红外温度传感器使用全解析

在电子工程领域，温度测量一直是一个关键的环节。而非接触式红外温度传感器凭借其独特的优势，在众多应用场景中得到了广泛的应用。今天，我们就来详细探讨一下这款红外温度传感器（型号为MLX90614ESF - BCC）的相关内容。

文件下载：Infrared Temperature Sensor.pdf

产品亮点剖析

这款传感器是一款非接触式红外温度传感器，它能够依据被测物体的红外辐射能量大小和波长分布，精准检测物体的表面温度。它的主要特点如下：

1. 高精度与高分辨率：集成了低噪声放大器、17 位模数转换器和强大的数字信号处理单元，实现了高精度和高分辨度的温度测量。其分辨率可达 0.02°C，在 0 - 50°C 范围内精度能达到±0.5°C。这在很多对温度精度要求较高的应用场景中至关重要，比如工业温度控制场景，能否精确控制温度可能直接影响产品的质量。
2. 快速响应与校准完善：具备快速的响应时间，且出厂自带校准，还带有温度梯度补偿功能，这大大减少了我们在使用过程中的校准工作量，提高了测量的可靠性。
3. 便捷的电平转换与适配：内置电平转换电路，可直接接入 3.3V 或 5V 的 MCU 系统，降低了硬件设计的复杂度。这对于一些小型项目或者对成本和空间有严格要求的设计来说，无疑是个很大的优势。

参数详情一览

电气与工作参数

• 工作电压范围为 3.3V - 5V，这种较宽的电压范围使得它在不同的电源环境下都能稳定工作。
• 环境温度测量范围是 - 40°C - 85°C，物体温度测量范围为 - 70°C - 380°C，能够满足大多数工业和民用场景的温度测量需求。

  其他关键参数

• 视场角（FOV）为 35°，这决定了传感器能够有效测量的范围。
• 产品尺寸为 28mm x 16mm，固定孔尺寸为 2.0mm，小巧的尺寸方便在各种设备中进行安装和布局。

通讯方式解读

该模块支持 PWM 和 SMBus 两种通讯方式，这里着重介绍 SMBus 接口通讯。SMBus 是一种两线制接口，基于 I2C 总线原理演变而来，可以看作是简化版的 I2C 总线。在数据传送过程中，它有开始信号、结束信号和应答信号三种类型。具体如下：

• 开始信号：当 SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，此时开始传送数据。这是数据传输开始的标志，就像一场演出的开场锣声。
• 结束信号：当 SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，表示结束传送数据。这就相当于演出结束的谢幕。
• 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，即把 SDA 拉低一个完整的 SCL 周期，使对方知道数据发送是否成功。这就好比演员在舞台上表演后，观众给予掌声反馈一样。

总线协议与读写时序

SMBus 总线协议

在从机接收到每 8 位数据后，会回复 ACK/NACK 信息。主机初始化通信时，会先发送从机的地址，只有能识别该地址的从机才会确认，其他从机则保持沉默。如果从机未确认其中的任意字节，主机应停止通信并重新发送信息。PEC 的计算结果基于除 START、REPEATED START、STOP、ACK 和 NACK 位外的所有位，它是 CRC - 8 的多项式 X8 + X2 + X1 + 1，每个字节的最高有效位首先传送。这一系列的规则确保了数据传输的准确性和可靠性。

读写时序

• 读数据时序：主机会先发送一个 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，从机响应 ACK 后，主机再发送 8 位格式的命令，从机再次发送 ACK。接着主机重新发送一个 Start 信号，再次发送组合数据，从机发送 ACK 后将寄存器中的值发送给主机，主机每接收到一个字节数据后回应 ACK，最后收到 PEC 后回应 ACK 并发送 Stop 信号结束通信。
• 写数据时序：主机先发送 Start 信号，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，从机响应 ACK 信号。主机再发送 8 位格式的命令，从机发送 ACK 信号，然后主机依次发送低字节数据、高字节数据和 PEC 字节数据，每收到从机的 ACK 后再发送下一个数据，最后主机发送 Stop 信号结束通信。

寄存器与命令格式

寄存器

• RAM 寄存器：有多个不同功能的寄存器，如环境温度寄存器地址为 0x06，物体温度寄存器地址为 0x07 等。这些寄存器存储着各种与温度测量相关的数据。
• EEPROM 寄存器：可用于存储一些配置信息，如 SMBus 地址等。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。

  命令格式

  操作码分为访问 RAM 和 EEPROM 两种，访问 RAM 的操作码是 0x00，访问 EEPROM 的操作码是 0x20。一般情况下，我们只需要从 RAM 中读取温度，不需要访问 EEPROM。例如，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。

使用方法与测量原理

使用方法

以 STM32 和 Arduino UNO 开发板为例，介绍了如何连接传感器和进行程序的编译、下载以及串口监视软件的设置。通过这些步骤，我们可以方便地获取传感器测量的温度数据。例如，将传感器探头正对着热源（如手掌），串口便会打印出对应的环境温度和物体温度读数。

测量原理

视场（FOV）是一个重要的概念，它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，测量的准确度最高。对比不同型号（如 BCC 和 BAA）的传感器发现，FOV 越小，测温的距离和准确度就越好。这就好比我们用相机拍照，视角越窄，聚焦的主体就越清晰。

这款红外温度传感器在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领域有着广阔的应用前景。通过深入了解其产品特点、参数、通讯方式、总线协议、寄存器和命令格式以及使用方法和测量原理，我们能够更好地将其应用到实际项目中。大家在实际使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。