分享搭建無(wú)源體溫測(cè)量系統(tǒng)的過(guò)程?。?/h1>

來(lái)源：未知 發(fā)布日期：2019-09-27 11:42【大 中 小】

近場(chǎng)通信( NFC) 是一種射頻識(shí)別技術(shù)( ＲFID) ， 可以在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的快速通信。雖 然近場(chǎng)通信已存在十多年，但這種技術(shù)直到付費(fèi)系 統(tǒng)的大量使用才得以延伸。此外，目前大多數(shù)智能手機(jī)都配備 NFC，NFC 在物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中的重要性正 在快速增長(zhǎng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖 1 描繪了該工作中提出的系統(tǒng)工作原理。當(dāng) 智能手機(jī)靠近 NFC 天線時(shí)，天線接收到來(lái)自手機(jī)的 磁場(chǎng)，NFC IC( Ntag I 2 C) 會(huì)自動(dòng)喚醒。如果能量收 集模式被激活并且磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠( 高于芯片配置的 能量收集的閾值) ，Ntag I 2 C 從 ＲF 場(chǎng)接收的過(guò)剩能 量可以為檢測(cè)系統(tǒng)的其他組成部分供電。該芯片在 最高電流吸收模式下能夠提供 5mA 的電流。

當(dāng)積能單元被啟動(dòng)，信號(hào)測(cè)量的各組成部分開(kāi)始 工作。恒流電路產(chǎn)生穩(wěn)定的電流給溫度傳感器( 熱敏電阻) ，熱敏電阻上的電壓信號(hào)被放大后進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn) 換，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理可以得到溫度測(cè)量結(jié) 果。這個(gè)結(jié)果被發(fā)送到 Ntag I 2 C，通過(guò) NFC 天線傳送 到智能手機(jī)，在 APP 程序界面上顯示。由于 NFC 芯片從智能手機(jī)感應(yīng)出能量并且輸 出電流在 3．0 V 時(shí)小于 5 mA，無(wú)法承擔(dān)整個(gè)電路的 功耗; 因此，積能單元是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技 術(shù)。如圖 2 所示，給出了一種分時(shí)控制的積能方法。 NFC 芯片從智能手機(jī)感應(yīng)能量并輸出 3．0 V 電壓 ( VNFC ) 以對(duì)儲(chǔ)能電容器( Cst ) 充電。隨著時(shí)間的增加，能量在電容器中累積到一定的閾值電壓。低壓 差穩(wěn)壓器打開(kāi)，為測(cè)量電路的各個(gè)部分供電。當(dāng)儲(chǔ) 能電壓( Vst ) 低于某個(gè)閾值時(shí)，穩(wěn)壓器關(guān)閉，能量再 次累積在儲(chǔ)能電容器中。通過(guò)控制切換時(shí)間，可以 實(shí)現(xiàn)與測(cè)量電路相對(duì)應(yīng)的不同電流負(fù)載( Ｒload ) 。具 體地，可以通過(guò)更長(zhǎng)的關(guān)斷時(shí)間來(lái)使儲(chǔ)能電容器中 累積的能量更多，從而獲得更大的負(fù)載電流。為了 確保輸出電壓 Vload的穩(wěn)定性，使用 2．5 V 輸出電壓 調(diào)節(jié)器裝置作為開(kāi)關(guān)電路; 通過(guò)將具有不同占空比 的控制信號(hào)( Ssc ) 輸入到電壓調(diào)節(jié)器的控制引腳，可 以實(shí)現(xiàn)分時(shí)開(kāi)關(guān)控制。NTC 熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，根據(jù)體溫測(cè)量需要，對(duì) NTC 熱敏電阻在 35 ℃ ～ 42 ℃ 采用密閉高低溫試驗(yàn)箱（上海一恒BPHS-500A）控制溫度，使用精密 LCＲ 數(shù)字 電橋來(lái)測(cè)量 NTC 熱敏電阻隨著溫度變化而對(duì)應(yīng)的 電阻值，測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)如下。