基于紅外線傳感器的*應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

　　摘要：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*、*、工業(yè)用溫度儀、紅外線溫度計(jì)等。在*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(jì)應(yīng)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(hào)的擷取來源，轉(zhuǎn)換為電阻與微小電壓訊號(hào)輸出，再經(jīng)由纮康科技的單片機(jī)“HY11P13”量測訊號(hào)、運(yùn)算、數(shù)位輸出顯示，如圖1，以zui少的元件達(dá)成非接觸式紅外線溫度量測方案。　　　　
　　單片機(jī)簡介　　　　
　　•8位加強(qiáng)型精簡指令集,共有66個(gè)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(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*省電規(guī)劃
　　
　　運(yùn)行模式300uA@2MHz
　　
　　待機(jī)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(jìn)入死機(jī)模式
　　
　　•18-bit全差動(dòng)輸入ΣΔADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器
　　
　　內(nèi)置PGA(ProgrammableGainAmplifier)及可有1/4,1/2,1.…..128倍10種輸入信號(hào)放大倍率選擇
　　
　　內(nèi)置輸入零點(diǎn)調(diào)整,可針對(duì)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(hào)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(dòng)能力，可提供傳感器驅(qū)動(dòng)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
　　
　　•4x20LCD液晶驅(qū)動(dòng)器
　　
　　Static、1/2、1/3、1/4Duty及1/3Bias軟件選擇
　　
　　內(nèi)建ChargePump穩(wěn)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(chǎn)生功能
　　
　　•串行通訊SPI模塊
　　
　　二、紅外線傳感器(IRsensor)簡介
　　
　　由兩個(gè)接口組件組成，分別為Thermopile及Thermistor，兩者封裝如圖3。　　　　
　　•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℃的度。使用于環(huán)溫25℃校正時(shí)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IRSensor其Thermopile的數(shù)學(xué)模式如下　　
　　Vout：Thermopile輸出電壓
　　
　　K：SensitivityofThermopile
　　
　　Tt：TargetTemperature(℃)
　　
　　Ta：AmbientTemperature(℃)　　　　
　　GoodThermopile會(huì)有以下兩個(gè)特性
　　
　　Tt=Ta時(shí),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IRsensor內(nèi)部溫度。在此亦稱之為量測時(shí)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　　
　　Rth(T)：Thermistor變化電阻值
　　
　　B：SensitivityofThermistor
　　
　　R25：25℃電阻值　　　　
　　三、訊號(hào)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(chǔ)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，*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(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(chǔ)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(gè)系統(tǒng)接地后的ADCcount，TP網(wǎng)絡(luò)為量測訊號(hào)(包含系統(tǒng)接地訊號(hào))，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(duì)應(yīng)的電壓]–[環(huán)境溫度相對(duì)應(yīng)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