一、方案概述

體溫是人體生命活動的關鍵指標之一，準確快速地測量出體溫對疾病診斷和治療有著十分重要的意義。紅外測溫為測量人體體溫提供了快速、非接觸測量手段，與傳統水銀體溫計相比，該測溫方式具有反應速度快、測量時間短、精度高、使用簡單等優點，可廣泛、有效地用于密集人群的體溫排查。 非接觸紅外測溫計針對特定人群，比如兒童或老年人，有很好的效果。隨著生活節奏的變快，父母在忙碌中抽出時間幫助孩子測體溫是一件非常麻煩的事，而且由于兒童不穩定、好動，通過非接觸紅外測溫儀就可以快速準確地測出其體溫；老年人活動不便，使用傳統的體溫計很不方便，而且由于人老眼花，也不能看清體溫計汞柱的位置，通過非接觸紅外測溫儀就可以很快得到體溫，而且通過語音告知老人，有異常情況可及時發現。

本方案是基于 FREQCHIP 的 FR8016HA開發板為控制核心，采用紅外測溫傳感器BM43THA80C進行溫度的測量，通過開發板上240*240彩屏顯示，測量的溫度以揚聲器進行播報。

二、功能框圖

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圖一 FR8016HA測溫槍方案功能框圖

本方案設計的測溫槍主要功能如下：按下按鍵后，喚醒FR8016HA，開始對體溫的測量、顯示、播報。

三、系統總體方案

測溫槍的系統結構框圖如圖2，主要有FR8016HA、BM43THA熱電堆傳感器、放大電路、彩屏顯示、語音播放、按鍵部分、電源部分組成，本方案基于FR8016HA開發板演示，未達到產品級方案，所以要做成產品方案，還要進一步做二次開發，例如優化功耗、校準精度、增加模式等等。

FR8016HA的16bit ∑Δ型ADC采樣頻率率最高可以到48KHz，主要負責采集傳感器的弱電壓信號放大后的信號，控制溫度的計算、顯示、播報。 BM43THA 熱電堆傳感器主要將人體輻射的熱量轉化為電壓信號。放大電路主要將傳感器的弱電壓信號放大，按鍵部分主要負責根據喚醒處理器，開啟測量溫度。按鍵部分主要包括由電源鍵和測量鍵。測量鍵負責溫度的測量與計算，顯示，播報。

四、FR8016HA主控特性

4.1、FR8016HA簡介

FR8016HA是freqchip研發生產的一款符合BLE5.0標準的SOC芯片，內置16位audio codec可以支持模擬音頻輸入輸出，內置PMU可以對外部鋰電池提供200mA的充電電流，512kBFlash，48kBRAM。該mcu支持C語言編程易于開發，支持Keil開發環境和Jlink調試。擁有豐富的外設接口：GPIO*15、SPI、IIC、UART、ADC、PWM

4.2、16bit ∑Δ型ADC介紹

在FR8010H中有內置的audio codec，其中包含有一路16 bits精度，速率可達到48K的adc通路。該adc屬于Σ-Δ ADC，因此當輸入信號電壓小于VMID（大概為AVDD/2）時，采樣數據為負值，當大于VMID時采樣數值為正值。經測試該ADC具有較好的線性度。在使用時我們建議通過取多點（若以48K采樣率，可以每16K點進行一次統計），然后取平均值的方式來提高精度。

1. 該ADC有效輸入范圍為采樣范圍的10%~90%AVDD

2. 該ADC的采樣輸出為-24000~24000（該值與實際電壓對應關系需要校準，校準方法在后面介紹）

由于生產工藝差異，會造成不同的芯片對相同的輸入電壓值轉換出不同的結果，這就需要有個校準的過程。因為ADC工作在有效范圍內為線性輸出，所以需要兩個點就可以對該ADC進行校準。ADC輸入信號值x與采樣值y的數學關系如下：

y = ax + b

其中a與b為需要通過校正得到的兩個參數。以額溫槍為例，參考設計如下圖：

其中U4為熱電堆接口，IR_OUT為ADC輸入信號。校正流程如下：

1. 將TO+和TO-短接，那么相當于被測信號輸入電壓為0，這時得到一個ADC的采樣值為B1，帶入上面公式（B1 = a * 0 + b），可以得出這條轉換直線的偏移量b = B1

2. 在已知的環境溫度下，將熱電堆朝向已知溫度的黑體探測（這時TO+和TO-之間的電壓通過查表可得為A），這時得到一個ADC的采樣值為B2，帶入公式（B2 = a * A + B1），可以得出這條直線的斜率為a = （ B2-B1 ） / A。

3. 以上兩個過程就可以確定該直線，如果想得到更好的效果，那就是將1步驟換成另外一個溫度的黑體進行2步驟的測量。

注：為了得到較為精確的值，這就要求B2和B1的差值比較大，而B1為0附近的值，因此在測量黑體時離0點（環境溫度25度，黑體溫度為25度）越遠越好。

在實際使用中通過公式x = （ y – b ） / a來得到實際的被測電壓，其中b和a通過上面的校準過程可以得到。

4.3、主控原理圖

為了提高精確度，FR8016HA采用外部LDO_3V3供電，芯片內部電源設置為Bypass模式

五、紅外測溫模塊

放大電路采用高精度集成運放TP5591，低失調電壓20uV，零飄：0.01uV/℃

參考電壓VMID為1/2AVDD

NTC電壓NTC_ADC通過10bitADC采集

熱電堆輸出信號經放大后的IR_OUT通過16bit∑Δ型ADC采集

六、音頻播放模塊

音頻輸出接口，外界一個功放后直接驅動喇叭。FR8016HA可以將測出的體溫，通過音頻輸出接口播放體溫數值。

七、顯示模塊

FR8016HA開發板采用了一個SPI接口的240*240分辨率的全彩顯示屏，用作顯示溫度

八、BLE藍牙通信（功能拓展）

當手機通過藍牙與FR8016HA建立連接后，FR8016HA可以將測出的體溫發送到手機端。

下圖是采用FR8016HA的DEMO板實現紅外測溫槍的實物照片