一、方案概述

华盛昌DT-8806系列非接触红外额温计是一种以红外辐射探测原理为基础的温度检测设备，通过测量人体表面发射的红外辐射能量来估算额头的实际温度。该类温计具有非接触、高灵敏、快速响应、易使用等显著优势，特别适用于疫情防控、医疗门诊、家庭健康等场景。产品整体设计依赖于高性能红外传感器、低功耗高集成度的MCU、清晰直观的显示模块、可靠的供电与稳压电路，构建成一套完整的嵌入式测温系统。

二、系统结构组成

整机主要由红外测温模块、微控制器模块、LCD显示模块、声音报警模块、电源管理模块、按键控制模块及外壳结构组成，各模块之间通过标准总线（如I²C、GPIO、PWM等）进行通信，形成高度集成的小型系统。核心电路架构图如下所示。

三、非接触红外测温模块设计

1. 传感器型号：Melexis MLX90614ESF-DCI

器件作用： 作为核心红外探测器件，MLX90614能够感知人体表面辐射的红外能量，并转换为数字温度信号，输出对象温度和环境温度两种值。

选择理由： MLX90614具有非接触测温、宽测温范围（-70℃至+380℃）、高精度（误差低至±0.2℃）、低功耗（仅1.6mA）等特点，并内置DSP进行信号校正，I²C通信方便与主控单元集成。

功能特点： 支持高达0.02℃分辨率、带EEPROM用于参数保存、抗干扰能力强、温度补偿精准，适用于医疗级别的测温应用。

2. 滤波电容：10uF/0603/X7R

器件作用： 对传感器电源输入进行滤波，去除高频噪声，增强系统稳定性。

选择理由： X7R电介质具有温度稳定性好、容值偏移小的优势，0603封装便于高密度布板。

功能特点： 保证MLX90614输入电源质量，有效滤除干扰，提高温度测量稳定性。

四、主控处理模块设计

1. 主控MCU型号：STC15W408AS

器件作用： 用于获取温度数据、进行算法处理、驱动显示模块和蜂鸣器等外设，承担整个系统的数据处理与控制任务。

选择理由： STC15W408AS是一款8位增强型8051内核单片机，具有低功耗、Flash可在线编程、内建高速ADC与多个I/O接口的特点，资源充足、价格低廉，适合消费类红外测温产品。

功能特点： 支持12位ADC、多个PWM、UART、SPI、I²C通信接口，内含掉电检测、看门狗、EEPROM等安全机制，功耗仅为20μA（待机状态），方便实现便携式温计应用。

