MLX90601系列红外测温模块的原理及应用

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。