基于RISC-V微控制器與FreeRTOS紅外耳溫量測系統(tǒng)
發(fā)布時間：2021-09-01 21:14
文章介紹了SiFive公司所推出基于開放指令集的RISC-V微控制器FE310-G003芯片,以及基于這款芯片所開發(fā)的SiFive Learn Inventor開發(fā)板。此外,本文也介紹了功能強大的FreeRTOS實時操作系統(tǒng)在嵌入式設(shè)備中的移植。然后,我們說明在運行FreeRTOS的SiFive Inventor開發(fā)板上設(shè)計的紅外耳溫測量系統(tǒng),重點介紹了軟件設(shè)計的關(guān)鍵流程。本課題將嵌入式操作系統(tǒng)移植到紅外耳溫測量系統(tǒng)中,實現(xiàn)了紅外耳溫測量系統(tǒng)的測量、顯示和向蜂鳴器發(fā)送報警信息等功能。
【文章來源】：中國集成電路. 2020,29(Z3)
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
FE310-G003頂層框圖
SiFive Learn Inventor開發(fā)板外形如圖2所示，開發(fā)板通過MicroUSB接口進行數(shù)據(jù)傳輸。該開發(fā)板可在最高5.5V到最低2.3V之間的電壓正常工作。SiFive Learn Inventor開發(fā)板讓開發(fā)者可以利用FreeRTOS輕松控制微控制器的所有外設(shè)，比如在LED點陣上輕松顯示的圖像，只需在電路板上連接一個揚聲器就可以演奏簡單的曲調(diào)，能讓設(shè)備作為低功耗藍牙（BLE）設(shè)備工作的硬件和其他設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等。SiFive Learn Inventor開發(fā)板支持三軸加速度傳感器，支持micro:bit GPIO金手指配套的周邊外設(shè)，可通過無線Wi Fi或藍牙無線下載程序的寫入閃存功能。開發(fā)板非常簡潔，內(nèi)置一顆FE310-G003微處理器，是市場第一款帶RISC-V處理器的嵌入式單片機，具備功速度快、外設(shè)資源豐富、庫全面的一款適用于創(chuàng)客開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單片機。I2C與SPI接口的e Compass模塊包含超低功耗三軸加速度傳感器和三維磁力儀，一顆外置LDO芯片給整塊開發(fā)板供電，外接MicroUSB插座，板子上三顆按鍵中的RESET按鍵用于復(fù)位。SiFive Learn Inventor開發(fā)板把FE310-G003微處理器芯片的所有外設(shè)功能全部引出。這些管腳既可以作普通的GPIO口，又可以復(fù)用于特殊功能外設(shè)，如SPI、I2C、Timer、UART等，而I2C接口可以跟外部的I2C器件如傳感器或12位ADC傳輸信號與數(shù)據(jù)。
紅外耳溫計依據(jù)紅外輻射原理進行體溫測量，主要由數(shù)字紅外溫度計MLX90615、主控FE310-G003微控制器、LED點陣模塊和其他外圍電路組成，其設(shè)計框圖如圖3所示。當(dāng)按鍵按下時，數(shù)字紅外溫度計將采集到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。主控微控制器采集的數(shù)字信號經(jīng)過運算后，在LED點陣模塊顯示出耳腔溫度值，并伴隨蜂鳴器嗚叫。傳感器部分采用非接觸溫度測量的紅外溫度計MLX90615，主要由紅外熱電堆傳感器、低噪聲放大器、16位ADC和功能強大的DSP處理器等模塊組成，溫度測量范圍是-40℃～115℃。所測得的溫度值可通過串行總線獲得，簡化整體硬件設(shè)計。紅外溫度計將采集到的紅外輻射轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)過低噪聲放大器放大后送給16位ADC。16位ADC輸出的數(shù)字信號經(jīng)FIR/IIR低通濾波器調(diào)理后送入數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器對數(shù)字信號運算處理后輸出測量結(jié)果并保存在MLX90615內(nèi)部RAM中，最終通過SMBus或PWM方式供主控微控制器單元讀取。MLX90615具有寬溫度范圍的高精度、高分辨率、發(fā)射率可調(diào)節(jié)等優(yōu)點，而作為醫(yī)用的MLX90615在36-39℃的人體溫度范圍內(nèi)的精確度達到了±0.1℃。MLX90615廣泛應(yīng)用于高精度非接觸溫度測量、家用溫度控制、衛(wèi)生保健、多重溫度區(qū)域控制等領(lǐng)域。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于STM32和FreeRTOS的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計[J]. 趙波. 電子技術(shù)與軟件工程. 2019(03)
[2]嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS的原理與移植實現(xiàn)[J]. 張龍彪,張果,王劍平,王剛. 信息技術(shù). 2012(11)
[3]適合低功耗高精度紅外測溫SoC芯片與方案實現(xiàn)[J]. 陳宏銘,李水竹,陳宏維,程玉華. 中國集成電路. 2012(11)
