基于MLX90601C的红外测温仪

1　红外测温原理

红外测温的基本原理为斯蒂芬-彼尔兹曼定律。该定律给出了物质温度与辐射能量之间的关系:

红外测温传感器输出与Meb对应的电压V,则根据式(1)可以计算出温度T.这种测温方法称为全辐射测温法,它是根据测量波长整个光谱范围内从零到无限大物体的总辐射功率来确定物体的温度的。

2　红外测温系统设计

由于红外的辐射能受很多因素的影响,如被测物体材料的比辐率、杂散光和背景光、辐射路径及大气的衰减、工作环境温度等,在测温时必须进行温度补偿及校正。测温仪选用MLX90601C系列测温模块,在出厂时就已经进行了校正,因此应用时避免了复杂的校正过程,而且可以通过SPI总线来设置不同的时间间隔,使模块自动进行温度补偿,保证了仪器在较大温度范围内工作时的精确度。红外测温系统构成框图如图1所示。

2. 1　红外测温模块

MLX90601系列测温模块(测温装置)具有信号调制及线性化和环境温度补偿等功能,可以直接输出线性或准线性信号,具有很好的互换性,其测温精度可达±0·2℃,体积小,可在多种环境下工作。

MLX90601C提供两种温度数值输出方式, PWM输出方式和SPI串口输出方式,通过SPI接口,外部MCU可以访问模块内部寄存器来读取温度数据和设置模块的工作参数。测温仪的微处理器选择Atmega8,该芯片带有一个SPI串口,通过该接口对MLX90601C进行读写操作与控制。

2. 1. 1　MLX90601C的内部结构

MLX90601C内部包含用于温度测量的传感器MLX90247模块, 2个可编程高性能、低噪声的斩波稳态放大器, 2个12位模数转换器, 2个比较器和线性化处理模块,输出通道选择模块,数字逻辑控制模块,EEPROM和SPI接口部分等。

MLX90247输出互相独立的两路模拟信号,即由MLX90247内置的PTC型热敏电阻测得的信号Ta和由MLX90247内部的红外热电堆传感器测的信号To,然后分别经过MLX90313内部的两路高性能、低噪声的斩波稳态放大器放大,经过漂移补偿和线性化处理后,分别暂存于各自的专用寄存器中,通过To和Ta就可以计算目标温度T,这个数据也存储在其专用寄存器中。外部MCU可以通过SPI接口来访问这些寄存器,读取数据相应的数据。MLX90601C内部数据运算过程见图2。

2. 1. 2　MLX90601C内部寄存器

通过SPI串口,可以设置MLX90601C内部寄存器的值,该值决定了MLX90601C的工作模式和工作参数,从而实现对MLX90601C的控制和数据的读取,也可以对MLX90601C内部

EEPROM进行读写操作。根据功能划分,MLX90601C内部寄存器可以划分为:控制寄存器、数据寄存器和运算寄存器。

MLX90601C内部带有128×16的EEPROM存储器,通过SPI可实现对内部存储器的读写操作。内部存储器中, 0X00h~0X77h是工作寄存器区, 0X78h~0X7Fh是用户区。