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如何使用MLX90614制作非接触式红外温度计

2023-08-18 11:25:26 | 人围观 | 评论:

　　在调试电子电路或测试新的硬件设计时，我经常倾向于通过触摸它们来检查板上的组件是否异常变热。如果出现问题（通常是第一次尝试），这些组件可能会变得高达 80°C 或更高，不仅会烧毁组件，还会烧毁我的手指。在烧伤手指的次数比我记得的要多之后，我决定使用 Arduino 和红外温度传感器构建自己的温度枪。这款热枪将使用名为MLX90614的非接触式温度传感器制造; 因此，它不仅可以用于测量组件温度，还可以用于测量体温、表面温度、热通风等。当然，这些热敏枪在市场上很容易从 Fluke、Flir 等知名制造商那里买到。但它们并不容易放在你的口袋里，而且最重要的是，这比构建自己的小工具更有趣。

　　所需材料

　　Arduino Pro 迷你

　　MLX90614 红外温度传感器

　　OLED 显示屏 – SSD1306

　　激光二极管

　　9V电池

　　按钮

　　电池夹

　　连接线

　　MLX90614 红外测温仪

　　在继续本教程之前，了解 MLX90614 传感器的工作原理非常重要。市场上有许多温度传感器，我们一直在将DHT11 传感器和LM35广泛用于许多必须测量大气湿度或温度的应用。

　　在这里，对于热敏枪，我们需要一个传感器，它可以感应特定物体（不是环境）的温度，而无需直接与物体接触。为此，我们有接触较少的温度传感器，它利用激光或红外线来计算物体的温度。MLX90614 就是这样一种传感器，它使用红外能量来检测物体的温度。

　　MLX90614传感器是迈来芯微电子集成系统制造的，它内置了两个器件，一个是红外热电堆探测器（传感单元），另一个是信号调理DSP器件（计算单元）。它基于Stefan-Boltzmann 定律工作，该定律指出所有物体都会发射 IR 能量，并且这种能量的强度将与该物体的温度成正比。传感器中的传感单元测量目标物体发射了多少红外能量，计算单元使用 17 位内置 ADC 将其转换为温度值，并通过I2C 通信输出数据协议。传感器测量物体温度和环境温度以校准物体温度值。

　　MLX90614 红外温度传感器特性：

　　工作电压：3.6V 至 5V

　　物体温度范围：-70°C 至 382.2°C

　　环境温度范围：-40°C 至 125°C

　　分辨率/准确度：0.02°C

　　传感器和物体之间的距离应该是多少？

　　数据表没有直接回答的一个问题是传感器和物体之间的测量距离。该距离的值由术语视野 （FOV）给出，对于我们的传感器，视野约为 80°。

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　　您可以将感应范围从传感器的点看成锥形，如上图所示。因此，当我们远离测量对象时，感应区域会增加两倍。这意味着我们距离物体每移动 1 厘米，感应区域就会增加 2 厘米。在我们的热枪中，我们在传感器顶部放置了一个激光二极管，以了解传感器的感应区域当前指向的位置。我发现如果枪指向距离物体 2 厘米的地方，这些值是可靠的，并且随着我们离开，精度会下降。

　　Arduino MLX90614温度计电路图

　　红外线温度计的电路图非常简单。完整的电路如下所示，它是使用 Fritzing 软件创建的。

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　　由于 Fritzing 软件不支持 MLX90614 传感器的部件，我们使用注释来提及其连接，如上所示，我们还使用红色 LED 代替激光二极管。整个电路通过一个按钮由 9V 电池供电。当按下按钮时，9V 电池连接到 Arduino 的 RAW 引脚，然后使用板载稳压器将其调节为 5V。然后使用这个 5V 为 OLED 模块、传感器和激光二极管供电。

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　　我们已经学习了如何将SSD1306 OLED 与 Arduino连接，此处将使用相同的硬件和代码。如果您需要更强大的激光束，您也可以设计一个单独的激光二极管驱动电路。

　　温度枪外壳设计

　　为了使项目更有趣和更实用，我们为我们的热敏枪进行了 3D 建模和打印外壳。该设计包括两个部分，一个是顶部，作为枪身，装有 Arduino 控制器、OLED、传感器和激光二极管。另一个是底部，用作容纳电池和按钮的枪的手柄。此处的按钮用作触发器。该模型如下所示。

pYYBAGMN3LyAb0CWAAEB6pM53Qo230.png

　　设计文件可从thingiverse 下载；您可以下载设计并使用 3D 打印机进行打印，也可以根据需要进行修改。下载链接如下

　　3D打印外壳：

　　然后将该模型保存为 STL 文件并使用 Cura 转换为 G 代码。我用我的 Tevo tarantula 打印机打印了我的两个零件，然后将它们拧在一起。如果您的打印机支持，也可以将这两个部分打印为单件。我打印的切片设置如下所示

poYBAGMN3LiAbfi3AADu7QGo9pQ995.png

　　我花了将近 6 个小时来打印这两个部件，一旦打印了硬件连接，我就分别使用传感器和 OLED 显示器的 7 针和 4 针 Relimate 连接器 （RMC） 直接将电线直接焊接到 Arduino 针上。然后使用螺钉将 OLED 安装在印刷部件中，同时使用热胶安装传感器和激光二极管。然后将电源引脚（Raw，Gnd）通过一根电线向下滑动，用于由按钮和电池组成的手柄部分。然后通过按钮将这些电线连接到电池。组装完成后，热枪如下所示

pYYBAGMN3LSAciXrAANZQOCLHOQ213.png

poYBAGMN3LGAChbLAAK53_JXin0444.png

　　您可以继续为顶部设计封面，但我决定将其保持打开状态，以便以后如有需要可以对其进行调整。

　　Arduino MLX90614 红外温度计编程

　　Arduino 程序应从 MLX90614 读取温度值并将其显示在 OLED 显示屏上。幸运的是，该程序将非常简单，因为Adafruit 为我们提供了一个库，可以轻松地从 MLX90614 读取数据。

