如何使用MLX90614制作非接觸式紅外溫度計

　　在調(diào)試電子電路或測試新的硬件設計時，我經(jīng)常傾向于通過觸摸它們來檢查板上的組件是否異常變熱。如果出現(xiàn)問題（通常是第一次嘗試），這些組件可能會變得高達 80°C 或更高，不僅會燒毀組件，還會燒毀我的手指。在燒傷手指的次數(shù)比我記得的要多之后，我決定使用 Arduino 和紅外溫度傳感器構建自己的溫度槍。這款熱槍將使用名為MLX90614的非接觸式溫度傳感器制造; 因此，它不僅可以用于測量組件溫度，還可以用于測量體溫、表面溫度、熱通風等。當然，這些熱敏槍在市場上很容易從 Fluke、Flir 等知名制造商那里買到。但它們并不容易放在你的口袋里，而且最重要的是，這比構建自己的小工具更有趣。

　　所需材料

　　Arduino Pro 迷你

　　MLX90614 紅外溫度傳感器

　　OLED 顯示屏 – SSD1306

　　激光二極管

　　9V電池

　　按鈕

　　電池夾

　　連接線

　　MLX90614 紅外測溫儀

　　在繼續(xù)本教程之前，了解 MLX90614 傳感器的工作原理非常重要。市場上有許多溫度傳感器，我們一直在將DHT11 傳感器和LM35廣泛用于許多必須測量大氣濕度或溫度的應用。

　　在這里，對于熱敏槍，我們需要一個傳感器，它可以感應特定物體（不是環(huán)境）的溫度，而無需直接與物體接觸。為此，我們有接觸較少的溫度傳感器，它利用激光或紅外線來計算物體的溫度。MLX90614 就是這樣一種傳感器，它使用紅外能量來檢測物體的溫度。

　　MLX90614傳感器是邁來芯微電子集成系統(tǒng)制造的，它內(nèi)置了兩個器件，一個是紅外熱電堆探測器（傳感單元），另一個是信號調(diào)理DSP器件（計算單元）。它基于Stefan-Boltzmann 定律工作，該定律指出所有物體都會發(fā)射 IR 能量，并且這種能量的強度將與該物體的溫度成正比。傳感器中的傳感單元測量目標物體發(fā)射了多少紅外能量，計算單元使用 17 位內(nèi)置 ADC 將其轉換為溫度值，并通過I2C 通信輸出數(shù)據(jù)協(xié)議。傳感器測量物體溫度和環(huán)境溫度以校準物體溫度值。

　　MLX90614 紅外溫度傳感器特性：

　　工作電壓：3.6V 至 5V

　　物體溫度范圍：-70°C 至 382.2°C

　　環(huán)境溫度范圍：-40°C 至 125°C

　　分辨率/準確度：0.02°C

　　傳感器和物體之間的距離應該是多少？

　　數(shù)據(jù)表沒有直接回答的一個問題是傳感器和物體之間的測量距離。該距離的值由術語視野 （FOV）給出，對于我們的傳感器，視野約為 80°。

　　您可以將感應范圍從傳感器的點看成錐形，如上圖所示。因此，當我們遠離測量對象時，感應區(qū)域會增加兩倍。這意味著我們距離物體每移動 1 厘米，感應區(qū)域就會增加 2 厘米。在我們的熱槍中，我們在傳感器頂部放置了一個激光二極管，以了解傳感器的感應區(qū)域當前指向的位置。我發(fā)現(xiàn)如果槍指向距離物體 2 厘米的地方，這些值是可靠的，并且隨著我們離開，精度會下降。

　　Arduino MLX90614溫度計電路圖

　　紅外線溫度計的電路圖非常簡單。完整的電路如下所示，它是使用 Fritzing 軟件創(chuàng)建的。

　　由于 Fritzing 軟件不支持 MLX90614 傳感器的部件，我們使用注釋來提及其連接，如上所示，我們還使用紅色 LED 代替激光二極管。整個電路通過一個按鈕由 9V 電池供電。當按下按鈕時，9V 電池連接到 Arduino 的 RAW 引腳，然后使用板載穩(wěn)壓器將其調(diào)節(jié)為 5V。然后使用這個 5V 為 OLED 模塊、傳感器和激光二極管供電。

　　我們已經(jīng)學習了如何將SSD1306 OLED 與 Arduino連接，此處將使用相同的硬件和代碼。如果您需要更強大的激光束，您也可以設計一個單獨的激光二極管驅動電路。

　　溫度槍外殼設計

　　為了使項目更有趣和更實用，我們?yōu)槲覀兊臒崦魳屵M行了 3D 建模和打印外殼。該設計包括兩個部分，一個是頂部，作為槍身，裝有 Arduino 控制器、OLED、傳感器和激光二極管。另一個是底部，用作容納電池和按鈕的槍的手柄。此處的按鈕用作觸發(fā)器。該模型如下所示。

　　設計文件可從thingiverse 下載；您可以下載設計并使用 3D 打印機進行打印，也可以根據(jù)需要進行修改。下載鏈接如下

　　3D打印外殼：

　　然后將該模型保存為 STL 文件并使用 Cura 轉換為 G 代碼。我用我的 Tevo tarantula 打印機打印了我的兩個零件，然后將它們擰在一起。如果您的打印機支持，也可以將這兩個部分打印為單件。我打印的切片設置如下所示