2. 晶振：12MHz 有源晶振

器件作用： 提供MCU系统时钟信号，保证处理器稳定运行。

选择理由： 有源晶振自带振荡电路，频率稳定，抗干扰能力强，适用于工业和医疗设备。

功能特点： 提供精准的系统主频，使MCU运行频率恒定，保障测温响应速度与通信精度。

五、显示与用户交互模块

1. 显示模块型号：128x64 ST7565液晶屏

器件作用： 实时显示测温结果、电量状态、模式切换信息等用户界面内容。

选择理由： ST7565液晶模块采用串行SPI接口，显示清晰、功耗低、响应快，支持图形化UI设计，适合嵌入式产品。

功能特点： 宽工作温度范围（-20℃~70℃），对比度高、背光可调，功耗典型值仅为1mA，便于低功耗系统持续工作。

2. 控制按键：Tact Switch 6x6mm

器件作用： 允许用户切换测温模式（如体温/表面温度）、调节设置参数、查看历史记录等功能。

选择理由： 微型按键结构简单、成本低、寿命高（超过10万次），适用于手持设备。

功能特点： 响应灵敏，配合MCU软件去抖动处理，实现精准控制。

六、声音报警模块

1. 蜂鸣器型号：PS1240P02BT（压电式有源蜂鸣器）

器件作用： 当测量结果超过设定温度阈值时发出声音提示，提升用户响应效率。

选择理由： 有源蜂鸣器工作电压低（3~5V），无需外部驱动电路，体积小巧，响应快，安装方便。

功能特点： 响应时间短于10ms，音量可达85dB以上，提示效果明显，功耗极低。

七、电源管理模块设计

1. 电池供电：两节AAA碱性电池

器件作用： 为整机提供独立电源，支持便携使用。

选择理由： AAA电池容量适中（每节约1200mAh），便于更换，市面通用，成本低。

功能特点： 满电状态下可连续使用超过30小时，支持休眠模式和唤醒功能。

2. 稳压芯片型号：MIC5504-3.3YC5-TR（3.3V LDO）

器件作用： 将电池供电电压稳定转换为3.3V，为传感器、MCU、LCD等模块提供稳定电压。

选择理由： MIC5504具有超低压差（0.2V@300mA）、低静态电流（33μA）、快速响应等特点，专为电池供电设备设计。

功能特点： 输出噪声低、具备短路与过热保护机制，保障系统供电稳定性。

3. 滤波电容与保护元件

输入滤波电容：22uF/10V/X7R，用于输入端滤波。

输出滤波电容：10uF/6.3V/X7R，确保LDO输出稳定。

TVS管型号：SMBJ5.0A，用于防止静电和电源冲击损坏系统电路。

八、系统电路框图展示

为了更清晰地呈现华盛昌DT-8806系列非接触红外额温计的内部结构与电气连接关系，现绘制核心系统电路框图。该框图涵盖了红外测温模块、主控单元、电源管理模块、显示与声音报警模块、用户交互控制模块等关键子系统。各功能模块之间通过I²C总线、GPIO控制线、电源供电通路等方式进行连接，形成完整的嵌入式红外测温系统。

九、软件功能简述与控制流程

系统上电后，STM32F103C8T6主控芯片首先完成各外设的初始化操作，包括I²C通信接口、通用GPIO端口、LCD显示驱动模块、蜂鸣器控制引脚和用户按键中断配置。在完成初始化之后，程序进入主循环并启用低功耗延时机制，每隔固定周期（如500ms）通过I²C总线向红外温度传感器MLX90614发起温度读取请求，获取当前的目标温度（Object Temperature）和环境温度（Ambient Temperature）数值。在主程序中，系统根据预设的体温阈值（如37.3°C）对读取到的温度值进行判断，若超过该阈值则触发蜂鸣器发出短促提示音，并通过LCD显示屏进行显著警示标记，以提醒用户体温异常。

此外，软件设计中包含用户交互逻辑模块，允许使用者通过按键进行功能切换，如在体温模式与物体温度模式之间切换、单位在摄氏度（℃）与华氏度（℉）之间转换、开启或关闭蜂鸣器提示音等。所有按键事件均采用中断唤醒机制，在系统待机状态下保证超低功耗，在用户操作时即刻响应，确保操作流畅、功耗最优。主控程序还加入了抗抖逻辑和状态机判断机制，避免因误触或电气干扰造成的误操作。

整套软件流程围绕“精准测温、低功耗运行、简便操作、高效响应”的原则进行开发，配合MCU的低功耗休眠与唤醒机制、MLX90614的数据稳定滤波逻辑、LCD显示的分段刷新机制，以及任务循环中对运行状态的定期评估和看门狗定时器保护，确保系统在实际应用中具备良好的可靠性和人机体验。

十、功耗控制与待机管理策略

在非接触红外额温计的设计中，整体功耗的优化尤为关键，尤其是在电池供电的便携式应用场景中，设备需要在不频繁更换电池的前提下维持长时间待机与多次测温操作。为此，本方案在硬件选型和软件架构设计阶段即全面考虑了功耗控制策略，力求实现“高性能测温、低功耗运行、智能待机唤醒”的整体目标。

首先，从硬件角度出发，主控芯片STM32F103C8T6具备多种低功耗运行模式，包括Sleep、Stop与Standby三种状态。在实际运行中，系统除在温度读取、数据显示或用户交互操作过程中处于正常运行状态外，其余大多数时间均工作于低功耗Sleep或Stop模式，从而极大降低系统整体功耗。当设备在数十秒内未检测到用户操作或红外信号变化时，自动转入Stop模式，关闭所有外设时钟，仅保留用于唤醒的中断源，如按键触发或温度采集定时器。在需要重新响应用户操作或定时读取温度时，系统可通过EXTI中断迅速唤醒并恢复运行。

