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多款额温枪方案量产,GD32加速医疗电子行业应用

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 楼主 | 2020-4-13 14:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
从目前海内外疫情的发展趋势来看,国内传播将很快得到控制,但海外输入的潜在问题使公共场合测温检疫的需求将长期存在,同时据医疗仪器制造商预计,国内红外测温仪的需求能见度已经到今年7月份。海外(以欧洲、日韩居多)则出现了类似国内1-2月份的大面积短缺,出口订单蜂拥而至。


来源:赛迪顾问

根据赛迪发布的国内红外测温仪统计数据,2020年预计国内手持式测温仪总产量将达65万台,同比增长117%。进入3月份,元器件供应商和代工企业逐渐复工,但核心器件严重短缺的状况并未好转,相关厂商的方案开发和交付压力仍然巨大。

因此,在长期需求驱动下,测温仪供应链寻找稳定可靠、供货充足的相关MCU和热电堆传感器供应商成为重中之重。

近日,搭载兆易创新GD32E230系列MCU的多款额温枪已量产,该系列多个型号目前对终端客户稳定供货中。根据额温枪功能定位,量产型号涵盖了各种封装的超值型产品,包括GD32E230K8U6 (QFN32),GD32E230F8P6 (TSSOP20)和 GD32E230C8T6 (LQFP48) 等。

额温枪简介


额温枪是一种红外线测温仪。不同于传统的口腔腋下等接触式体温计,是针对量测人体额温基准设计。操作简单高效便捷,无镭射点,不会对眼睛造成潜在伤害;不需要接触人体皮肤,能够避免交叉感染;能实现1键测温,1秒测温。



额温枪一般配有显示屏,用于显示温度,以及过往测试记录等信息。通过按键可以进行模式的设置、温度的采集、记录的查询等等。另外有些还会配有声音、灯光报警提示功能。额温枪上最关键的器件主要有主控MCU和测温Sensor。

基于GD32的额温枪设计方案


功能介绍

当红外额温计对准并靠近被测对象至数字接近式传感器检测的有效距离时,按下电源/测量键,并保持若干秒,则红外额温计内部的红外传感器模块就会进行温度采集,并转化为电信号,随之将电信号转换为数字信号,而后通过通信接口传输到单片机;
单片机通过数字温度传感器采集当前环境温度对传输的温度数字信号进行相应温度补偿处理,并把修正后的温度作为当前记录编号存储,从而进行相应的OLED或LCD屏幕显示:(35.0-37.4℃)体温正常绿色、(37.5-37.9℃)体温偏高黄色、(38-42.9℃)体温超高红色,若体温异常同时还会进行“嘀嘀嘀嘀嘀”报警,最后语音播报当前温度;
当超过15S不使用,会自动实现关机,完全与电池断开,零功耗,延长电池的使用寿命。

方案功能框图

本非接触式红外额温计方案由低功耗、高安全性的MCU(GD32E230K8U6)、电源模块、按键模块、红外传感器模块、OLED或LCD显示模块、语音模块或者喇叭组成,其硬件框图如下所示:



方案原理图
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方案的硬件框图如下图所示。

469205e94075bd0316.png


方案分析

(1) Sensor采用数字或模拟式热电堆Sensor,基本物理原理是塞贝克效应;

(2) 人体额温枪的校准
环境温度:把传感器置于25.00 +/-0.02 度水槽中,等稳定后按下某个键确认,一般耗时30秒;
黑体温度:先把黑体炉调到37.00 +/-0.02度,再把传感器塞入到黑体炉里,等稳定后按下某个键确认,一般耗时20min;
有条件的厂商最好配备恒温房进行批量校准。

   

(3) 通过零温飘运放将Sensor信号进行放大以后,供MCU采样。运放选用要求温飘不超过0.05uV/℃,失调电压不超过10uV;

(4) 电源模块通过升压电路可以适应两节干电池供电场合,保证电源系统的稳定;也可以提供降压方式以适应9V电池供电;

(5) 采用蜂鸣器进行声音提示,也可以为客户提供语音播报的方式来进行声音提示;

(6) 按键可以根据客户的需求,定制按键的功能,按键的个数;

(7) 采用OLED点阵屏或LCD液晶屏,可以为客户定制显示效果。其中OLED屏显示效果极佳,建议有条件的厂商采用;

(8) 核心参数说明:

温度测量范围
32~42.9℃
温度分辨率
0.1℃
测温精度
35~42℃:±0.2℃
32~34.9℃:±0.3℃
42.1~42.9℃:±0.3℃
测温响应时间
<1S
测量距离
1~5CM
记忆数据
50组
自动关机
15S

