在抗疫的電子產(chǎn)品中，用量最大的就是測(cè)溫儀了，全國(guó)增大產(chǎn)量的同時(shí)，也引發(fā)了對(duì)該產(chǎn)品質(zhì)量和性能的考慮。

國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2003年6月發(fā)布了《測(cè)量人體溫度的紅外溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》，其中對(duì)紅外溫度計(jì)和紅外篩選儀的計(jì)量性能要求如下。

從上圖可以獲知，在35-42℃的范圍內(nèi)，必須要做到0.1℃的分辨率，最大允許誤差為0.2/0.3℃。這個(gè)要求看似簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻難住了不少設(shè)計(jì)方案的工程師。

額溫槍原理與技術(shù)難點(diǎn)

額溫槍的原理就是將熱釋電傳感器輸出的電壓信號(hào)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來(lái)，其中的關(guān)鍵器件就是熱釋電傳感器，也被成為人體紅外傳感器。雖然測(cè)量原理不算復(fù)雜，但成品額溫槍依然有五大技術(shù)難點(diǎn)。

1.傳感器輸出信號(hào)幅度小，實(shí)測(cè)電壓低至1~2μV。
2.傳感器輸出信號(hào)幅度會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，需要做環(huán)境溫度補(bǔ)償。
3.傳統(tǒng)額溫槍方案不對(duì)外開(kāi)放，有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的工程師少。
4.做好額溫槍需要電子、光學(xué)、熱學(xué)的綜合知識(shí)。
5.設(shè)計(jì)和生產(chǎn)需要精密的實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境（恒溫環(huán)境）和儀器設(shè)備（恒溫槽）。

HQPCBA0303額溫槍原理圖 / 華秋智造

以上是華秋智造的HQPCBA0303額溫槍原理圖，包含了電池，LDO，按鍵，背光，傳感器，MCU，LCD，EEPROM和蜂鳴器。以下是這款額溫槍的參數(shù)說(shuō)明。

工作電壓：1.8～5.5V
工作溫度：0～45℃（建議16～35℃）
工作電流：5mA @ 3V
待機(jī)電流：< 10μA @ 3V
測(cè)量時(shí)間：1s
測(cè)量精度：±0.2℃（16～35℃）
顯示精度：0.1℃
量 程：0～60℃（超出35～42℃精度下降）
適用探頭：直接兼容所有熱電堆模擬傳感器

電源

該方案可選3V/9V供電，但9V電池并不常用，此處選用3V。帶使能腳LDO可以降低待機(jī)電流，做到10μA以下，將待機(jī)時(shí)間延長(zhǎng)至一年以上。通過(guò)LDO產(chǎn)生穩(wěn)定1.8V給運(yùn)放供電并做ADC參考電壓。而主控則直接與電池正極連接，并用兩個(gè)電阻來(lái)進(jìn)行低壓檢測(cè)，盡可能選取較大阻值，否則會(huì)導(dǎo)致待機(jī)電流偏高。

該設(shè)計(jì)也可以進(jìn)一步加入防反接設(shè)計(jì)，從而預(yù)防元器件燒毀的情況。防反接的設(shè)計(jì)有三種：
1.串聯(lián)二極管：會(huì)產(chǎn)生一定壓降，9V電池的話(huà)沒(méi)有問(wèn)題，但不適用于3V電池供電。
2.正負(fù)極反向并聯(lián)二極管：這種方式簡(jiǎn)單可靠，但反接時(shí)電流較大。
3.加MOS管：壓降小，但成本較高。

按鍵、LCD和背光顯示、蜂鳴器

按鍵：可以并聯(lián)小電容提高ESD抗擾能力，以便通過(guò)EMC測(cè)試。

LCD顯示：LCD與斑馬條連接時(shí)，PCB要用沉金工藝，不然時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)氧化，出現(xiàn)內(nèi)阻加大，接觸不良等情況，影響顯示效果。
背光顯示：背光燈可以改低電平點(diǎn)亮或者加入三極管增大驅(qū)動(dòng)能力

蜂鳴器：并聯(lián)一個(gè)電阻可以換用成本更低的無(wú)源蜂鳴器

EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

EEPROM：優(yōu)先使用內(nèi)部Flash存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)預(yù)留EEPROM防止內(nèi)部Flash可擦寫(xiě)次數(shù)不夠。

Flash擦寫(xiě)次數(shù)可達(dá)2萬(wàn)次，人流密集場(chǎng)景下每天1000次的測(cè)量頻率，數(shù)據(jù)只能夠保存20天。在程序上可以采用分區(qū)循環(huán)存儲(chǔ)從而提高可存儲(chǔ)次數(shù)。

