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基于24位ADC SOC芯片SDI5229TS的額溫槍設計方案

來源: zhihu
2021-12-08
類別:健康醫(yī)療
eye 32
文章創(chuàng)建人 拍明

原標題:基于SDI5229TS的額溫槍設計方案

1. 引言

隨著人們對健康管理的重視,體溫監(jiān)測已經(jīng)成為日常生活中的一項重要活動。額溫槍作為一種非接觸式體溫測量設備,以其高效、便捷、精準的特點,廣泛應用于醫(yī)院、學校、工廠以及家庭等場所。為了提高額溫槍的測量精度和響應速度,采用高精度的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)是設計中的一個重要環(huán)節(jié)。本設計方案以SDI5229TS芯片為核心,提出了一種基于24位ADC的高精度額溫槍設計方案。

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2. SDI5229TS芯片概述

SDI5229TS是一款高精度、低功耗的24位ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器),集成了多個功能模塊,適合用于需要高精度信號采集的應用場景。該芯片的特點包括:

  • 24位分辨率:具有極高的測量精度,適用于對微小信號變化敏感的應用。

  • 內(nèi)置溫度傳感器:支持高精度溫度測量,有助于在溫度敏感的應用中提供精確的環(huán)境補償。

  • 低功耗:適合長時間工作且電池供電的設備。

  • 高速轉(zhuǎn)換:提供快速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率,有助于提高額溫槍的響應速度。

由于其優(yōu)異的性能,SDI5229TS芯片在醫(yī)療器械、工業(yè)控制等領域得到了廣泛的應用,特別適用于體溫測量、環(huán)境監(jiān)控等對精度和穩(wěn)定性要求較高的場景。

3. 設計需求分析

額溫槍設計需要滿足以下基本要求:

  • 高精度:體溫測量精度要求非常高,通常需要在±0.1℃以內(nèi)的誤差范圍。

  • 快速響應:在快速檢測過程中,額溫槍應能迅速完成測量并給出結(jié)果,一般要求響應時間在1秒以內(nèi)。

  • 非接觸式測量:為了避免交叉感染,額溫槍設計應采用非接觸式溫度感應。

  • 低功耗:設備需要長時間待機或工作,因此必須具備低功耗特性。

  • 易于操作:設計應簡潔直觀,方便用戶使用。

通過結(jié)合SDI5229TS芯片的24位高精度ADC功能,可以保證設計的額溫槍在滿足以上需求的同時,還能實現(xiàn)更加精準的體溫測量。

4. 系統(tǒng)框架設計

設計一個高精度額溫槍的基本架構包括以下幾個模塊:

  1. 溫度傳感器模塊:用于采集用戶額頭部位的溫度信號。

  2. 信號處理模塊:對傳感器輸出的模擬信號進行放大和濾波。

  3. ADC采樣模塊:使用SDI5229TS芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

  4. 處理器與顯示模塊:通過微控制器(MCU)處理數(shù)字信號并顯示體溫結(jié)果。

  5. 電源管理模塊:為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源,確保低功耗運行。

  6. 通信模塊:可選,用于將測量結(jié)果傳輸?shù)绞謾C或其他設備。

5. 溫度傳感器模塊

額溫槍采用紅外傳感器進行溫度測量,紅外溫度傳感器能夠檢測到人體發(fā)出的紅外輻射,轉(zhuǎn)換成電信號,并輸出相應的模擬信號。常用的紅外傳感器有以下幾種類型:

  • 熱電堆傳感器:常見于較為簡便的額溫槍中,具有較低的靈敏度和較慢的響應速度。

  • 熱電偶傳感器:在某些高精度場合中會使用,但通常不如紅外傳感器便于快速測量。

  • 光學紅外傳感器:通過紅外光學系統(tǒng)采集輻射溫度,能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的溫度測量。

本設計選用了一款高靈敏度的紅外傳感器模塊,該傳感器能夠在人體表面和周圍環(huán)境溫度之間提供非常清晰的溫差信息,經(jīng)過模擬信號處理后輸出到ADC模塊進行數(shù)字化處理。

