发布时间 : 星期一 文章便携式红外线人体测温仪设计毕业设计论文更新完毕开始阅读fc17a4940d22590102020740be1e650e52eacf3f
由Melexis设计的处理IR传感器输出的芯片。由于集成了低噪声放大器，16位ADC和强大的DSP的MLX90325单元，使得高度集成和高精度的温度计得以实现。计算所得的物体温度被存储在MLX90615的RAM单元，此数值可通过串行两线SMBus兼容协议获或是器件的10位PWM格式获得。MLX90615出厂校准的标准温度范围为：环境温度为-40到85°C，物体温度为-40到115 °C。作为标准，MLX90615出厂校准的物体发射率为1。发射率可以简单地定制为0.1到1之间，并且不需要用黑体来做重新校准。同时MLX90615可用电池供电，且封装中集成了可以滤除可见光和近红外辐射通量的光学滤波器（可通过长波）以提供日光免疫。其中MLX90615应用的波长范围为5.5~15μm。 1、MLX90615的特点如下：
● 小尺寸，易集成，低成本 ● 出厂校准设置宽温度范围：
- 40 to +85 °C传感器温度范围 - 40 to +115 °C物体温度范围
● 宽温度范围的高精度，精度为0.5°C（TA和TO都为0°C to +50°C） ● 高精度（医用）校准 ● 测量分辨率为0.02°C
● 其输入/输出端口为数字接口（SMBus模式和PWM模式），使用方便简
单
● 采用3V电源电压，且具备省电模式 ● 具备发射率补偿功能
2、MLX90615型号及器件简介：
表4.2 MLX90615型号说明 零件编号 MLX90615 温度编码 E（- 40°C ~ 85°C） 封装编码 SG（TO-46） 准确率级别 标准：BAA 医用：DAA
图4.4 MLX90615顶视图
表4.3 MLX90615引脚说明 引脚名称 VSS SCL SDA/PWM VDD 地，金属罐也连接到该引脚上。 两线通信协议的串行时钟信号。引脚应用弱上拉电阻（典型值300kΩ） 数字信号输入/输出开漏NMOS。在SMBus模式里（出厂默认）为串行数据I/O；在PWM模式里为PWM输出。引脚应用弱上拉电阻（典型值300kΩ） 外部电源电压（约为3V）。 功能
3、器件型号选择：
在本设计中，IR传感器选用的型号为：MLX90615ESG—DAA（如下图所示），即医用型号。因为此型号经过Melexis公司特别设计，使得它对人体体温的测量有较高的精度。其中在环境温度为20至30°C的条件下，目标温度的测量精度可达0.2°C（在32至42°C的人体温度范围内）。
图4.5 MLX90615ESG—DAA(TA，TO)的基本温度精度
4、MLX90615工作原理和内部结构：
图4.6 MLX90615内部电路图
IR传感器包括串联的热电偶，冷接头放置在厚的芯片衬底上，热接头放置在薄膜上。薄膜加热（或是冷却）从而吸收并辐射IR。热电堆的输出信号为：
Vir（TA，TO）= A·（TO4-TA4） （4-2）
其中TO是物体的绝对温度（K），TA是传感器片绝对温度，A是总体的敏感度。需要一个附加的传感器来测量芯片的温度。在测量完两个传感器输出后，对应的境温度和物体温被计算出。计算是通过内部DSP产生数字输出并测量温度成线性比例。环境温度TA（传感器芯片温度）是通过PTAT元件测量。
所有传感器的状态和数据处理都是片上操作的，线性的传感器温度TA存于RAM中（地址为6h），其分辨率为0.02°C。传感器出厂的调校范围是- 40 to +85 °C。在RAM单元地址6h中2D89h代表- 40°C，而45F3h代表+85°C。将RAM内容转换为实际的TA比较简单：TA [K] = Tareg×0.02。同理，存在RAM（地址为7h）里的目标温度TO是：TO [K] = Toreg×0.02。
MLX90615是由内部状态机控制物体温度和环境温度的测量和计算，进行温度后处理，并将结果通过PWM或是SMBus模式输出（取决哪个是激活状态）。IR传感器的输出通过增益可编程的低噪声低失调电压放大器放大，经过Sigma Delta调制器转换为单一比特流并反馈给DSP做后续的处理。信号通过可编程的（用EEPROM实现）FIR和IIR低通滤波器以进一步减低输入信号的带宽从而达到所需的噪声特性和刷新率。IIR滤波器的输出为测量结果并存于内部RAM中。
基于以上测量结果，计算出对应的环境温度TA和物体温度TO可通过两种方式读取：通过两线接口读取RAM单元或者通过PWM数字模式输出。测量周期的最后一步为：测量所得TA和TO被重新调节为PWM所需的输出分辨率，并且该数据存在PWM状态机的寄存器中，状态机可以产生固定频率和一定占空比来表示测量的数据。
4.2.2 红外测温模块电路设计
红外测温模块的电路设计相对比较简单。根据红外传感器MLX90615的Datasheet，我们可以得知MLX90615的第1个管脚是SDA端口，第2个管脚是电源端（VDD），第3个管脚是SCL端口，第4个管脚是地端（GND）。其中SCL端口和SDA端口需要接上拉电阻（参考值300kΩ），而电源端和地端之间需要接
一个大约为0.1μF的电容（如下图所示）。
图4.7 IR测温电路图
4.3 MCU主控模块
在本系统中，主控MCU则采用ATMEL公司研发的增强型内置flash的RISC（Reduced Instruction Set CPU）高速8位单片机——AVR单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。为了获得最高的性能以及并行性，AVR采用了Harvard结构，具有独立的数据和程序总线。程序存储器里的指令通过一级流水线运行。CPU在执行一条指令的同时读取下一条指令( 在本文称为预取)。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。