原標(biāo)題：基于GD32E230的額溫槍設(shè)計(jì)方案

　　多款額溫槍方案量產(chǎn)，GD32加速醫(yī)療電子行業(yè)應(yīng)用

　　來(lái)源： GD32MCU

　　隨著全球紅外測(cè)溫儀器需求的爆發(fā)，MCU成為方案BOM中最緊缺的物料之一。GD32 MCU積極應(yīng)對(duì)當(dāng)下所需，并與合作伙伴攜手提供了高性?xún)r(jià)比、充足庫(kù)存和解決方案的一站式量產(chǎn)服務(wù)。

　　從目前海內(nèi)外疫情的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，國(guó)內(nèi)傳播將很快得到控制，但海外輸入的潛在問(wèn)題使公共場(chǎng)合測(cè)溫檢疫的需求將長(zhǎng)期存在，同時(shí)據(jù)醫(yī)療儀器制造商預(yù)計(jì)，國(guó)內(nèi)紅外測(cè)溫儀的需求能見(jiàn)度已經(jīng)到今年7月份。海外(以歐洲、日韓居多)則出現(xiàn)了類(lèi)似國(guó)內(nèi)1-2月份的大面積短缺，出口訂單蜂擁而至。

　　來(lái)源：賽迪顧問(wèn)

　　根據(jù)賽迪發(fā)布的國(guó)內(nèi)紅外測(cè)溫儀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)手持式測(cè)溫儀總產(chǎn)量將達(dá)65萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)117%。進(jìn)入3月份，元器件供應(yīng)商和代工企業(yè)逐漸復(fù)工，但核心器件嚴(yán)重短缺的狀況并未好轉(zhuǎn)，相關(guān)廠商的方案開(kāi)發(fā)和交付壓力仍然巨大。

　　因此，在長(zhǎng)期需求驅(qū)動(dòng)下，測(cè)溫儀供應(yīng)鏈尋找穩(wěn)定可靠、供貨充足的相關(guān)MCU和熱電堆傳感器供應(yīng)商成為重中之重。

　　近日，搭載兆易創(chuàng)新GD32E230系列MCU的多款額溫槍已量產(chǎn)，該系列多個(gè)型號(hào)目前對(duì)終端客戶(hù)穩(wěn)定供貨中。根據(jù)額溫槍功能定位，量產(chǎn)型號(hào)涵蓋了各種封裝的超值型產(chǎn)品，包括GD32E230K8U6 (QFN32)，GD32E230F8P6 (TSSOP20)和 GD32E230C8T6 (LQFP48) 等。

　　額溫槍簡(jiǎn)介

　　額溫槍是一種紅外線(xiàn)測(cè)溫儀。不同于傳統(tǒng)的口腔腋下等接觸式體溫計(jì)，是針對(duì)量測(cè)人體額溫基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。操作簡(jiǎn)單高效便捷，無(wú)鐳射點(diǎn)，不會(huì)對(duì)眼睛造成潛在傷害;不需要接觸人體皮膚，能夠避免交叉感染;能實(shí)現(xiàn)1鍵測(cè)溫，1秒測(cè)溫。

　　額溫槍一般配有顯示屏，用于顯示溫度，以及過(guò)往測(cè)試記錄等信息。通過(guò)按鍵可以進(jìn)行模式的設(shè)置、溫度的采集、記錄的查詢(xún)等等。另外有些還會(huì)配有聲音、燈光報(bào)警提示功能。額溫槍上最關(guān)鍵的器件主要有主控MCU和測(cè)溫Sensor。

　　基于GD32的額溫槍設(shè)計(jì)方案

　　功能介紹

　　·當(dāng)紅外額溫計(jì)對(duì)準(zhǔn)并靠近被測(cè)對(duì)象至數(shù)字接近式傳感器檢測(cè)的有效距離時(shí)，按下電源/測(cè)量鍵，并保持若干秒，則紅外額溫計(jì)內(nèi)部的紅外傳感器模塊就會(huì)進(jìn)行溫度采集，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，隨之將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而后通過(guò)通信接口傳輸?shù)?a target="_brank" class="color-015b84" href="/wiki-117.html ">單片機(jī);