6. 信號處理模塊

由于傳感器輸出的信號通常較為微弱且含有噪聲,因此在信號進入ADC之前,需要進行適當?shù)姆糯蠛蜑V波。此部分設計包括:

  • 放大電路:通過運算放大器將輸入的微弱模擬信號放大到ADC可處理的電壓范圍內(nèi)。

  • 濾波電路:為去除傳感器輸出信號中的噪聲,可以設計低通濾波器或帶通濾波器,確保信號的質(zhì)量。

  • 增益控制:根據(jù)信號強度調(diào)節(jié)增益,避免過載或信號不足。

7. ADC采樣模塊

SDI5229TS作為24位的高精度ADC,具有極高的采樣精度和速度,能夠準確地將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,傳遞給MCU進行后續(xù)處理。具體設計時,要注意以下幾個方面:

  • 采樣速率:根據(jù)需要進行選擇,確保能夠在短時間內(nèi)完成多次測量,并保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

  • 采樣分辨率:24位分辨率意味著每次測量能夠提供1677萬個不同的數(shù)值,這對于精確的體溫測量至關重要。

  • 轉(zhuǎn)換精度:ADC的精度直接影響到測量結(jié)果的準確性,24位ADC能夠提供非常細致的分辨能力,能夠精確到0.0001℃。

SDI5229TS的優(yōu)點是其高精度和低功耗,非常適合用作額溫槍中的核心采樣模塊。

8. 處理器與顯示模塊

為了將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處理并顯示結(jié)果,我們需要一個微控制器(MCU)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、控制和顯示。一般來說,MCU會進行以下幾項工作:

  • 數(shù)據(jù)處理:將來自ADC的數(shù)據(jù)進行處理,包括計算體溫、去除噪聲、進行溫度補償?shù)取?/span>

  • 顯示功能:將處理后的體溫結(jié)果通過LCD屏幕或LED顯示屏顯示出來,通常需要顯示結(jié)果的同時提供溫度范圍的提示。

  • 按鈕控制:用戶可通過按鈕調(diào)整設置,如測量模式、語言設置等。

選擇MCU時,要確保其具備足夠的運算能力和接口支持,以便與SDI5229TS和顯示屏等外設進行通信。

9. 電源管理模塊

電源管理模塊對于額溫槍的設計至關重要。為了延長使用壽命和保證低功耗,設計時應考慮:

  • 電池選擇:選擇適合長期待機的電池,如鋰電池或聚合物電池。

  • 低功耗設計:MCU和ADC芯片應當支持低功耗模式,避免在待機時消耗過多電能。

  • 充電功能:設計應包括充電模塊,以便在電池電量不足時進行充電。

10. 通信模塊

部分額溫槍可能需要將測量結(jié)果傳輸?shù)绞謾C或其他設備,尤其是在醫(yī)療環(huán)境中,通過藍牙、Wi-Fi或NFC等無線通信技術,將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端或APP中進行記錄和分析。因此,可以根據(jù)需求添加相應的通信模塊。

11. 測量誤差與補償

由于外部環(huán)境和傳感器特性可能影響測量結(jié)果,因此需要考慮溫度補償和校準。常見的補償方法包括:

  • 環(huán)境溫度補償:通過溫度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度,實時調(diào)整測量值。

  • 傳感器校準:通過對傳感器進行定期校準,確保其測量精度。

12. 總結(jié)

基于24位ADC芯片SDI5229TS的額溫槍設計方案,通過高精度ADC的應用,能夠提供精確、快速的體溫測量,滿足現(xiàn)代醫(yī)療設備對精度、響應速度和低功耗的要求。在設計過程中,通過合理選擇溫度傳感器、放大電路、MCU和電源管理等模塊,能夠構建一個高效、穩(wěn)定、易于使用的額溫槍系統(tǒng)。


責任編輯:David

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