Infrared Temperature Sensor

Infrared Temperature Sensor
Infrared-Temperature-Sensor
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基本信息
分类: 温度/湿度模块
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品牌: Waveshare
功能简介
特性 非接触红外测温感器
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' 无特性,不解释
' 无特性,不解释
接口 I2C
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目录

产品概述

本模块是一款非接触式红外温度传感器,能根据被测物体的红外辐射能量大小和波长分布来检测物体的表面温度。

产品特点

  • 非接触式,高精度,高分辨率,响应时间快
  • 出厂自带校准,带温度梯度补偿
  • 内置电平转换电路,可直接接入3.3V或5V的MCU系

产品参数

  • 工作电压:3.3V ~ 5V
  • 环境温度测量范围:-40°C ~ 85 °C
  • 物体温度测量范围:-70°C ~ 380 °C
  • 分辨率:0.02°C
  • 精度:±0.5°C ( 0~50°C)
  • 视场角(FOV):35°
  • 产品尺寸:28mm x 16 mm
  • 固定孔尺寸:2.0mm

主要用途:

  • 高精度非接触温度测量、工业温度控制、带温度控制的家用电器等

接口说明

以接入MCU为例
VCC 接3.3V~5V
GND 接GND
SDA 接MCU.I2C数据线
SCL 接MCU.I2C时钟线

通讯方式

模块的通讯方式有PWM 和 SMBus(系统管理总线),这里只介绍SMBus接口通讯。SMBus是一种两线制接口。它基于I2C 总线原理演变而来,可以认为是简化版的I2C总线。
SMBus和I2C 总线一样,在传送数据过程中共有三种类型信号:开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号:SCL 为高电平时,SDA 由高电平向低电平跳变,开始传送数据。
Infrared-Temperature-Sensor-UM-1.jpg
结束信号:SCL 为高电平时,SDA 由低电平向高电平跳变,结束传送数据。
应答信号:主机(从机)接收到从机(主机)的8bit数据后,需要向对方发送应答信号,使对方知道数据发送是否成功,即把SDA拉低一个完整的SCL周期。
Infrared-Temperature-Sensor-UM-2.jpg

SMBus 总线协议

Infrared-Temperature-Sensor-UM-3.jpg
在从机(SD)接收到每8位数据后,会回复 ACK/NACK 信息。当主机(MD)初始化通信,将首先发送SD的地址,只有能识别该地址的 SD 会确认,其它的会保持沉默。如果 SD 未确认其中的任意字节, MD 应停止通信并重新发送信息PEC 的计算结果是基于除 START、REPEATED START、STOP、ACK 和 NACK位外的所有位 。PEC 是 CRC-8 的多项式 X8+X2+X1+1。每个字节的最高有效位首先传送。

SMBus读数据时序

Infrared-Temperature-Sensor-UM-4.jpg
首先主机会发送一个Start信号,然后将从机的7位地址与“读”操作位组合成 8 位的数据发送给从机,从机接收到后会响应一个ACK,主机再发送8位格式的命令给从机,从机接收到后发送ACK,此时主机重新发送一个Start信号,然后将从机的7位地址与读操作位组合成 8 位的数据发送给从机,从机接收到数据后发送ACK,然后将其寄存器中的值发送给主机,主机每接收到一个字节数据后都要回应一个ACK,最后收到PEC后回应ACK,并且发送Stop信号结束通信。

SMBus写数据时序

Infrared-Temperature-Sensor-UM-5.jpg
首先主机会发送一个Start信号,然后将从机的7位地址与“写”操作位组合成 8 位的数据发送给从机,从机接收到后会响应一个ACK信号,主机再发送8位格式的命令给从机,从机接收到后发送ACK信号,然后主机发送低字节数据,收到从机的ACK后,再发送高字节数据,收到从机的ACK后,再发送PEC字节数据,收到从机的ACK后,主机发送Stop信号以结束通信。

MLX90614的RAM寄存器

Infrared-Temperature-Sensor-UM-6.jpg

MLX90614的EEPROM寄存器

Infrared-Temperature-Sensor-UM-7.jpg
注*: xxxxx 代表要读取/写入的上面的RAM、EEPROM寄存器地址的低5位。 注**: 行为类似读命令。 MLX90614 在传送外 16 位数据后会反馈 PEC,其中只有 4 位是主机(MD)需要的,它会在传送完第一个字节后停止通信,读取和读取标示符的区别在于后者没有重复起始位。
读取标示符:

  • Data[7] - EEBUSY – 先前对 EEPROM 的读/写操作正在进行,高有效。
  • Data[6] – 未使用
  • Data[5] - EE_DEAD - EEPROM 发生双重错误,高有效。
  • Data[4] - INIT – POR 初始化程序正在进行,低有效。
  • Data[3] – 未执行。
  • Data[2..0] 和 Data[8..15] – 都为 0。

MLX90614的命令格式

Infrared-Temperature-Sensor-UM-8.jpg
注*: xxxxx 代表要读取/写入的上面的RAM、EEPROM寄存器地址的低5位。 注**: 行为类似读命令。 MLX90614 在传送外 16 位数据后会反馈 PEC,其中只有 4 位是主机(MD)需要的,它会在传送完第一个字节后停止通信,读取和读取标示符的区别在于后者没有重复起始位。 读取标示符:

  • Data[7] - EEBUSY – 先前对 EEPROM 的读/写操作正在进行,高有效。
  • Data[6] – 未使用
  • Data[5] - EE_DEAD - EEPROM 发生双重错误,高有效。
  • Data[4] - INIT – POR 初始化程序正在进行,低有效。
  • Data[3] – 未执行。
  • Data[2..0] 和 Data[8..15] – 都为 0。

如何使用

程序分析

从上面的SMBus 总线协议和通讯时序可以知道,开始通讯时,首先主机会发送一个开始信号,然后将从机的7位地址(SA)与读/写操作位组合成 8 位的数据发送给从机,当我们的SMBus总线上只有一只MLX90614传感器时,7位的从机地址(SA)默认是0x00,当需要用同一总线操作多只MLX90614时,可以修改EEPROM中的从机地址。那么主机发送完开始信号后,如果我们要读MLX90614,那么就接着发送 (SA<<1) + 0 = 0x00,如果我们要写,那么就接着发送 (SA<<1) + 1 = 0x01。
根据上面的RAM寄存器地址表格,可以知道在RAM寄存器中,环境温度寄存器地址为0x06,物体温度寄存器地址为0x07,从命令表格知道,访问RAM的操作码是0x00,访问EEPROM的操作码是0x20,一般我们只需要从RAM中读取温度,不需要访问EEPROM。那么我们要访问RAM中的环境温度寄存器,命令为:0x00 | 0x06 = 0x06,访问RAM中的物体温度寄存器,命令为:0x00 | 0x07 = 0x07。
以STM32的程序为例,该驱动程序是通过PB8、PB9来模拟SMBus时序,驱动代码在smbus.c文件中。我们按照上面介绍的时序读取到环境温度、物体温度数据后,可以根据数据手册来计算环境温度、物体温度:
摄氏度值(°C): ((TempData_H <<8) + TempData_L )*0.02 - 273.15

测量原理

对于非接触式红外测温模块,很重要的一个概念是“视场 (FOV)”。 视场是由温差电堆接收到50%的辐射信号来确定的,并且和传感器的主轴线相关。测得的温度是视场内被测物体的温度加权平均值,所以当被测物体完全覆盖FOV视场时的准确度是最高的。
Infrared-Temperature-Sensor-UM-9.jpg
本模块的传感器型号是MLX90614ESF-BCC,上图为BCC的FOV图,FOV = 35°,即:
被测物体半径÷与传感器探头的距离 = tan35°,即当被测物体的半径为5CM时,最大的测量距离为7CM(指的是保证该温度值是准确的最大测量距离)。
而市面上常用的BAA的FOV图如下:
Infrared-Temperature-Sensor-UM-10.jpg
对比了一下两个型号的传感器,实际测试的结果是:
拿手掌作为温度参考物,当BCC距离手掌7CM以内时,温度基本不变,当距离扩大至15CM时,温度值才下降了1°C。而对于BAA,当距离手掌2CM以外时,温度就已经开始变化得很快,当距离扩大至4CM时,温度值就已经下降1°C。
区别很明显,BCC比BAA性能要好不少,可见测温的距离和准确度和FOV有关,FOV越小,性能就越好。

操作现象

下面以NUCLEO-F103RB 和 Arduino UNO开发板为例。

NUCLEO-F103RB

1)用杜邦线将传感器模块的VCC接到NUCLEO-F103RB的3V3或者5V引脚,GND接到GND,SCL接到PB8,SDA接到PB9。
2)用 keil 软件打开程序 .\ MDK-ARM \ Infrared-Temperature-Sensor-Code.uvprojx,编译、下载。
3)打开串口监视软件,选择正确的串口号,并设置如下:波特率:115200;数据位:8;停止位:1;校验位:None;控制流:None。

Arduino UNO

1)用杜邦线将传感器模块的VCC接到Arduino UNO的3V3或者5V引脚,GND接到GND,SCL接到SCL,SDA接到SDA。 2)将最外层的 WaveShare_MLX90614文件夹复制到 Arduino 软件的安装目录 Arduino\libraries 下面。点击 File --> Examples --> WaveShare_MLX90614--> WaveShare_MLX90614打开程序,并编译、下载。 3)点击 Tools -> Port 选择 Arduino 开发板的串口号,用打开串口监视器,设置 No line ending, 115200baud。 预期结果 把传感器的探头正对着热源,例如手掌,串口便会打印对应的读数,如: Infrared-Temperature-Sensor-UM-11.jpg

文档

程序


数据手册


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问题:Infrared Temperature Sensor 测温的距离是多少?
答复:
  • 实际测试的结果,当拿手掌作为温度参考物,传感器距离手掌7cm以内时,温度基本不变,当距离扩大至15cm时,温度值才下降了1°C。准确度会随距离增加而下降。




QQ:3005722301
EMAIL:3005722301@qq.com
电话:0755-83040712

说明:进行售后服务前,请准备好客户信息(定货单位、定货人等),以供验证。
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