　　我花了將近 6 個小時來打印這兩個部件，一旦打印了硬件連接，我就分別使用傳感器和 OLED 顯示器的 7 針和 4 針 Relimate 連接器 （RMC） 直接將電線直接焊接到 Arduino 針上。然后使用螺釘將 OLED 安裝在印刷部件中，同時使用熱膠安裝傳感器和激光二極管。然后將電源引腳（Raw，Gnd）通過一根電線向下滑動，用于由按鈕和電池組成的手柄部分。然后通過按鈕將這些電線連接到電池。組裝完成后，熱槍如下所示

　　您可以繼續(xù)為頂部設計封面，但我決定將其保持打開狀態(tài)，以便以后如有需要可以對其進行調(diào)整。

　　Arduino MLX90614 紅外溫度計編程

　　Arduino 程序應從 MLX90614 讀取溫度值并將其顯示在 OLED 顯示屏上。幸運的是，該程序將非常簡單，因為Adafruit 為我們提供了一個庫，可以輕松地從 MLX90614 讀取數(shù)據(jù)。

　　該鏈接會將庫下載為 ZIP 文件夾。下載后，按照命令Sketch -》 Include Library -》 Add .ZIP Library將其添加到 Arduino IDE并瀏覽此 ZIP 文件的位置。還要確保您已遵循OLED 與 Arduino 接口的教程，以便您也安裝了 OLED 顯示模塊所需的庫。添加庫后，我們可以開始我們的程序，該項目的完整程序可以在此頁面底部找到。這里將用小片段解釋相同的程序。

　　　　像往常一樣，我們通過添加所需的庫文件開始程序。這里 Wire 庫（內(nèi)置）用于使用 I2C 協(xié)議進行通信，SparkFunML90614 庫用于與傳感器進行通信。SPI、GFX 和 SSD1306 庫用于通過 4 線 SPI 協(xié)議與 OLED 顯示模塊進行通信。

　　#include 《Wire.h》

　　#include 《SparkFunMLX90614.h》

　　#include 《SPI.h》

　　#include 《Adafruit_GFX.h》

　　#include 《Adafruit_SSD1306.h》

　　然后，我們定義我們已建立連接的 OLED 顯示器的引腳。由于該模塊與 SPI 一起使用，我們使用了 Arduino 的 SPI 引腳。有些 OLED 顯示器也適用于 I2C 協(xié)議，但我們不能在這里使用它們，因為 I2C 引腳已經(jīng)被溫度計傳感器占用。

　　#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（）函數(shù)中，我們使用我們之前創(chuàng)建的對象therm初始化用于調(diào)試的串行監(jiān)視器以及 IR 溫度傳感器。在印度，最受關注的溫度單位是??攝氏度（攝氏度），因此我們使用TEMP_C設置了單位，如果您需要將值設為華氏 （F），您也可以將其更改為TEMP_F 。最后我們初始化OLED顯示屏并清除它的顯示。此外，OLED 屏幕可旋轉 180 度，以便于安裝在外殼中。

　　無效設置（）

　　{

　　序列。開始（9600）；

　　熱。開始（）；

　　therm.setUnit（TEMP_C）;

　　display.begin（SSD1306_SWITCHCAPVCC）;

　　display.clearDisplay（）;

　　display.setRotation（2）;

　　}

　　在循環(huán)函數(shù)內(nèi)部，我們從傳感器讀取溫度值并將其轉換為字符串以顯示在 OLED 顯示屏上。我們還在串行監(jiān)視器上打印了該值以進行調(diào)試。我們還增加了一個名為 runner 的變量，每次成功更新溫度傳感器的值時，它都會在屏幕上產(chǎn)生一個小動畫，這將有助于我們了解讀數(shù)是否由于某種原因而卡住。

　　if （therm.read（）） // 成功時，read（） 將返回 1，失敗時返回 0。

　　{

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

　　Serial.print（“對象：”）;

　　串行打印（溫度）；Serial.println（“C”）;

　　display.clearDisplay（）;

　　亞軍++;

　　延遲（5）；

　　}

　　測試 Arduino 熱槍

　　一旦 Arduino 代碼準備就緒，我們可以使用外部 TTL 編程器或 FTDI 板將其上傳到我們的硬件，因為 pro mini 沒有板載。然后只需按下按鈕觸發(fā)熱敏槍，您會注意到激光束落在物體上，并且物體的溫度顯示在 OLED 屏幕上，如下圖所示。在這里，我用它來測量激光束指向的組件的溫度。

　　熱風槍還在烙鐵、3D打印機噴嘴、冰塊等上進行了測試，觀察到了令人滿意的結果。

Arduino MLX90614 非接觸式溫度計

MLX90614 I2C 連接

OLED 4 線 SPI 的代碼連接

日期：2019 年 7 月 6 日

代碼作者：Aswint Raj

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#include

#include


#include

#include

#include


// 如果使用軟件 SPI（默認情況）：

#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 熱；


無效設置（）

{

序列.開始（9600）；

熱.開始（）；

therm.setUnit(TEMP_C);


display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);

display.clearDisplay();

display.setRotation(2);



}


字符串溫度；

字符亞軍；


void loop()

{

if (therm.read()) // 成功時，read() 將返回 1，失敗時返回 0。

{

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

Serial.print("對象：");

串行打?。囟龋?；Serial.println("C");

display.clearDisplay();

亞軍++;

延遲（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(溫度);


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("攝氏度");

顯示.顯示（）；


如果（跑步者> 20）

跑步者= 0；

}