摘要:常見的
紅外線傳感器應用可分為醫療、工業、消費性用途,如*、*、工業用溫度儀、紅外線溫度計等。在*應用中,需注意紅外線傳感器進入耳中的升溫效應、導波管與傳感器的連接方式等。在紅外線溫度計應用中,需注意待測物距離、透鏡的聚焦距離等。
一、纮康科技HY11P系列簡介
利用紅外線傳感器(IRsensor)做為溫度訊號的擷取來源,轉換為電阻與微小電壓訊號輸出,再經由纮康科技的單片機“HY11P13”量測訊號、運算、數位輸出顯示,如圖1,以zui少的元件達成非接觸式紅外線溫度量測方案。
圖1:模擬與數字訊號轉換
單片機簡介
圖2:HY11P系列8位高性能OTP單片機(HY11P13)
•8位加強型精簡指令集,共有66個指令包含硬件乘法指令及查表指令
•2.2Vto3.6V工作電壓范圍,-40℃~85℃工作溫度范圍
•外部石英震蕩器及內部高精度RC震蕩器,多種CPU工作頻率切換選擇,可讓使用者達到*省電規劃
運行模式300uA@2MHz
待機模式3uA@32KHz
休眠模式1uA
•4KWordOTP(OneTimeProgrammable)Type程式記憶體,256Byte資料記憶體
•BrownoutandWatchdogTimer,可防止CPU進入死機模式
•18-bit全差動輸入ΣΔADC模擬數字轉換器
內置PGA(ProgrammableGainAmplifier)及可有1/4,1/2,1.…..128倍10種輸入信號放大倍率選擇
內置輸入零點調整,可針對不同應用增加其量測范圍
內置高阻抗輸入緩沖器(32以上輸入倍率不適用)
內置溫度傳感器
•超低輸入噪聲(<1uVpp)運算放大器,可提供高輸出阻抗小訊號的放大及小電流的電壓轉換
•1.0V低溫飄系數參考電壓源輸出,具有Push-Pull驅動能力,可提供傳感器驅動電壓
•10mA低壓差穩壓電源輸出,可有4種不同輸出電壓選擇
•4x20LCD液晶驅動器
Static、1/2、1/3、1/4Duty及1/3Bias軟件選擇
內建ChargePump穩壓線路,提供4種LCD偏壓
•8-bitTimerA
•16-bitTimerB模塊具Capture/Compare功能
•16-bitTimerC模塊具PWM/PFD波形產生功能
•串行通訊SPI模塊
二、紅外線傳感器(IRsensor)簡介
由兩個接口組件組成,分別為Thermopile及Thermistor,兩者封裝如圖3。
圖3:紅外線溫度傳感器
•Thermopile:
輸出小電壓,其電壓值由目標物溫度及Thermopile所在環境溫度決定((圖4))。建議分辨率0.01℃的度。使用于環溫25℃校正時誤差在±0.03℃內。其為半導體材料制作而成的傳感器,故容易受溫度而影響其測量數值。良好的IRSensor其Thermopile的數學模式如下
Vout:Thermopile輸出電壓
K:SensitivityofThermopile
Tt:TargetTemperature(℃)
Ta:AmbientTemperature(℃)
圖4:Thermopile電壓與溫度曲線
GoodThermopile會有以下兩個特性
Tt=Ta時,Vout=0
K為常數,不隨環境溫度而改變
•Thermistor:
隨其所在之溫度改變而有電阻變化(圖5),用來監視IRsensor內部溫度。在此亦稱之為量測時的環境溫度。建議測量誤差及重復性<0.05°C。
Thermistor的數學模式如下
Rth(T):Thermistor變化電阻值
B:SensitivityofThermistor
R25:25℃電阻值
圖5:Thermistor電阻與溫度曲線
三、訊號量測
•電阻量測:
此量測電阻共切換四次網絡開關,在每次切換網絡開關后,需丟棄兩筆數據,并儲存四筆數據再取平均作為一筆數據的輸出。此量測方式為交替式電阻量測,*次量測參考電阻RF_count(RF-RFZ),第二次量測thermistor電阻RS_count(RS-RSZ)。
將量測的RF_count與RS_count代入公式(3),即可求出R,再以R查表換算為溫度。
小電壓量測:
此量測電阻共切換二次網絡開關,在每次切換網絡開關后,需丟棄兩筆數據,并儲存四筆數據再取平均作為一筆數據的輸出。TPZ網絡開關目的為量測整個系統接地后的ADCcount,TP網絡為量測訊號(包含系統接地訊號),TP_count(TP-TPZ),VR為校正的電壓值,VR電壓設定為[目標溫度相對應的電壓]–[環境溫度相對應的電壓]。將TP_count×Gain=小電壓輸出,再去查表,并換算為溫度。
四、參考線路 五、*常見校正方式比較表