　　·單片機(jī)通過(guò)數(shù)字溫度傳感器采集當(dāng)前環(huán)境溫度對(duì)傳輸?shù)臏囟葦?shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)溫度補(bǔ)償處理，并把修正后的溫度作為當(dāng)前記錄編號(hào)存儲(chǔ)，從而進(jìn)行相應(yīng)的OLED或LCD屏幕顯示：(35.0-37.4℃)體溫正常綠色、(37.5-37.9℃)體溫偏高黃色、(38-42.9℃)體溫超高紅色，若體溫異常同時(shí)還會(huì)進(jìn)行“嘀嘀嘀嘀嘀”報(bào)警，最后語(yǔ)音播報(bào)當(dāng)前溫度;

　　·當(dāng)超過(guò)15S不使用，會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)，完全與電池?cái)嚅_(kāi)，零功耗，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

　　方案功能框圖

　　本非接觸式紅外額溫計(jì)方案由低功耗、高安全性的MCU(GD32E230K8U6)、電源模塊、按鍵模塊、紅外傳感器模塊、OLED或LCD顯示模塊、語(yǔ)音模塊或者喇叭組成，其硬件框圖如下所示：

　　方案原理圖

　　方案的硬件框圖如下圖所示。

　　方案分析

　　(1) Sensor采用數(shù)字或模擬式熱電堆Sensor，基本物理原理是塞貝克效應(yīng);

　　(2) 人體額溫槍的校準(zhǔn)

　　·環(huán)境溫度：把傳感器置于25.00 +/-0.02 度水槽中，等穩(wěn)定后按下某個(gè)鍵確認(rèn)，一般耗時(shí)30秒;

　　·黑體溫度：先把黑體爐調(diào)到37.00 +/-0.02度，再把傳感器塞入到黑體爐里，等穩(wěn)定后按下某個(gè)鍵確認(rèn)，一般耗時(shí)20min;

　　·有條件的廠商最好配備恒溫房進(jìn)行批量校準(zhǔn)。

　　(3) 通過(guò)零溫飄運(yùn)放將Sensor信號(hào)進(jìn)行放大以后，供MCU采樣。運(yùn)放選用要求溫飄不超過(guò)0.05uV/℃，失調(diào)電壓不超過(guò)10uV;

　　(4) 電源模塊通過(guò)升壓電路可以適應(yīng)兩節(jié)干電池供電場(chǎng)合，保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定;也可以提供降壓方式以適應(yīng)9V電池供電;

　　(5) 采用蜂鳴器進(jìn)行聲音提示，也可以為客戶(hù)提供語(yǔ)音播報(bào)的方式來(lái)進(jìn)行聲音提示;

　　(6) 按鍵可以根據(jù)客戶(hù)的需求，定制按鍵的功能，按鍵的個(gè)數(shù);

　　(7) 采用OLED點(diǎn)陣屏或LCD液晶屏，可以為客戶(hù)定制顯示效果。其中OLED屏顯示效果極佳，建議有條件的廠商采用;

　　(8) 核心參數(shù)說(shuō)明：

　　GD32方案優(yōu)勢(shì)

　　·方案采用GD32E230K8U6作為主控MCU，是最先進(jìn)的Cortex-M23內(nèi)核，采用55nm先進(jìn)工藝，并在中國(guó)大陸封裝測(cè)試，有可靠的品質(zhì)保證和充足的產(chǎn)能調(diào)配。最高主頻72MHz，64K Flash，8K Ram，速度快、容量大，配有豐富的通訊接口，可以擴(kuò)展非常多的應(yīng)用功能;

　　·芯片內(nèi)部集成了12位ADC、多功能比較器、定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)、看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)、電源可編程電壓檢測(cè)(PVD)、中斷控制器等模塊，具有性?xún)r(jià)比高、存儲(chǔ)容量大、安全性高，功耗低、接口豐富等特點(diǎn);

　　·市面上額溫槍產(chǎn)品普遍采用LCD段碼屏，此方案推薦選用OLED屏，顯示效果更加細(xì)膩、更具實(shí)用性;

