MLX90601系列红外测温模块的原理及应用

liyf

MLX90601系列红外测温模块的原理及应用

摘要：MLX90601系列模块是一组通用的红外测温模块。在出厂前该模块已进行校验及线性化，精度高、体积小，被测物体温度和环境温度能分双通道输出，并且有多种输出接口，在多种精密设备装置中都有广泛的应用。文中以MLX90601EZA-CAA为例介绍其原理及应用方法。
关键词：MLX90601EZA-CAA；红外测温；PWM；SPI
中图分类号：TP216    文献标识码：B  文章编号：1006-6977（2006）01-0047-04
1 引言
    一般来说，测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响；而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有不扰动被测物体温度分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广，稳定性好等特点，近年来在汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。

2 测温原理概述    PWN的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）即通过调节脉冲的周期、宽度，以达到变压、变频的目的，数字式脉宽调制方式中，数字是控制信号，通过改变高低电平数的比值达到改变占空比的目的，PWM控制电路在开关稳压电源、不间断电源（UPS）以及直流电机调速，交流电机变频调速等控制电路中有着广泛应用。

    SPI（Serial Peripheral Interface）是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口，容许CPU与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息，即可以提高传输速度也可以减小器件的资源占用，另外即使在没有SPI接口的单片机上也可利用软件进行模拟。

    Melexis公司生产的MLX90601系列测温模块是应用非常方便的红外测温装置，其所有的模块都在出厂前进行了校验，并且可以直接输出线性或准线性信号，具有很好的互换性，免去了复杂的校正过程。

    该模块以MLX90247热电元件作为红外感应部分。输出是被测物体温度（TO）与传感器自身温度（Ta）共同作用的结果，理想情况下MLX90247输出电压为：
   

    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±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。

<SPAN style="mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">    PWM<FONT face=宋体>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