[4]嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS的原理與實現(xiàn)[J]. 劉濱,王琦,劉麗麗. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2005(07)
本文編號：3377701
【文章來源】：中國集成電路. 2020,29(Z3)
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
FE310-G003頂層框圖
SiFive Learn Inventor開發(fā)板外形如圖2所示，開發(fā)板通過MicroUSB接口進行數(shù)據(jù)傳輸。該開發(fā)板可在最高5.5V到最低2.3V之間的電壓正常工作。SiFive Learn Inventor開發(fā)板讓開發(fā)者可以利用FreeRTOS輕松控制微控制器的所有外設(shè)，比如在LED點陣上輕松顯示的圖像，只需在電路板上連接一個揚聲器就可以演奏簡單的曲調(diào)，能讓設(shè)備作為低功耗藍牙（BLE）設(shè)備工作的硬件和其他設(shè)備聯(lián)網(wǎng)等。SiFive Learn Inventor開發(fā)板支持三軸加速度傳感器，支持micro:bit GPIO金手指配套的周邊外設(shè)，可通過無線Wi Fi或藍牙無線下載程序的寫入閃存功能。開發(fā)板非常簡潔，內(nèi)置一顆FE310-G003微處理器，是市場第一款帶RISC-V處理器的嵌入式單片機，具備功速度快、外設(shè)資源豐富、庫全面的一款適用于創(chuàng)客開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的單片機。I2C與SPI接口的e Compass模塊包含超低功耗三軸加速度傳感器和三維磁力儀，一顆外置LDO芯片給整塊開發(fā)板供電，外接MicroUSB插座，板子上三顆按鍵中的RESET按鍵用于復(fù)位。SiFive Learn Inventor開發(fā)板把FE310-G003微處理器芯片的所有外設(shè)功能全部引出。這些管腳既可以作普通的GPIO口，又可以復(fù)用于特殊功能外設(shè)，如SPI、I2C、Timer、UART等，而I2C接口可以跟外部的I2C器件如傳感器或12位ADC傳輸信號與數(shù)據(jù)。
紅外耳溫計依據(jù)紅外輻射原理進行體溫測量，主要由數(shù)字紅外溫度計MLX90615、主控FE310-G003微控制器、LED點陣模塊和其他外圍電路組成，其設(shè)計框圖如圖3所示。當(dāng)按鍵按下時，數(shù)字紅外溫度計將采集到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。主控微控制器采集的數(shù)字信號經(jīng)過運算后，在LED點陣模塊顯示出耳腔溫度值，并伴隨蜂鳴器嗚叫。傳感器部分采用非接觸溫度測量的紅外溫度計MLX90615，主要由紅外熱電堆傳感器、低噪聲放大器、16位ADC和功能強大的DSP處理器等模塊組成，溫度測量范圍是-40℃～115℃。所測得的溫度值可通過串行總線獲得，簡化整體硬件設(shè)計。紅外溫度計將采集到的紅外輻射轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)過低噪聲放大器放大后送給16位ADC。16位ADC輸出的數(shù)字信號經(jīng)FIR/IIR低通濾波器調(diào)理后送入數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器對數(shù)字信號運算處理后輸出測量結(jié)果并保存在MLX90615內(nèi)部RAM中，最終通過SMBus或PWM方式供主控微控制器單元讀取。MLX90615具有寬溫度范圍的高精度、高分辨率、發(fā)射率可調(diào)節(jié)等優(yōu)點，而作為醫(yī)用的MLX90615在36-39℃的人體溫度范圍內(nèi)的精確度達到了±0.1℃。MLX90615廣泛應(yīng)用于高精度非接觸溫度測量、家用溫度控制、衛(wèi)生保健、多重溫度區(qū)域控制等領(lǐng)域。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于STM32和FreeRTOS的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計[J]. 趙波. 電子技術(shù)與軟件工程. 2019(03)
[2]嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS的原理與移植實現(xiàn)[J]. 張龍彪,張果,王劍平,王剛. 信息技術(shù). 2012(11)
[3]適合低功耗高精度紅外測溫SoC芯片與方案實現(xiàn)[J]. 陳宏銘,李水竹,陳宏維,程玉華. 中國集成電路. 2012(11)
[4]嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS的原理與實現(xiàn)[J]. 劉濱,王琦,劉麗麗. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2005(07)
本文編號：3377701
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