　　·本方案設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)完全與電池?cái)嚅_(kāi)，零功耗，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

　　溫度Sensor適配說(shuō)明

　　本方案適配的Sensor通常為普通熱電堆式，熱電堆式溫度傳感器價(jià)格低廉，其參數(shù)指標(biāo)：

　　·測(cè)量范圍：-50℃-100℃;

　　·測(cè)量精度：0.1℃以?xún)?nèi)，±0.1%以?xún)?nèi);

　　·工作溫度：-20℃-+85℃;

　　·最大測(cè)量距離：≦0-50mm(加透鏡300-500mm);

　　·輸出電壓：0-10mV;

　　·熱電堆溫度傳感器最大量程范圍可以做到-60℃到+1200℃范圍;

　　·紅外熱電堆傳感器成品圖主要封裝形式有兩種：TO46(TO18)/TO39(TO5)。

　　目前已經(jīng)適配的型號(hào)列表如下

　　(如有特殊需求可調(diào)整方案)

　　關(guān)于GD32E230系列超值型MCU

　　GD32E230系列MCU主要規(guī)格

　　·Cortex-M23@72MHz, 55 MIPS;

　　·Flash：64KB/32KB/16KB;

　　·SRAM：8KB/6KB/4KB;

　　·高速高精度ADC：12-bit ADC@2.6Msps，10 通道;

　　·高級(jí)定時(shí)器x1，可產(chǎn)生6路死區(qū)可調(diào)的互補(bǔ)PWM輸出;

　　·通用定時(shí)器x5;

　　·Flash帶有硬件加密保護(hù);

　　·多種串行通訊方式：I2C x2, SPI x2, UART x2;

　　·供電電壓：1.8V~3.6V;

　　·豐富的封裝類(lèi)型：

　　TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48;

　　·工業(yè)級(jí)的工作溫度范圍：

　　-40℃~+85℃;

　　·工業(yè)級(jí)的ESD特性：6000 Volt

　　GD32E230系列MCU配備Arm 最新一代的Cortex-M23內(nèi)核，支持完整的Armv8-M基準(zhǔn)指令集，最大限度地提高了代碼的緊湊性。GD32E230系列內(nèi)部集成1個(gè)高速多通道12bits的高精度ADC，采樣速率可達(dá)2.6MSPS，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)微小電平的采集、放大與轉(zhuǎn)換。

　　GD32E230采用1.8V-3.6V寬電壓供電，I/O口可承受5V電平。全新設(shè)計(jì)的電壓域支持高級(jí)電源管理并針對(duì)節(jié)能便攜等低功耗應(yīng)用場(chǎng)合提供了三種省電模式。在所有外設(shè)全速運(yùn)行模式下的最大工作電流僅為118μA/MHz，深度睡眠模式下的電流更下降了86%，電池供電RTC時(shí)的待機(jī)電流僅為0.7μA，在確保高性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了最佳的能效。MCU更具備了6KV靜電防護(hù)(ESD)和優(yōu)異的電磁兼容(EMC)能力，符合工業(yè)級(jí)高可靠性和溫度標(biāo)準(zhǔn)。

　　值得一提的是，GD32作為中國(guó)32位通用MCU市場(chǎng)的領(lǐng)跑者，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具備了高穩(wěn)定性、低成本和低功耗的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，采用業(yè)界先進(jìn)的代工工藝制造，其封裝和測(cè)試均在中國(guó)國(guó)內(nèi)完成，并采用多個(gè)認(rèn)證工廠及生產(chǎn)線(xiàn)同時(shí)供貨，從而有效規(guī)避了復(fù)工不足和物流延遲等風(fēng)險(xiǎn)。在抗擊疫情、需求量上漲的同時(shí)，GD32具備了最為靈活與彈性的充足產(chǎn)能與穩(wěn)定供貨保障，更提供了紅外額溫槍“主控芯片+算法+解決方案“的一站式量產(chǎn)服務(wù)，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間降低成本投入，與合作伙伴同心協(xié)力為用戶(hù)提供支持。