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了確定積能效應(yīng)的性能，因此對(duì)電路積能部 分進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。積能效應(yīng)通過(guò)分時(shí)控制來(lái)實(shí) 現(xiàn)，具體為通過(guò)調(diào)節(jié)低壓差穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)時(shí)間來(lái)實(shí) 現(xiàn)不同的能量積累需求。電路工作原理為，給穩(wěn)壓 器件的開(kāi)關(guān)引腳輸入占空比不同的電平，來(lái)實(shí)現(xiàn)不 同的積能。描述了 Ｒch = 800 Ω，Cst = 940 μF， Ｒload = 200 Ω 時(shí)，控制電平與積能電壓和負(fù)載電壓的 關(guān)系。當(dāng)控制引腳上的電平為低時(shí)，儲(chǔ)能電容充電， 負(fù)載電源關(guān)閉。隨著充電時(shí)間的增加，儲(chǔ)能電壓上 升至飽和電壓 3．0 V，負(fù)載電壓為 0 V。當(dāng)控制電平 為高時(shí)，積能電壓下降，而負(fù)載電壓輸出 2．5 V。低 電平對(duì)應(yīng)的積能時(shí)間越長(zhǎng)，負(fù)載能力越強(qiáng)。儲(chǔ)能電容的大小對(duì)積能效應(yīng)有一定的影響，電 容越大，積能能力越強(qiáng)。為對(duì)不同儲(chǔ)能電 容大小時(shí)，負(fù)載時(shí)間隨著充電時(shí)間的改變。從圖中 可以看出，在儲(chǔ)能電容大小不同時(shí)，負(fù)載時(shí)間隨著充 電時(shí)間的增加而增加。但是電容越小，越容易飽和。 當(dāng)儲(chǔ)能電容為 470 μF 時(shí)，負(fù)載時(shí)間最長(zhǎng)只能達(dá)到 20 ms，而電容增加到 940 μF 時(shí)，負(fù)載時(shí)間可以達(dá)到 40ms。在大多數(shù)情況下，電容越大，相同的積能時(shí) 間會(huì)帶來(lái)更長(zhǎng)的負(fù)載時(shí)間。但是，越大的電容需要 越長(zhǎng)的最小充電時(shí)間?？梢钥吹?，當(dāng)儲(chǔ)能電容為 1 410 μF時(shí)，如果積能時(shí)間為 1．0 s，幾乎不能產(chǎn)生有 效的負(fù)載時(shí)間。在積能時(shí)間為 1．5 s 時(shí)，也出現(xiàn)了大 電容負(fù)載時(shí)間小于小電容負(fù)載時(shí)間的情況。這是因 為在電容越大的情況下，過(guò)短的積能時(shí)間難以提高 儲(chǔ)能電壓 Vst，這使得穩(wěn)壓器件不能正常工作，從而 造成更短的負(fù)載時(shí)間。

3 結(jié)論

本文呈現(xiàn)一種基于 NFC 的低成本、無(wú)源體檢系 統(tǒng)方案。針對(duì) NFC 感應(yīng)的能量不足，嘗試了一種分 時(shí)控制的積能方式，力圖實(shí)現(xiàn)一種較高功耗下的測(cè) 量模式，可以擴(kuò)展應(yīng)用到更多的醫(yī)療檢測(cè)系統(tǒng)中。 通過(guò)研制一種基于 NTC 熱敏電阻溫度傳感器的體 溫測(cè)量樣機(jī)，初步驗(yàn)證了這種方案的可行性。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果表明，基于 NFC 的測(cè)量系統(tǒng)，利用隨時(shí)攜帶的智能手機(jī)可以方便實(shí)現(xiàn)體溫測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可以在 手機(jī)應(yīng)用程序上顯示，或上傳到云端進(jìn)行存儲(chǔ)和對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。

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