　　该链接会将库下载为 ZIP 文件夹。下载后，按照命令Sketch -》 Include Library -》 Add .ZIP Library将其添加到 Arduino IDE并浏览此 ZIP 文件的位置。还要确保您已遵循OLED 与 Arduino 接口的教程，以便您也安装了 OLED 显示模块所需的库。添加库后，我们可以开始我们的程序，该项目的完整程序可以在此页面底部找到。这里将用小片段解释相同的程序。

　　　　像往常一样，我们通过添加所需的库文件开始程序。这里 Wire 库（内置）用于使用 I2C 协议进行通信，SparkFunML90614 库用于与传感器进行通信。SPI、GFX 和 SSD1306 库用于通过 4 线 SPI 协议与 OLED 显示模块进行通信。

　　#include 《Wire.h》

　　#include 《SparkFunMLX90614.h》

　　#include 《SPI.h》

　　#include 《Adafruit_GFX.h》

　　#include 《Adafruit_SSD1306.h》

　　然后，我们定义我们已建立连接的 OLED 显示器的引脚。由于该模块与 SPI 一起使用，我们使用了 Arduino 的 SPI 引脚。有些 OLED 显示器也适用于 I2C 协议，但我们不能在这里使用它们，因为 I2C 引脚已经被温度计传感器占用。

　　#define OLED_MOSI 9

　　#define OLED_CLK 10

　　#define OLED_DC 11

　　#define OLED_CS 12

　　#define OLED_RESET 13

　　Adafruit_SSD1306 display（OLED_MOSI， OLED_CLK， OLED_DC， OLED_RESET， OLED_CS）;

　　在void setup（）函数中，我们使用我们之前创建的对象therm初始化用于调试的串行监视器以及 IR 温度传感器。在印度，最受关注的温度单位是​​摄氏度（摄氏度），因此我们使用TEMP_C设置了单位，如果您需要将值设为华氏 （F），您也可以将其更改为TEMP_F 。最后我们初始化OLED显示屏并清除它的显示。此外，OLED 屏幕可旋转 180 度，以便于安装在外壳中。

　　无效设置（）

　　{

　　序列。开始（9600）；

　　热。开始（）；

　　therm.setUnit（TEMP_C）;

　　display.begin（SSD1306_SWITCHCAPVCC）;

　　display.clearDisplay（）;

　　display.setRotation（2）;

　　}

　　在循环函数内部，我们从传感器读取温度值并将其转换为字符串以显示在 OLED 显示屏上。我们还在串行监视器上打印了该值以进行调试。我们还增加了一个名为 runner 的变量，每次成功更新温度传感器的值时，它都会在屏幕上产生一个小动画，这将有助于我们了解读数是否由于某种原因而卡住。

　　if （therm.read（）） // 成功时，read（） 将返回 1，失败时返回 0。

　　{

　　temperature = String（therm.object（）， 2）;

　　Serial.print（“对象：”）;

　　串行打印（温度）；Serial.println（“C”）;

　　display.clearDisplay（）;

　　亚军++;

　　延迟（5）；

　　}

　　测试 Arduino 热枪

　　一旦 Arduino 代码准备就绪，我们可以使用外部 TTL 编程器或 FTDI 板将其上传到我们的硬件，因为 pro mini 没有板载。然后只需按下按钮触发热敏枪，您会注意到激光束落在物体上，并且物体的温度显示在 OLED 屏幕上，如下图所示。在这里，我用它来测量激光束指向的组件的温度。

pYYBAGMN3KuAejLUAAXGeXlcEnw042.png

　　热风枪还在烙铁、3D打印机喷嘴、冰块等上进行了测试，观察到了令人满意的结果。

Arduino MLX90614 非接触式温度计

MLX90614 I2C 连接

OLED 4 线 SPI 的代码连接

日期：2019 年 7 月 6 日

代码作者：Aswint Raj

**********************************/


#include

#include


#include

#include

#include


// 如果使用软件 SPI（默认情况）：

#define OLED_MOSI 9

#define OLED_CLK 10

#define OLED_DC 11

#define OLED_CS 12

#define OLED_RESET 13

Adafruit_SSD1306 display(OLED_MOSI, OLED_CLK, OLED_DC, OLED_RESET, OLED_CS);


IRTherm 热；


无效设置（）

{

序列.开始（9600）；

热.开始（）；

therm.setUnit(TEMP_C);


display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);

display.clearDisplay();

display.setRotation(2);



}


字符串温度；

字符亚军；


void loop()

{

if (therm.read()) // 成功时，read() 将返回 1，失败时返回 0。

{

temperature = String(therm.object(), 2);

Serial.print("对象：");

串行打印（温度）；Serial.println("C");

display.clearDisplay();

亚军++;

延迟（5）；

}


display.setTextSize(2);

display.setTextColor（白色）；

display.setCursor(display.width()/4,display.height()/12);



if (therm.object()>=100)

display.setCursor(display.width()/4,display.height()/12);



display.println(温度);


display.drawLine(display.width()/runner,display.height() - display.height()/2.5, display.width()/runner+1, display.height() - display.height()/2.5,白色的）;


display.setCursor(0,display.height()-display.height()/4);

display.setTextSize(1);

display.println("Arduino Thermlgun");

display.setCursor(display.width()- display.width()/4,display.height()/12);

display.println("摄氏度");

显示.显示（）；


如果（跑步者> 20）

跑步者= 0；

}





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