傳感器信號(hào)處理

該方案兼容不同的傳感器，考慮到不同傳感器的信號(hào)強(qiáng)度不同，需要通過(guò)改變放大電路的電阻阻值來(lái)調(diào)整放大倍數(shù)（300/500/820）。當(dāng)選擇運(yùn)放供電電壓時(shí)，1.8V對(duì)測(cè)量分辨率有好處，但不同放大器的供電參數(shù)不同，建議留適當(dāng)余量。

至于為什么要選取1.8V作為ADC參考電壓呢？我們可以看看下面的分辨率區(qū)別。

1.8V電壓 12位ADC 0.44mV/Bit 最高85℃
2.5V電壓 12位ADC 0.61mV/Bit 最高115℃

以0.9V作為中心精準(zhǔn)電壓，保證高于和低于環(huán)境溫度的目標(biāo)都能測(cè)量。0.9V可以讓放大器工作在線(xiàn)性放大區(qū)，可以根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)調(diào)整。該方案選用聚洵GS8552的雙通道運(yùn)放，一路用來(lái)放大，一路用來(lái)保證0.9V的輸出。如需降低成本的話(huà)可以選用GS8251，其中0.9V直接用電阻分壓，但選用的阻值要小。

主控選型

HC32L136 / 華大半導(dǎo)體

本方案綜合性能，價(jià)格與供貨三個(gè)元素，選用了華大的HC32L136。

該芯片擁有64K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器，自帶LCD驅(qū)動(dòng)和12高精度ADC。但因?yàn)椴捎玫氖?a target="_blank">ARM M0內(nèi)核，所以工作電流稍大（3V 24MHz工作電流為130μA）

標(biāo)定

測(cè)量?jī)x器做出來(lái)后還要進(jìn)行標(biāo)定，額溫槍的標(biāo)定方式分為三種。

單點(diǎn)標(biāo)定：要求簡(jiǎn)單，無(wú)需恒溫房，只需一個(gè)恒溫槽，精度較低，可以滿(mǎn)足篩選要求。標(biāo)定時(shí)間<10秒。

雙點(diǎn)標(biāo)定：要求適中，普通空調(diào)恒溫房，需要兩個(gè)恒溫槽，大部分精度為±0.2℃，部分精度±0.3℃。標(biāo)定時(shí)間10~20秒

多點(diǎn)標(biāo)定：要求較高，專(zhuān)業(yè)恒溫房，至少需要兩個(gè)恒溫槽，精度高，批量符合過(guò)檢標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)定時(shí)間30秒。

認(rèn)證

如果要想將額溫槍產(chǎn)品出口到歐洲的話(huà)，還需要通過(guò)CE認(rèn)證。認(rèn)證的簡(jiǎn)要流程如下：
1.廠(chǎng)家需要做ISO13485醫(yī)療器械質(zhì)量管理體系，找歐盟公告機(jī)構(gòu)、有資質(zhì)發(fā)該體系證書(shū)的機(jī)構(gòu)審核。
2.測(cè)試
通過(guò)額溫槍四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試
EN60601-1 醫(yī)用電氣安全通用標(biāo)準(zhǔn)
EN60601-1-2 電磁兼容
EN60601-2-56 額溫槍專(zhuān)標(biāo)，性能標(biāo)準(zhǔn)
EN60601-1-11 醫(yī)療產(chǎn)品家用環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
3.技術(shù)文件編寫(xiě)，根據(jù)MDR醫(yī)療器械指令編寫(xiě)產(chǎn)品技術(shù)文件，遞交發(fā)證的歐盟機(jī)構(gòu)審核。
4.找到歐盟代表，拿資料去歐盟主管當(dāng)局申請(qǐng)注冊(cè)備案。
5. 2和3審核通過(guò)后，歐盟歐盟公告機(jī)構(gòu)將所有資料遞交給歐盟總部機(jī)構(gòu)頒發(fā)CE證書(shū)。

額溫槍從設(shè)計(jì)到上市的流程就是這些，作為一款二類(lèi)醫(yī)療器械，穩(wěn)定性和精度是必須保證的。尤其是在當(dāng)下國(guó)外疫情未見(jiàn)緩勢(shì)，國(guó)內(nèi)額溫檢測(cè)仍未松懈的情況下，通過(guò)CE驗(yàn)證且精密的可靠額溫槍能提供更大的助力。

如果沒(méi)有專(zhuān)業(yè)恒溫房又想要過(guò)認(rèn)證呢？華秋可以協(xié)助建立標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)流程、指導(dǎo)過(guò)認(rèn)證，并實(shí)現(xiàn)更迅捷的出貨速度，從完整開(kāi)發(fā)方案到PCBA模組的配齊服務(wù)，最低至20元以?xún)?nèi)。

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