MLX90601系列红外测温模块的原理及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:MLX90601系列模块是一组通用的红外测温模块。在出厂前该模块已进行校验及线性化,精度高、体积小,被测物体温度和环境温度能分双通道输出,并且有多种输出接口,在多种精密设备装置中都有广泛的应用。文中以MLX90601EZA-CAA为例介绍其原理及应用方法。 关键词:MLX90601EZA-CAA;红外测温;PWM;SPI 中图分类号:TP216 文献标识码:B 文章编号:1006-6977(2006)01-0047-04 1 引言 一般来说,测温方式可分为接触式和非接触式,接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度,所以响应时间长,且极易受环境温度的影响;而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度,不与被测物体接触,具有不扰动被测物体温度分布场,温度分辨率高、响应速度快、测温范围广,稳定性好等特点,近年来在汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。 2 测温原理概述 PWN的全称是Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)即通过调节脉冲的周期、宽度,以达到变压、变频的目的,数字式脉宽调制方式中,数字是控制信号,通过改变高低电平数的比值达到改变占空比的目的,PWM控制电路在开关稳压电源、不间断电源(UPS)以及直流电机调速,交流电机变频调速等控制电路中有着广泛应用。 SPI(Serial Peripheral Interface)是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,容许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息,即可以提高传输速度也可以减小器件的资源占用,另外即使在没有SPI接口的单片机上也可利用软件进行模拟。 Melexis公司生产的MLX90601系列测温模块是应用非常方便的红外测温装置,其所有的模块都在出厂前进行了校验,并且可以直接输出线性或准线性信号,具有很好的互换性,免去了复杂的校正过程。 该模块以MLX90247热电元件作为红外感应部分。输出是被测物体温度(TO)与传感器自身温度(Ta)共同作用的结果,理想情况下MLX90247输出电压为: 其中温度单位均为Kelvin,a为仪器常数。 传感器自身温度由MLX90247内置的热敏电阻测定测量,从MLX90247中输出的两路温度信号分别经内部MLX90313器件上两路高性能、低噪声的斩波稳态放大器放大再经A/D转换后输出。 该系列模块精度可达%26;#177;0.2℃,体积小巧,被测物体和环境温度能分双通道输出,有多种输出方式:模拟线性输出、PWM输出、可编程SPI输出等,适于多种应用环境,下面以MLX90601-CAA为例,重点介绍其特性和使用方法。 MLX90601EZA-CAA用工业和商业2种应用产品。能以PWM和SPI两种方式分别输出被测物体和传感器温度,另外通过SPI可编程引脚还可以更改模块内部预设值,并且还具有继电器驱动输出,进一步驱动后续电路。 3 MLX90601EZA-CAA简介 MLX90601EZA-CAA的电气特性如表1所列。引脚排列如图1所示,各引脚的功能如下: REL1(1脚):继电器输出; VSS(2脚):地; VDD(3脚):电源; SDIN(4脚):SPI数据入口; SDOUT(5脚):SPI数据出口; CSB(6脚):片选; SCLK(7脚):时钟; IROUT(8脚):PWM输出被测物体温度; VREF(9脚):参考电压; TEMPOUT(10脚):PWM环境温度输出。 4 应用设计 4.1 MLX90601EKA-CAA测温特性 以PWM输出为例,MLX90601EKA-CAA温度信号的PWM输出格式如图2所示。 PWM信号的典型周期是102.4ms,每个周期始于一段前向缓冲时间t1,该时间段内输出信号始终为1;t2和t3为有效信号部分;t4为报错信号部分,如:传感器温度超过预值、发生某些不可被MLX90313自动修复的措施等;t5为后向缓冲时间,输出信号始终为0。各时段占空比说明如表2所列。 温度值计算公式如下: 其中:t为测得温度,DutyCycle为t2在时序图中所占的百分比,即t2/总周期T,Tmin为设置的温度下限(出厂设置为-20℃),Tmax为设置的温度上限(出厂设置为120℃)。 输出温度值与DutyCycle的线性关系如图3所示,由图中可以看出:在传感器可测的有效范围内(-20℃-120℃),待测物体温度值及传感器自身温度值都与DutyCycle呈良好的线性关系。 4.2 单片机接口电路 MLX90601-CAA与单片机连接的硬件电路如图4所示。MLX90601EKA-CAA供电电压是+5V。CS和IR、TEMPOUT脚直接接MCU的普通I/O口即可,但由于其内部电路的某些原因,致使这样接的电路IR、TEMPOUT脚采集的信号始终为0。解决方法是在MLX与MCU之间接入一个三态门(如74HC125):MLX的CS脚与三态门控制端(EN)都接入MCU的I/O口,将MLX的输出信号先接入三态门输入端,然后将输出信号再接入到MCU的I/O口即可。 SPI接口电路如图4所示,也需用三态门进行转接。其工作时序如图5、6所示。当MLX的片选信号出现一个下降沿时,写命令开始,再出现一个上升沿时写命令结束。其间共有32个时钟脉冲出现,始终上升沿有效。读命令也如此。SDI写命令的顺序是:8位命令、8位地址、16位数据,高位在前;在输入写命令8个时钟周期后,在SDO口输出输入的命令码、地址码以及头8位数据以供校验用。读命令与写命令基本类似,不再赘述。 4.3 软件流程图 采集一个PWM周期的软件流程如图7所示。其中T为IROUT或TEMPOUT引脚输出值。采用定时器0或1记录一个PWM脉冲的占空数:当T值由0变为1时定时器开始计数,当单片机判断T值由1变为0时,提取TF0、TH0、TL0(或TF1、TH1、TL1)的值赋给一组中间变量,然后当T值由0变为1时,再提取TF0、TH0、TL0(或TF1、TH1、TL1)的值赋给第二组中间变量。计算出两组中间变量代表的时间,第一组中间变量代表一个PWM脉冲高电平的时长,第二组中间变量代表总时长,DutyCycle=第一组值/第二组值,代入3.1节中温度值计算公式则可以算出测得的温度值。 4.4 实验数据与结论 表3是MLX90601EZA-CAA采温电路(表中简称MLX)、煤油温度计及A1 100型数字式温湿度测量仪的特性及实验数据比较。 注:表3中,温度计的"体温"一项是采用医用体温计测量的,示数为36.5℃,MLX测得值与之非常接近。 在实验中,MLX表现出很高的灵敏性和精确度,由于它是非接触式测量,所以应用场合非常广泛,并且在长时间工作的情况下对电路板散热性能要求不高,如果将该电路(设为Sensor1)及由接触式温度传感器(设为Sensor2)组成的电路都用密封罩罩住,测量罩内温度,经过一段时间,Sensor2示数能看到有明显上升趋势,这主要是因为Sensor2将电路板散出的热量也累加到环境温度中,而Sensor1的示数则基本保持平稳,因此在嵌入式使用且要求精度较高、响应速度较快的应用中,MLX90601系列红外测温模块是很好的选择。

关键字:系列  模块  原理  应用

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/zhzx/200703/1915.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
系列
模块
原理
应用

小广播

独家专题更多

TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved