基于GD32的红外额温枪量产方案（样品申请已结束）

导读：随着全球红外测温仪器需求的爆发，MCU成为方案BOM中最紧缺的物料之一，GD32 MCU为合作伙伴提供高性价比、备货充足和解决方案的一站式量产服务。

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，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，搭载兆易创新旗下多款 GD32 MCU的额温枪已成功量产，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。

一、额温枪简介

  

图：手持式红外额温枪

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。

二、基于 GD32E230K8U6 的额温枪设计方案

1、功能简介

• 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；

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• 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；

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• 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。

2、方案框图

本非接触式红外额温计方案由超低功耗、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：

  

图：基于GD32E230的红外额温枪方案

3、方案原理图

本方案采用 GD32E230K8U6 作为主控MCU，是先进的 Cortex-M23内核，采用55nm先进工艺，有可靠的品质保证和充足的产能调配。

• 最高主频72Mhz具备出色的运行速度；64K Flash，8K Ram，容量大，配有丰富的通讯接口，可以扩展非常多的应用功能；

• 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。

• GD32E230K8U6 的硬件框图如下图所示：

  

图：GD32E230K8U6 硬件框图

4、方案说明

a、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；

b、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。

     

c、 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；

d、 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；

e、 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；

f、 按键可以根据客户的需求，定制按键的功能，按键的个数；

g、 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；

h、 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

5、方案优势

• 本方案采用 GD32E230K8U6 作为主控MCU，是先进的 Cortex-M23内核，采用55nm先进工艺，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；

• 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；

• 此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。

  
  

6、温度Sensor适配说明

此方案适配的Sensor通常为普通热电堆，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)。

目前已经适配的型号列表如下（如有特殊需求可调整方案）:

Sensor类型	厂家	型号
模拟式	美思先端	MTP10-B1F55
	森霸传感	ISB-TS45H
	安费诺	ZTP-148SR
	台湾众智	OTP-638D2
数字式	迈来芯	MLX90614
	迈来芯	MLX90615
数字式的Sensor，只要将运放电路去掉即可。

三、关于 GD32E230 系列MCU

主要规格：

• Cortex-M23@72Mhz, 55 MIPS的处理性能；

• Flash：64KB/32KB/16KB;

• SRAM：8KB/6KB/4KB;

• 高速高精度ADC, 12Bits ADC x 1@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，并兼容所有的Armv6-M指令，GD32E230系列内部集成1个多通道12bits的高精度ADC，可以实现系统内微小电平的采用，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。

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样品申请活动已结束

以上分享来自兆易创新（GD）及其合作伙伴，请自行验证。