一、方案概述

華盛昌DT-8806系列非接觸紅外額溫計是一種以紅外輻射探測原理為基礎的溫度檢測設備，通過測量人體表面發射的紅外輻射能量來估算額頭的實際溫度。該類溫計具有非接觸、高靈敏、快速響應、易使用等顯著優勢，特別適用于疫情防控、醫療門診、家庭健康等場景。產品整體設計依賴于高性能紅外傳感器、低功耗高集成度的MCU、清晰直觀的顯示模塊、可靠的供電與穩壓電路，構建成一套完整的嵌入式測溫系統。

二、系統結構組成

整機主要由紅外測溫模塊、微控制器模塊、LCD顯示模塊、聲音報警模塊、電源管理模塊、按鍵控制模塊及外殼結構組成，各模塊之間通過標準總線（如I2C、GPIO、PWM等）進行通信，形成高度集成的小型系統。核心電路架構圖如下所示。

三、非接觸紅外測溫模塊設計

1. 傳感器型號：Melexis MLX90614ESF-DCI

器件作用： 作為核心紅外探測器件，MLX90614能夠感知人體表面輻射的紅外能量，并轉換為數字溫度信號，輸出對象溫度和環境溫度兩種值。

選擇理由： MLX90614具有非接觸測溫、寬測溫范圍（-70℃至+380℃）、高精度（誤差低至±0.2℃）、低功耗（僅1.6mA）等特點，并內置DSP進行信號校正，I2C通信方便與主控單元集成。

功能特點： 支持高達0.02℃分辨率、帶EEPROM用于參數保存、抗干擾能力強、溫度補償精準，適用于醫療級別的測溫應用。

2. 濾波電容：10uF/0603/X7R

器件作用： 對傳感器電源輸入進行濾波，去除高頻噪聲，增強系統穩定性。

選擇理由： X7R電介質具有溫度穩定性好、容值偏移小的優勢，0603封裝便于高密度布板。

功能特點： 保證MLX90614輸入電源質量，有效濾除干擾，提高溫度測量穩定性。

四、主控處理模塊設計

1. 主控MCU型號：STC15W408AS

器件作用： 用于獲取溫度數據、進行算法處理、驅動顯示模塊和蜂鳴器等外設，承擔整個系統的數據處理與控制任務。

選擇理由： STC15W408AS是一款8位增強型8051內核單片機，具有低功耗、Flash可在線編程、內建高速ADC與多個I/O接口的特點，資源充足、價格低廉，適合消費類紅外測溫產品。

功能特點： 支持12位ADC、多個PWM、UART、SPI、I2C通信接口，內含掉電檢測、看門狗、EEPROM等安全機制，功耗僅為20μA（待機狀態），方便實現便攜式溫計應用。

