測溫計。其測量范圍較窄，一般為30～42攝氏度。

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

　　獸用紅外測溫儀。根據普朗克原理，通過準確測定動物體表特定部位的體表溫度，修正體表溫度與實際溫度的溫差，便能準確顯示出動物的個體體溫。

　　系統結構

　　EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3內核設計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)、工業控制、警報安全系統、健康與運動應用系統、手持式醫療設備以及智能家居控制等領域。

　　紅外測溫儀主要包括供電電源、光學系統、紅外感應器、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計。因此智能門鎖可以選用3.3V的鋰電池系統供電，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。

　　光學系統

　　如圖2，紅外測溫儀的光學系統是一個濾光和聚光的過程。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系。光學系統就是根據不同的測量范圍進行濾波，只讓所需波長的光進入，再由透鏡進行聚光以供紅外傳感器進行轉換。

　　紅外傳感器

　　這是紅外測溫儀中的一個核心器件，通過溫差電效應、熱釋電效應和熱敏電阻等，將紅外光線的輻射能大小轉換成電信號輸出。某些帶ADC的紅外傳感器可將紅外溫度及環境溫度的數據通過I2C發送給MCU。

　　圖 2 紅外采樣框圖

　　主控制器

　　根據功能需求可配置不同型號的EFM32芯片作為主控MCU。本應用選用EFM32TG822作為主控，它的封裝為QFP48，Flash和RAM資源分別從8~32KB和2~4KB，帶有8X11的LCD驅動接口，4路ADC，2個比較器及3個運放。

　　交互與通訊

　　通過按鍵控制并將結果由LCD顯示，有必要時可將測量結果由UART口或轉USB口與PC通訊，將結果由PC顯示保存。

　　方案優勢

　　相對于傳統的8位、16位單片機實現的紅外測溫儀方案，基于EFM32實現的本方案具有以下優勢：

　　超低功耗

　　EFM32是全球最低功耗的32位微控制器，LCD控制器、DMA可運行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA，不運行RTC的模式下可低至600nA，而在不保存RAM數據時更是只有20nA。同時，EFM32的LCD可實現簡單的動畫模式而不需要CPU的參與。片上更是集成了低功耗外設：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驅動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驅動器、模擬比較器、運算放大器、AES硬件模塊等資源，可減少大部分的外圍器件，節省成本。

　　總結

　　EFM32具有優異的低功耗特性，非常適合于對于低功耗有要求的紅外測溫儀的應用。EFM32內核采用目前流行的Cortex-M3設計，極大地縮短了開發者的開發時間。EFM32具有豐富的外設，為系統擴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用。