Инфракрасный датчик температуры своими руками

Бесконтактный термометр: как сделать инфракрасный градусник своими руками?

Главная страница » Бесконтактный термометр: как сделать инфракрасный градусник своими руками?

Не только для медицинского измерения температуры нужен градусник без контакта. На практике отладки схем электроники, тестирования новых конструкций аппаратного обеспечения и т.п. может успешно применяться бесконтактный термометр. Сильно нагревающиеся электронные компоненты, в таком случае, проверяются без риска получения ожога.

Основа инфракрасного бесконтактного градусника

Аппарат такого типа, конечно же нужен каждому электронщику. И было бы правильным говорить, что настоящий электронщик всегда испытывает желание сделать электронику своими руками, в том числе технический градусник. Поэтому рассмотрим тему – как сделать бесконтактный термометр своими руками на основе инфракрасного сенсора.

Своего рода «тепловую пушку» доступно построить своими руками на базе популярного набора «Arduino». Схема построения требует применения бесконтактного измерительного модуля температуры типа MLX90614.

Благодаря этому устройству, прибор успешно подходит не только для измерения температуры компонентов электронных схем, но также для контроля температуры тела живых организмов.

Один из вариантов исполнения измерительного и преобразующего модуля MLX90614, который необходим для изготовления своими руками электронного инфракрасного градусника

Кроме того, созданный своими руками бесконтактный термометр достаточно точно измеряет температуру:

• различных поверхностей,
• воздушных потоков вентиляции,
• режимов и деталей систем кондиционирования,
• частей автомобильных и других двигателей.

Собственно, бесконтактные термометры широким ассортиментом доступны на коммерческом рынке. Однако цена таких устройств, но главное – творческий интерес, заставляют любителя электронщика применить собственные руки для изготовления градусника.

Что нужно для создания бесконтактного термометра?

Рассмотрим в подробностях, какие электронные компоненты и прочие комплектующие потребуются для самостоятельного производства бесконтактного инфракрасного градусника. Список нужных составляющих следующий:

1. Набор конструктора электронщика «Arduino Pro».
2. Модуль измерительный инфракрасный MLX90614.
3. Контроллер SSD1306 информационного дисплея.
4. Лазерный диод.
5. Батарея питания (крона) на 9 вольт.
6. Кнопка без фиксации
7. Клемма контактор для кроны.
8. Соединительные проводники.

Модуль измерительный MLX90614 — продукт «Melexis Microelectronics», представляет композицию двух устройств. Одним устройством выступает инфракрасный термический сенсор, другим — устройство обработки сигналов DSP (вычислительный элемент).

Модуль измерительный бесконтактного термометра работает на принципах закона Стефана-Больцмана. Согласно этому закону, все объекты излучают инфракрасную энергию. Причём интенсивность энергии прямо пропорциональна температуре объекта.

Чувствительный элемент модуля измеряет количество ИК-энергии, излучаемой целевым объектом. В свою очередь, вычислительный модуль преобразует полученное значение 17-разрядным АЦП и выводит уже данные температуры через протокол связи I2C.

Модулем измеряется как температуру объекта, так и температура окружающей среды для калибровки бесконтактного термометра. Характеристики измерительного модуля типа MLX90614 приведены в техническом описании (datasheet MLX90614).

Эффективное расстояние между сенсором и объектом

Одной из важнейших технических характеристик бесконтактного термометра является оптимальная величина расстояния между датчиком и объектом, в границах которой получается точный результат измерений.

Значение этого расстояния, как правило, напрямую связано с техническим термином «Поле зрения» (FOV). Так вот для постройки бесконтактного термометра своими руками используется датчик, значение FOV которого около 80°.

Так называемое «поле зрения» инфракрасного сенсора, которым определяется степень чувствительности объекта с точки зрения точного определения температуры

Если применить графику, диапазон чувствительности устройства логично отобразить конической формой, конус которой расширяется по мере удаления от точки восприятия датчика. Соответственно, по мере удаления от измерительного объекта зона чувствительности прибора увеличивается вдвое.

Таким образом, каждый 1 см удаления бесконтактного термометра от контрольного объекта приводит к увеличению зоны чувствительности на 2 см и как результат — к снижению точности измерения.

Практика применения самодельного бесконтактного термометра показала оптимальное расстояние от объекта не более 2 см.