其次，红外传感器MLX90614也具有功耗控制能力。在非测温周期内，主控芯片通过I²C接口将其置于待机模式，有效降低待机电流消耗。显示模块方面，采用低功耗段码型LCD，在不更新画面的情况下几乎不消耗电流。同时，LCD背光LED仅在测温或用户交互过程中短时点亮，超过设定时间后由主控自动关闭，避免无效耗电。蜂鸣器的使用也严格受控，仅在警报或确认操作时开启数百毫秒后立即关闭，以防连续声响造成电池电流突增。

软件层面，系统采用RTOS-Like任务循环控制机制，空闲任务中嵌入__WFI（Wait For Interrupt）指令，使CPU在非工作状态下进入睡眠状态等待中断信号；通过系统定时器（SysTick）控制测温频率，避免过高采样速率造成能源浪费；结合独立看门狗（IWDG）确保系统稳定运行的同时，也防止因异常程序死循环而持续高功耗运行。

通过MCU低功耗设计、传感器智能唤醒、LCD背光管理、蜂鸣器周期控制及软件待机调度策略的联合应用，本非接触式红外额温计设计可实现低至数十微安的待机电流，实测可支持标准AAA电池使用3个月以上的工作周期，显著提升了产品的实用性与用户满意度。

十一、系统调试与测试验证方法

为了确保华盛昌DT-8806系列非接触红外额温计在实际应用中具有良好的测量精度、响应速度、功耗表现以及长期稳定性，在系统开发完成后必须进行系统性调试与多项测试验证，涵盖硬件电路、嵌入式软件、红外测温性能、功耗表现、用户交互响应及抗干扰能力等关键参数。调试和测试过程采用标准化流程，分阶段进行、各项独立验证，确保产品满足量产交付标准。

第一阶段为硬件基础功能验证。使用示波器和多路万用表对主控芯片供电电压、外设模块电源输出、I²C通信总线电平、LCD驱动信号及蜂鸣器控制波形进行逐项测试。确保主控芯片能正常启动，外设模块能稳定供电，通信接口无干扰问题，蜂鸣器响应及时、声响持续时间可控。电源模块重点测试三端稳压器AMS1117-3.3的输出稳定性、电压纹波幅值及负载能力，验证系统能在不同温度与电压下维持稳定供电。

第二阶段为软件功能调试。在Keil环境中通过J-Link下载程序并利用SWD调试接口进行断点观察，逐步验证系统初始化流程是否完整，外设驱动库是否加载正确。借助串口调试信息输出功能，可监控I²C通信时序是否正确，红外温度读取数据是否符合MLX90614传感器输出规范。在LCD显示调试中，检查各类信息是否按设计格式排布、字体大小是否适配屏幕分辨率、单位切换及警示图标能否正确呈现。用户交互部分则对按键中断响应是否灵敏进行重点验证，同时检查状态切换是否有误触和抖动问题。

第三阶段为精度和一致性测试。将额温计对准多个标准黑体温度源（如35°C、37°C、39°C等）并与标准接触式电子体温计进行对比，每组测量进行多次采样，统计误差范围和标准偏差。测试数据应保证在±0.2°C以内变化，并且在相同测温条件下多次测量值的一致性好于0.1°C，符合人体红外测温医用级别的稳定性标准。

第四阶段为整机功耗与待机测试。在各项功能模式下分别测量系统整体电流消耗，包括上电初始化时、正常测温循环时、按键交互切换时、背光开启期间、蜂鸣器发声期间、系统自动进入待机后等典型场景。采用高精度电子负载仪配合电源分析软件进行实时数据捕获与记录，并将待机电流控制在50μA以下，工作电流不超过25mA，符合便携式产品超低功耗设计目标。

第五阶段为长期稳定性与抗干扰测试。通过长时间运行系统（如72小时不间断测温与休眠循环）监测系统是否发生异常重启、死机、数据错乱等现象。同时使用高频干扰源（如手机射频信号、ESD放电枪等）模拟外部电磁干扰，测试主控芯片、电源模块与I²C通信链路在抗干扰能力上的表现，确保产品具备满足CISPR和EMC标准的基础能力。在高低温环境箱中进行冷热循环测试（如-10°C至+50°C）检验系统温漂特性与工作稳定性，并记录不同温度下传感器读数的修正系数，为后续软件温度补偿功能提供数据依据。

通过上述多阶段调试与完整测试流程，确保每一台非接触红外额温计均具备准确测温、稳定运行、低功耗待机与良好用户体验的综合性能，为大规模生产和医疗级别使用奠定坚实基础。