GD32方案优势

方案采用GD32E230K8U6作为主控MCU,是最先进的Cortex-M23内核,采用55nm先进工艺,并在中国大陆封装测试,有可靠的品质保证和充足的产能调配。最高主频72MHz,64K Flash,8K Ram,速度快、容量大,配有丰富的通讯接口,可以扩展非常多的应用功能;
芯片内部集成了12位ADC、多功能比较器、定时器、实时时钟(RTC)、看门狗定时器(WDT)、电源可编程电压检测(PVD)、中断控制器等模块,具有性价比高、存储容量大、安全性高,功耗低、接口丰富等特点;
市面上额温枪产品普遍采用LCD段码屏,此方案推荐选用OLED屏,显示效果更加细腻、更具实用性;
本方案设计可以实现关机完全与电池断开,零功耗,延长电池的使用寿命。

温度Sensor适配说明

本方案适配的Sensor通常为普通热电堆式,热电堆式温度传感器价格低廉,其参数指标:



测量范围:-50℃-100℃;
测量精度:0.1℃以内,±0.1%以内;
工作温度:-20℃-+85℃;
最大测量距离:≦0-50mm(加透镜300-500mm);
输出电压:0-10mV;
热电堆温度传感器最大量程范围可以做到-60℃到+1200℃范围;
红外热电堆传感器成品图主要封装形式有两种:TO46(TO18)/TO39(TO5)

关于GD32E230系列超值型MCU


GD32E230系列MCU主要规格
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;
高级定时器x1,可产生6路死区可调的互补PWM输出;
通用定时器x5;
Flash带有硬件加密保护;
多种串行通讯方式:I2C x2, SPI x2, UART x2;
供电电压:1.8V~3.6V;
丰富的封装类型:TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48;
工业级的工作温度范围:
-40℃~+85℃;
工业级的ESD特性:6000 Volt

GD32E230系列MCU配备Arm 最新一代的Cortex-M23内核,支持完整的Armv8-M基准指令集,最大限度地提高了代码的紧凑性。GD32E230系列内部集成1个高速多通道12bits的高精度ADC,采样速率可达2.6MSPS,以实现系统内微小电平的采集、放大与转换。

GD32E230采用1.8V-3.6V宽电压供电,I/O口可承受5V电平。全新设计的电压域支持高级电源管理并针对节能便携等低功耗应用场合提供了三种省电模式。在所有外设全速运行模式下的最大工作电流仅为118µA/MHz,深度睡眠模式下的电流更下降了86%,电池供电RTC时的待机电流仅为0.7µA,在确保高性能的同时实现了最佳的能效。MCU更具备了6KV静电防护(ESD)和优异的电磁兼容(EMC)能力,符合工业级高可靠性和温度标准。

值得一提的是,GD32作为中国32位通用MCU市场的领跑者,在产品设计上具备了高稳定性、低成本和低功耗的优势特点,采用业界先进的代工工艺制造,其封装和测试均在中国国内完成,并采用多个认证工厂及生产线同时供货,从而有效规避了复工不足和物流延迟等风险。在抗击疫情、需求量上涨的同时,GD32具备了最为灵活与弹性的充足产能与稳定供货保障,更提供了红外额温枪“主控芯片+算法+解决方案“的一站式量产服务,节省开发时间降低成本投入,与合作伙伴同心协力为用户提供支持。

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| 2020-5-5 15:59 | 显示全部楼层
非常感谢楼主分享

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| 2020-5-5 15:59 | 显示全部楼层
尤其是最近  额温枪太火了

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| 2020-5-5 16:00 | 显示全部楼层
短时间都缺货啊

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| 2020-5-5 16:00 | 显示全部楼层
开发周期是多长啊

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 楼主 | 2020-5-14 10:02 | 显示全部楼层
zljiu 发表于 2020-5-5 16:00
短时间都缺货啊

找替代替代啊~~~现在的国产品牌那么多

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| 2020-5-15 17:42 | 显示全部楼层
炒的挺贵的,但是疫情过后估计这东西就饱和了。

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| 2020-5-15 17:46 | 显示全部楼层
没有成功抓住机会。哈哈哈

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 楼主 | 2020-5-20 11:10 | 显示全部楼层
鱿鱼丝 发表于 2020-5-15 17:46
没有成功抓住机会。哈哈哈

您是干实业的,还好也没有做那,现在市场也不好了。有客户屯的传感器都没有堆仓里。爆款有风险。现在头盔也在炒货。哎,是不是蓝牙耳机也要火一把,万一骑电动车不让接电话

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