MLX90601EKA-CAA測溫方案解析

4 應(yīng)用設(shè)計

4.1 MLX90601EKA-CAA測溫特性

以PWM輸出為例，MLX90601EKA-CAA溫度信號的PWM輸出格式。

PWM信號的典型周期是102.4ms，每個周期始于一段前向緩沖時間t1，該時間段內(nèi)輸出信號始終為1;t2和t3為有效信號部分;t4為報錯信號部分，如：傳感器溫度超過預(yù)值、發(fā)生某些不可被MLX90313自動修復(fù)的措施等;t5為后向緩沖時間，輸出信號始終為0。各時段占空比說明如表2所列。

溫度值計算公式如下：

其中：t為測得溫度，DutyCycle為t2在時序圖中所占的百分比，即t2/總周期T，Tmin為設(shè)置的溫度下限(出廠設(shè)置為-20℃)，Tmax為設(shè)置的溫度上限(出廠設(shè)置為120℃)。

輸出溫度值與DutyCycle的線性關(guān)系如圖3所示，由圖中可以看出：在傳感器可測的有效范圍內(nèi)(-20℃-120℃)，待測物體溫度值及傳感器自身溫度值都與DutyCycle呈良好的線性關(guān)系。

4.2 單片機接口電路

MLX90601-CAA與單片機連接的硬件電路如圖4所示。MLX90601EKA-CAA供電電壓是+5V。CS和IR、TEMPOUT腳直接接 MCU的普通I/O口即可，但由于其內(nèi)部電路的某些原因，致使這樣接的電路IR、TEMPOUT腳采集的信號始終為0。解決方法是在MLX與MCU之間接入一個三態(tài)門(如74HC125)：MLX的CS腳與三態(tài)門控制端(EN)都接入MCU的I/O口，將MLX的輸出信號先接入三態(tài)門輸入端，然后將輸出信號再接入到MCU的I/O口即可。

SPI接口電路如圖4所示，也需用三態(tài)門進行轉(zhuǎn)接。當MLX的片選信號出現(xiàn)一個下降沿時，寫命令開始，再出現(xiàn)一個上升沿時寫命令結(jié)束。其間共有32個時鐘脈沖出現(xiàn)，始終上升沿有效。讀命令也如此。SDI寫命令的順序是：8位命令、8位地址、16位數(shù)據(jù)，高位在前;在輸入寫命令8 個時鐘周期后，在SDO口輸出輸入的命令碼、地址碼以及頭8位數(shù)據(jù)以供校驗用。讀命令與寫命令基本類似，不再贅述。

4.3 軟件流程圖

采集一個PWM周期的軟件流程如圖7所示。其中T為IROUT或TEMPOUT引腳輸出值。采用定時器0或1記錄一個PWM脈沖的占空數(shù)：當T值由0變?yōu)?1時定時器開始計數(shù)，當單片機判斷T值由1變?yōu)?時，提取TF0、TH0、TL0(或TF1、TH1、TL1)的值賦給一組中間變量，然后當T值由0變?yōu)?1時，再提取TF0、TH0、TL0(或TF1、TH1、TL1)的值賦給第二組中間變量。計算出兩組中間變量代表的時間，第一組中間變量代表一個PWM 脈沖高電平的時長，第二組中間變量代表總時長，DutyCycle=第一組值/第二組值，代入3.1節(jié)中溫度值計算公式則可以算出測得的溫度值。

4.4 實驗數(shù)據(jù)與結(jié)論

在實驗中，MLX表現(xiàn)出很高的靈敏性和精確度，由于它是非接觸式測量，所以應(yīng)用場合非常廣泛，并且在長時間工作的情況下對電路板散熱性能要求不高，如果將該電路(設(shè)為Sensor1)及由接觸式溫度傳感器(設(shè)為Sensor2)組成的電路都用密封罩罩住，測量罩內(nèi)溫度，經(jīng)過一段時間，Sensor2示數(shù)能看到有明顯上升趨勢，這主要是因為Sensor2將電路板散出的熱量也累加到環(huán)境溫度中，而Sensor1的示數(shù)則基本保持平穩(wěn)，因此在嵌入式使用且要求精度較高、響應(yīng)速度較快的應(yīng)用中，MLX90601系列紅外測溫模塊是很好的選擇。