2. 晶振：12MHz 有源晶振

器件作用： 提供MCU系統時鐘信號，保證處理器穩定運行。

選擇理由： 有源晶振自帶振蕩電路，頻率穩定，抗干擾能力強，適用于工業和醫療設備。

功能特點： 提供精準的系統主頻，使MCU運行頻率恒定，保障測溫響應速度與通信精度。

五、顯示與用戶交互模塊

1. 顯示模塊型號：128x64 ST7565液晶屏

器件作用： 實時顯示測溫結果、電量狀態、模式切換信息等用戶界面內容。

選擇理由： ST7565液晶模塊采用串行SPI接口，顯示清晰、功耗低、響應快，支持圖形化UI設計，適合嵌入式產品。

功能特點： 寬工作溫度范圍（-20℃~70℃），對比度高、背光可調，功耗典型值僅為1mA，便于低功耗系統持續工作。

2. 控制按鍵：Tact Switch 6x6mm

器件作用： 允許用戶切換測溫模式（如體溫/表面溫度）、調節設置參數、查看歷史記錄等功能。

選擇理由： 微型按鍵結構簡單、成本低、壽命高（超過10萬次），適用于手持設備。

功能特點： 響應靈敏，配合MCU軟件去抖動處理，實現精準控制。

六、聲音報警模塊

1. 蜂鳴器型號：PS1240P02BT（壓電式有源蜂鳴器）

器件作用： 當測量結果超過設定溫度閾值時發出聲音提示，提升用戶響應效率。

選擇理由： 有源蜂鳴器工作電壓低（3~5V），無需外部驅動電路，體積小巧，響應快，安裝方便。

功能特點： 響應時間短于10ms，音量可達85dB以上，提示效果明顯，功耗極低。

七、電源管理模塊設計

1. 電池供電：兩節AAA堿性電池

器件作用： 為整機提供獨立電源，支持便攜使用。

選擇理由： AAA電池容量適中（每節約1200mAh），便于更換，市面通用，成本低。

功能特點： 滿電狀態下可連續使用超過30小時，支持休眠模式和喚醒功能。

2. 穩壓芯片型號：MIC5504-3.3YC5-TR（3.3V LDO）

器件作用： 將電池供電電壓穩定轉換為3.3V，為傳感器、MCU、LCD等模塊提供穩定電壓。

選擇理由： MIC5504具有超低壓差（0.2V@300mA）、低靜態電流（33μA）、快速響應等特點，專為電池供電設備設計。

功能特點： 輸出噪聲低、具備短路與過熱保護機制，保障系統供電穩定性。

3. 濾波電容與保護元件

輸入濾波電容：22uF/10V/X7R，用于輸入端濾波。

輸出濾波電容：10uF/6.3V/X7R，確保LDO輸出穩定。

TVS管型號：SMBJ5.0A，用于防止靜電和電源沖擊損壞系統電路。

八、系統電路框圖展示

為了更清晰地呈現華盛昌DT-8806系列非接觸紅外額溫計的內部結構與電氣連接關系，現繪制核心系統電路框圖。該框圖涵蓋了紅外測溫模塊、主控單元、電源管理模塊、顯示與聲音報警模塊、用戶交互控制模塊等關鍵子系統。各功能模塊之間通過I2C總線、GPIO控制線、電源供電通路等方式進行連接，形成完整的嵌入式紅外測溫系統。

九、軟件功能簡述與控制流程

系統上電后，STM32F103C8T6主控芯片首先完成各外設的初始化操作，包括I2C通信接口、通用GPIO端口、LCD顯示驅動模塊、蜂鳴器控制引腳和用戶按鍵中斷配置。在完成初始化之后，程序進入主循環并啟用低功耗延時機制，每隔固定周期（如500ms）通過I2C總線向紅外溫度傳感器MLX90614發起溫度讀取請求，獲取當前的目標溫度（Object Temperature）和環境溫度（Ambient Temperature）數值。在主程序中，系統根據預設的體溫閾值（如37.3°C）對讀取到的溫度值進行判斷，若超過該閾值則觸發蜂鳴器發出短促提示音，并通過LCD顯示屏進行顯著警示標記，以提醒用戶體溫異常。

此外，軟件設計中包含用戶交互邏輯模塊，允許使用者通過按鍵進行功能切換，如在體溫模式與物體溫度模式之間切換、單位在攝氏度（℃）與華氏度（℉）之間轉換、開啟或關閉蜂鳴器提示音等。所有按鍵事件均采用中斷喚醒機制，在系統待機狀態下保證超低功耗，在用戶操作時即刻響應，確保操作流暢、功耗最優。主控程序還加入了抗抖邏輯和狀態機判斷機制，避免因誤觸或電氣干擾造成的誤操作。

整套軟件流程圍繞“精準測溫、低功耗運行、簡便操作、高效響應”的原則進行開發，配合MCU的低功耗休眠與喚醒機制、MLX90614的數據穩定濾波邏輯、LCD顯示的分段刷新機制，以及任務循環中對運行狀態的定期評估和看門狗定時器保護，確保系統在實際應用中具備良好的可靠性和人機體驗。

十、功耗控制與待機管理策略

在非接觸紅外額溫計的設計中，整體功耗的優化尤為關鍵，尤其是在電池供電的便攜式應用場景中，設備需要在不頻繁更換電池的前提下維持長時間待機與多次測溫操作。為此，本方案在硬件選型和軟件架構設計階段即全面考慮了功耗控制策略，力求實現“高性能測溫、低功耗運行、智能待機喚醒”的整體目標。

首先，從硬件角度出發，主控芯片STM32F103C8T6具備多種低功耗運行模式，包括Sleep、Stop與Standby三種狀態。在實際運行中，系統除在溫度讀取、數據顯示或用戶交互操作過程中處于正常運行狀態外，其余大多數時間均工作于低功耗Sleep或Stop模式，從而極大降低系統整體功耗。當設備在數十秒內未檢測到用戶操作或紅外信號變化時，自動轉入Stop模式，關閉所有外設時鐘，僅保留用于喚醒的中斷源，如按鍵觸發或溫度采集定時器。在需要重新響應用戶操作或定時讀取溫度時，系統可通過EXTI中斷迅速喚醒并恢復運行。

其次，紅外傳感器MLX90614也具有功耗控制能力。在非測溫周期內，主控芯片通過I2C接口將其置于待機模式，有效降低待機電流消耗。顯示模塊方面，采用低功耗段碼型LCD，在不更新畫面的情況下幾乎不消耗電流。同時，LCD背光LED僅在測溫或用戶交互過程中短時點亮，超過設定時間后由主控自動關閉，避免無效耗電。蜂鳴器的使用也嚴格受控，僅在警報或確認操作時開啟數百毫秒后立即關閉，以防連續聲響造成電池電流突增。

軟件層面，系統采用RTOS-Like任務循環控制機制，空閑任務中嵌入__WFI（Wait For Interrupt）指令，使CPU在非工作狀態下進入睡眠狀態等待中斷信號；通過系統定時器（SysTick）控制測溫頻率，避免過高采樣速率造成能源浪費；結合獨立看門狗（IWDG）確保系統穩定運行的同時，也防止因異常程序死循環而持續高功耗運行。

通過MCU低功耗設計、傳感器智能喚醒、LCD背光管理、蜂鳴器周期控制及軟件待機調度策略的聯合應用，本非接觸式紅外額溫計設計可實現低至數十微安的待機電流，實測可支持標準AAA電池使用3個月以上的工作周期，顯著提升了產品的實用性與用戶滿意度。

十一、系統調試與測試驗證方法

為了確保華盛昌DT-8806系列非接觸紅外額溫計在實際應用中具有良好的測量精度、響應速度、功耗表現以及長期穩定性，在系統開發完成后必須進行系統性調試與多項測試驗證，涵蓋硬件電路、嵌入式軟件、紅外測溫性能、功耗表現、用戶交互響應及抗干擾能力等關鍵參數。調試和測試過程采用標準化流程，分階段進行、各項獨立驗證，確保產品滿足量產交付標準。

第一階段為硬件基礎功能驗證。使用示波器和多路萬用表對主控芯片供電電壓、外設模塊電源輸出、I2C通信總線電平、LCD驅動信號及蜂鳴器控制波形進行逐項測試。確保主控芯片能正常啟動，外設模塊能穩定供電，通信接口無干擾問題，蜂鳴器響應及時、聲響持續時間可控。電源模塊重點測試三端穩壓器AMS1117-3.3的輸出穩定性、電壓紋波幅值及負載能力，驗證系統能在不同溫度與電壓下維持穩定供電。

第二階段為軟件功能調試。在Keil環境中通過J-Link下載程序并利用SWD調試接口進行斷點觀察，逐步驗證系統初始化流程是否完整，外設驅動庫是否加載正確。借助串口調試信息輸出功能，可監控I2C通信時序是否正確，紅外溫度讀取數據是否符合MLX90614傳感器輸出規范。在LCD顯示調試中，檢查各類信息是否按設計格式排布、字體大小是否適配屏幕分辨率、單位切換及警示圖標能否正確呈現。用戶交互部分則對按鍵中斷響應是否靈敏進行重點驗證，同時檢查狀態切換是否有誤觸和抖動問題。

第三階段為精度和一致性測試。將額溫計對準多個標準黑體溫度源（如35°C、37°C、39°C等）并與標準接觸式電子體溫計進行對比，每組測量進行多次采樣，統計誤差范圍和標準偏差。測試數據應保證在±0.2°C以內變化，并且在相同測溫條件下多次測量值的一致性好于0.1°C，符合人體紅外測溫醫用級別的穩定性標準。

第四階段為整機功耗與待機測試。在各項功能模式下分別測量系統整體電流消耗，包括上電初始化時、正常測溫循環時、按鍵交互切換時、背光開啟期間、蜂鳴器發聲期間、系統自動進入待機后等典型場景。采用高精度電子負載儀配合電源分析軟件進行實時數據捕獲與記錄，并將待機電流控制在50μA以下，工作電流不超過25mA，符合便攜式產品超低功耗設計目標。

第五階段為長期穩定性與抗干擾測試。通過長時間運行系統（如72小時不間斷測溫與休眠循環）監測系統是否發生異常重啟、死機、數據錯亂等現象。同時使用高頻干擾源（如手機射頻信號、ESD放電槍等）模擬外部電磁干擾，測試主控芯片、電源模塊與I2C通信鏈路在抗干擾能力上的表現，確保產品具備滿足CISPR和EMC標準的基礎能力。在高低溫環境箱中進行冷熱循環測試（如-10°C至+50°C）檢驗系統溫漂特性與工作穩定性，并記錄不同溫度下傳感器讀數的修正系數，為后續軟件溫度補償功能提供數據依據。

通過上述多階段調試與完整測試流程，確保每一臺非接觸紅外額溫計均具備準確測溫、穩定運行、低功耗待機與良好用戶體驗的綜合性能，為大規模生產和醫療級別使用奠定堅實基礎。