Конструкция бесконтактного термометра своими руками предполагает размещение лазерного диода недалеко от сенсора, чтобы контролировать направленность и чувствительную область датчика.

Принципиальная схема самодельного инфракрасного термометра

Электронная схема прибора относительно проста, не представляет особых сложностей для сборки своими руками.

Электронная схема включения набора Arduino как функционального элемента бесконтактного термометра: 1 – модуль Arduino Uno; 2 – измерительный модуль MLX90614

Фактически представленной схемой задействованы всего четыре функциональных линии, две из которых линии питания и другие две линии связи SDA и SQL. В составе схемы бесконтактного термометра под сборку своими руками используется минимум компонентов обвязки:

• два постоянных резистора номиналом 4,7 кОм,
• один постоянный конденсатор сглаживания номиналом 0,1 мкФ.
• два готовых электронных модуля.

Соответственно, к модулю Arduino Uno подключается информационный дисплей – модуль SSD1306 OLED или аналогичный. Схему подключения этого модуля легко отыскать среди публикаций, рассматривающих работу с Arduino.

Какой необходим корпус под градусник своими руками?

Здесь фантазии электронщиков-любителей ограничиваются только лишь существующими возможностями и расходной ценой. Как правило, корпус бесконтактного термометра выглядит удобным и практичным, если сделан в образе пистолета.

Такую конструкцию комфортно удерживать в руках и направлять детектор на контрольный объект. Самодельный «пистолет» бесконтактного термометра допустимо изготовить из разных материалов. Удачно подходит:

• пластик,
• лёгкие металлы,
• даже картон может стать подходящим материалом.

Пример корпуса бесконтактного термометра, сделанного своими руками, показан на картинке ниже:

Таким, примерно, достаточно эксклюзивным и оригинальным может выглядеть корпус самодельного бесконтактного термометра, внутри которого вмещаются все рабочие модули

Корпус прибора изготавливается не только с учётом размещения всех электронных модулей, но также с учётом размещения элемента питания, как правило, батареи типа «Крона».

Как запрограммировать Arduino на бесконтактный термометр?

Программирование модуля Arduino преследует цель получения значения температуры от измерительного модуля MLX90614 с последующим отображением на OLED-дисплее Arduino. Содержимое имеющегося программного кода упрощённое, благодаря разработанной библиотеке чтения данных MLX90614. Библиотека доступна для загрузки здесь.

Загруженная библиотека добавляется к Arduino IDE командой «Sketch -> Include Library -> Add .ZIP Library» с указанием месторасположения загруженного ZIP-файла.

Также потребуется выполнить инструкции по взаимодействию OLED дисплея с модулем Arduino, установить необходимые библиотеки для модуля дисплея OLED.

Код бесконтактного термометра под Arduino загружается внешним программатором TTL или аналогичным. Затем останется подать питание, нажать кнопку активации бесконтактного термометра. Если всё сделано правильно, лазерный луч отобразится на контрольном объекте, а температура объекта отобразится на OLED-экране.

При помощи информации: TheoryCircuit

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Источник

Инфракрасный термометр своими руками на MLX90614

Для изготовления нашего бесконтактного термометра будем использовать датчик-пирометр MLX90614 — это инфракрасный датчик, позволяющий определять температуру бесконтактным методом.

Такой датчик позволяет практически моментально считывать температуру тела, измеряя инфракрасное излучение объекта. Сейчас познакомимся с ним поближе и разберем работу в Bascom-AVR.

Для начала разберемся с тем, какие модификации датчика существуют.

Во-первых, они различаются по напряжению питания, бывают 3-х и 5-и вольтовые версии.

Во-вторых, различаются количеством сенсоров внутри датчика: бывают с одним сенсором и двумя:

Также есть версия датчика, в которой два сенсора, но показания с них суммируются и усредняются. Именно такой датчик и попал ко мне.

В-третьих, различие в угле обзора. Бывают, как на картинке выше, с открытым окном, у которых угол обзора стремится к 180°. А есть версии с уменьшенным до 35°, 10° и 5° углом. Я приобрел датчик с углом обзора 10°, но как оказалось ничего хитрого там нет, просто на корпус датчика запрессована черная трубка, обрезающая часть обзора. Поэтому можно брать открытые датчики, они дешевле, и уже самим приклеить трубочку. Но интересней было бы добавить пару линз, только найти такие, чтобы пропускали инфракрасное излучение наверно будет не просто.

