基于RISC-V微控制器与FreeRTOS红外耳温量测系统
发布时间：2021-09-01 21:14
文章介绍了SiFive公司所推出基于开放指令集的RISC-V微控制器FE310-G003芯片,以及基于这款芯片所开发的SiFive Learn Inventor开发板。此外,本文也介绍了功能强大的FreeRTOS实时操作系统在嵌入式设备中的移植。然后,我们说明在运行FreeRTOS的SiFive Inventor开发板上设计的红外耳温测量系统,重点介绍了软件设计的关键流程。本课题将嵌入式操作系统移植到红外耳温测量系统中,实现了红外耳温测量系统的测量、显示和向蜂鸣器发送报警信息等功能。
【文章来源】：中国集成电路. 2020,29(Z3)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
FE310-G003顶层框图
SiFive Learn Inventor开发板外形如图2所示，开发板通过MicroUSB接口进行数据传输。该开发板可在最高5.5V到最低2.3V之间的电压正常工作。SiFive Learn Inventor开发板让开发者可以利用FreeRTOS轻松控制微控制器的所有外设，比如在LED点阵上轻松显示的图像，只需在电路板上连接一个扬声器就可以演奏简单的曲调，能让设备作为低功耗蓝牙（BLE）设备工作的硬件和其他设备联网等。SiFive Learn Inventor开发板支持三轴加速度传感器，支持micro:bit GPIO金手指配套的周边外设，可通过无线Wi Fi或蓝牙无线下载程序的写入闪存功能。开发板非常简洁，内置一颗FE310-G003微处理器，是市场第一款带RISC-V处理器的嵌入式单片机，具备功速度快、外设资源丰富、库全面的一款适用于创客开发物联网应用的单片机。I2C与SPI接口的e Compass模块包含超低功耗三轴加速度传感器和三维磁力仪，一颗外置LDO芯片给整块开发板供电，外接MicroUSB插座，板子上三颗按键中的RESET按键用于复位。SiFive Learn Inventor开发板把FE310-G003微处理器芯片的所有外设功能全部引出。这些管脚既可以作普通的GPIO口，又可以复用于特殊功能外设，如SPI、I2C、Timer、UART等，而I2C接口可以跟外部的I2C器件如传感器或12位ADC传输信号与数据。
红外耳温计依据红外辐射原理进行体温测量，主要由数字红外温度计MLX90615、主控FE310-G003微控制器、LED点阵模块和其他外围电路组成，其设计框图如图3所示。当按键按下时，数字红外温度计将采集到的红外辐射转换成数字信号。主控微控制器采集的数字信号经过运算后，在LED点阵模块显示出耳腔温度值，并伴随蜂鸣器呜叫。传感器部分采用非接触温度测量的红外温度计MLX90615，主要由红外热电堆传感器、低噪声放大器、16位ADC和功能强大的DSP处理器等模块组成，温度测量范围是-40℃～115℃。所测得的温度值可通过串行总线获得，简化整体硬件设计。红外温度计将采集到的红外辐射转化为电信号，并经过低噪声放大器放大后送给16位ADC。16位ADC输出的数字信号经FIR/IIR低通滤波器调理后送入数字信号处理器。数字信号处理器对数字信号运算处理后输出测量结果并保存在MLX90615内部RAM中，最终通过SMBus或PWM方式供主控微控制器单元读取。MLX90615具有宽温度范围的高精度、高分辨率、发射率可调节等优点，而作为医用的MLX90615在36-39℃的人体温度范围内的精确度达到了±0.1℃。MLX90615广泛应用于高精度非接触温度测量、家用温度控制、卫生保健、多重温度区域控制等领域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32和FreeRTOS的温度测量系统设计[J]. 赵波. 电子技术与软件工程. 2019(03)
[2]嵌入式操作系统FreeRTOS的原理与移植实现[J]. 张龙彪,张果,王剑平,王刚. 信息技术. 2012(11)
