耳溫槍應(yīng)用設(shè)計方案
常見的紅外線傳感器應(yīng)用可分為醫(yī)療、工業(yè)、消費(fèi)性用途,如耳溫槍、額溫槍、工業(yè)用溫度儀、紅外線溫度計…等。在耳溫槍應(yīng)用中,需注意紅外線傳感器進(jìn)入耳中的升溫效應(yīng)、導(dǎo)波管與傳感器的連接方式…等。在紅外線溫度計應(yīng)用中,需注意待測物距離、透鏡的聚焦距離…等。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/100051.htm一、纮康科技HY11P系列簡介
利用紅外線傳感器(IR sensor)做為溫度訊號的擷取來源,轉(zhuǎn)換為電阻與微小電壓訊號輸出,再經(jīng)由纮康科技的單片機(jī)“HY11P13”量測訊號、運(yùn)算、數(shù)位輸出顯示,如圖1,以最少的元件達(dá)成非接觸式紅外線溫度量測方案。
圖 1:模擬與數(shù)字訊號轉(zhuǎn)換
·單片機(jī)簡介
圖 2:HY11P系列8位高性能OTP單片機(jī)(HY11P13)
·8位加強(qiáng)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
·2.2V to 3.6V工作電壓范圍,-40℃~85℃工作溫度范圍
·外部石英震蕩器及內(nèi)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(dá)到最佳省電規(guī)劃
運(yùn)行模式 300uA@2MHz
待機(jī)模式 3uA@32KHz
休眠模式 1uA
·4KWord OTP (One Time Programmable) Type程式記憶體, 256Byte資料記憶體
·Brownout and Watch dog Timer,可防止CPU進(jìn)入死機(jī)模式
·18-bit 全差動輸入ΣΔADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
內(nèi)置 PGA (Programmable Gain Amplifier) 及可有1/4 ,1/2, 1. …..128倍10種輸入信號放大倍率選擇
內(nèi)置輸入零點(diǎn)調(diào)整, 可針對不同應(yīng)用增加其量測范圍
內(nèi)置高阻抗輸入緩沖器(32以上輸入倍率不適用)
內(nèi)置絕對溫度傳感器
·超低輸入噪聲(<1uVpp)運(yùn)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(zhuǎn)換
·1.0V低溫飄系數(shù)參考電壓源輸出,具有Push-Pull驅(qū)動能力,可提供傳感器驅(qū)動電壓
·10mA低壓差穩(wěn)壓電源輸出,可有4種不同輸出電壓選擇
·4x20 LCD液晶驅(qū)動器
Static、1/2、1/3、1/4 Duty及1/3 Bias軟件選擇
內(nèi)建Charge Pump穩(wěn)壓線路,提供4種LCD偏壓
·8-bit Timer A
·16-bit Timer B模塊具Capture/Compare 功能
·16-bit Timer C 模塊具PWM/PFD波形產(chǎn)生功能
·串行通訊SPI模塊
二、紅外線傳感器(IR sensor)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(biāo)物溫度及Thermopile所在環(huán)境溫度決定((圖 4))。建議分辨率0.01℃的精準(zhǔn)度。使用于環(huán)溫25℃校正時絕對誤差在±0.03℃內(nèi)。其為半導(dǎo)體材料制作而成的傳感器,故容易受溫度而影響其測量數(shù)值。良好的IR Sensor 其 Thermopile 的數(shù)學(xué)模式如下
………….公式(1)
Vout:Thermopile 輸出電壓
K:Sensitivity of Thermopile
Tt:Target Temperature (℃)
Ta:Ambient Temperature (℃)
圖 4:Thermopile電壓與溫度曲線
Good Thermopile 會有以下兩個特性
Tt=Ta時, Vout=0
K為常數(shù), 不隨環(huán)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(jiān)視IR sensor內(nèi)部溫度。在此亦稱之為量測時的環(huán)境溫度。建議測量誤差及重復(fù)性< 0.05°C。
Thermistor的數(shù)學(xué)模式如下
………….公式(2)
Rth(T):Thermistor 變化電阻值
B:Sensitivity of Thermistor
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(wǎng)絡(luò)開關(guān),在每次切換網(wǎng)絡(luò)開關(guān)后,需丟棄兩筆數(shù)據(jù),并儲存四筆數(shù)據(jù)再取平均作為一筆數(shù)據(jù)的輸出。此量測方式為交替式電阻量測,第一次量測參考電阻RF_count(RF-RFZ),第二次量測thermistor電阻RS_count(RS-RSZ)。
....公式(3)
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(wǎng)絡(luò)開關(guān),在每次切換網(wǎng)絡(luò)開關(guān)后,需丟棄兩筆數(shù)據(jù),并儲存四筆數(shù)據(jù)再取平均作為一筆數(shù)據(jù)的輸出。TPZ網(wǎng)絡(luò)開關(guān)目的為量測整個系統(tǒng)接地后的ADC count,TP網(wǎng)絡(luò)為量測訊號(包含系統(tǒng)接地訊號),TP_count (TP-TPZ),VR為校正的電壓值,VR電壓設(shè)定為 [目標(biāo)溫度相對應(yīng)的電壓] – [環(huán)境溫度相對應(yīng)的電壓 ]。
....公式(4)
將TP_count × Gain=小電壓輸出,再去查表,并換算為溫度。
四、參考線路
圖 6:紅外線溫度量測應(yīng)用線路
五、耳溫槍常見校正方式比較表
六、參考數(shù)據(jù)
http://www.hycontek.com/,纮康科技股份有限公
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