[3]适合低功耗高精度红外测温SoC芯片与方案实现[J]. 陈宏铭,李水竹,陈宏维,程玉华. 中国集成电路. 2012(11)
[4]嵌入式操作系统FreeRTOS的原理与实现[J]. 刘滨,王琦,刘丽丽. 单片机与嵌入式系统应用. 2005(07)
本文编号：3377701
【文章来源】：中国集成电路. 2020,29(Z3)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
FE310-G003顶层框图
SiFive Learn Inventor开发板外形如图2所示，开发板通过MicroUSB接口进行数据传输。该开发板可在最高5.5V到最低2.3V之间的电压正常工作。SiFive Learn Inventor开发板让开发者可以利用FreeRTOS轻松控制微控制器的所有外设，比如在LED点阵上轻松显示的图像，只需在电路板上连接一个扬声器就可以演奏简单的曲调，能让设备作为低功耗蓝牙（BLE）设备工作的硬件和其他设备联网等。SiFive Learn Inventor开发板支持三轴加速度传感器，支持micro:bit GPIO金手指配套的周边外设，可通过无线Wi Fi或蓝牙无线下载程序的写入闪存功能。开发板非常简洁，内置一颗FE310-G003微处理器，是市场第一款带RISC-V处理器的嵌入式单片机，具备功速度快、外设资源丰富、库全面的一款适用于创客开发物联网应用的单片机。I2C与SPI接口的e Compass模块包含超低功耗三轴加速度传感器和三维磁力仪，一颗外置LDO芯片给整块开发板供电，外接MicroUSB插座，板子上三颗按键中的RESET按键用于复位。SiFive Learn Inventor开发板把FE310-G003微处理器芯片的所有外设功能全部引出。这些管脚既可以作普通的GPIO口，又可以复用于特殊功能外设，如SPI、I2C、Timer、UART等，而I2C接口可以跟外部的I2C器件如传感器或12位ADC传输信号与数据。
红外耳温计依据红外辐射原理进行体温测量，主要由数字红外温度计MLX90615、主控FE310-G003微控制器、LED点阵模块和其他外围电路组成，其设计框图如图3所示。当按键按下时，数字红外温度计将采集到的红外辐射转换成数字信号。主控微控制器采集的数字信号经过运算后，在LED点阵模块显示出耳腔温度值，并伴随蜂鸣器呜叫。传感器部分采用非接触温度测量的红外温度计MLX90615，主要由红外热电堆传感器、低噪声放大器、16位ADC和功能强大的DSP处理器等模块组成，温度测量范围是-40℃～115℃。所测得的温度值可通过串行总线获得，简化整体硬件设计。红外温度计将采集到的红外辐射转化为电信号，并经过低噪声放大器放大后送给16位ADC。16位ADC输出的数字信号经FIR/IIR低通滤波器调理后送入数字信号处理器。数字信号处理器对数字信号运算处理后输出测量结果并保存在MLX90615内部RAM中，最终通过SMBus或PWM方式供主控微控制器单元读取。MLX90615具有宽温度范围的高精度、高分辨率、发射率可调节等优点，而作为医用的MLX90615在36-39℃的人体温度范围内的精确度达到了±0.1℃。MLX90615广泛应用于高精度非接触温度测量、家用温度控制、卫生保健、多重温度区域控制等领域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32和FreeRTOS的温度测量系统设计[J]. 赵波. 电子技术与软件工程. 2019(03)
[2]嵌入式操作系统FreeRTOS的原理与移植实现[J]. 张龙彪,张果,王剑平,王刚. 信息技术. 2012(11)
[3]适合低功耗高精度红外测温SoC芯片与方案实现[J]. 陈宏铭,李水竹,陈宏维,程玉华. 中国集成电路. 2012(11)
[4]嵌入式操作系统FreeRTOS的原理与实现[J]. 刘滨,王琦,刘丽丽. 单片机与嵌入式系统应用. 2005(07)
本文编号：3377701
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