Все датчики подключаются по стандартному интерфейсу I2C. Распиновка со стороны ножек.

На шине I2C датчик имеет настраиваемый адрес, по умолчанию отзывается на &hB4 (&b10110100) Для считывания температуры измеряемого объекта нужно обратится по адресу &h07 (&b00000111) для первого сенсора, и &h08 (&b00001000) для второго (если датчик имеет два отдельных сенсора).

Для моего варианта, в котором два сенсора объединены, показания считываются только с первого сенсора. Также датчик может измерить собственную температуру, ее значение хранится по адресу &h06 (&b00000110)

К слову об измеряемых температурах. Предел температур для измеряемого объекта составляет -70 ÷ 380 °C, а для самого датчика -40 ÷ 125°C.

Данные в датчике хранятся в сыром виде и занимают два байта, поэтому для перевода их в градусы Цельсия необходимо преобразование: поделить значение на 50 и затем вычесть из результата 273,15. Еще нужно учитывать одну особенность — датчик сперва отправляет младший байт, а затем старший. Поэтому полученные данные перед преобразованием приходится «переворачивать».

Выше схема на микроконтроллере ATmega8, показания будут выводиться на жк дисплей. Датчик у меня приехал в пятивольтовой версии, поэтому никаких преобразователей между ним и схемой не нужно. Только подтяжка резисторами к плюсу согласно стандарту протокола I2C

Программа в Bascom-AVR:

‘конфигурация дисплея
Config Lcd = 16 * 2
Config Lcdpin = Pin , Rs = Portb . 5 , E = Portb . 4 , Db4 = Portb . 3 , Db5 = Portb . 2 , Db6 = Portb . 1 , Db7 = Portb . 0

‘подключение датчика
Config Scl = Portc . 0
Config Sda = Portc . 1

Dim Value As Byte ‘принимаемый байт
Dim Temp As Single ‘температура
Dim Tempword As Word ‘вспомогательная переменная
Dim Irtemp As String * 8 ‘температура объекта
Dim Senstemp As String * 8 ‘температура датчика
Dim Cmd As Byte ‘команды для датчика

Cmd = & B00000111 ‘адрес чтения температуры объекта
Gosub Read_mlx ‘опрашиваем датчик
Irtemp = Fusing ( temp , «##.##» )

Cmd = & B00000110 ‘адрес чтения температуры датчика
Gosub Read_mlx ‘опрашиваем датчик
Senstemp = Fusing ( temp , «##.##» )

Cls
Locate 1 , 1
Lcd «To » ; Irtemp ; «°C» ‘выводим температуру объекта
Lowerline
Lcd «Ts » ; Senstemp ; «°C» ‘выводим температуру датчика

‘подпрограмма опроса датчика
Read_mlx :

I2cstart
I2cwbyte & B10110100 &nbsnbsp; ‘отправляем адрес датчика
I2cwbyte Cmd ‘отправляем команду с адресом

I2cstart
I2cwbyte & B10110101 ‘отправляем адрес датчика с битом чтения
I2crbyte Value , Ack ‘принимаем первый байт
Tempword = Value
Shift Tempword , Left , 8

I2crbyte Value , Ack ‘принимаем второй байт
Tempword = Tempword Or Value ‘складываем два байта

I2cstop ‘окончание опроса датчика

Rotate Tempword , Left , 8 ‘меняем местами два байта в переменной

Temp = Tempword * 0 . 02 ‘преобразование данных в температуру по Цельсию
Temp = Temp — 273 . 15

Программа выводит на дисплей две температуры. В верхней строке температуру измеряемого объекта, в нижней — температуру самого датчика.

Фото с экспериментов

Температура горячего чайника

Чайник только вскипел, но температура пластикового корпуса выше 80 не поднималась.

Температура в морозилке

А вот интересная картинка из даташита, показывающая погрешность датчика в зависимости от внешних факторов.
To — измеряемая температура объекта, Ts — температура окружающей среды

В ходе тестирования заметил одну особенность, для более точного измерения температуры, датчик нужно подносить как можно ближе, чтобы объект перекрывал весь угол обзора датчика. В общем датчик интересный и мне понравился.

Датчик недорого можно купить в Китае.

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Для расширения верхнего предела частотомера предлагаю собрать простой делитель частоты на микросхеме 193ИЕ2. Коэффициент деления данного делителя = 10, максимальная входная частота для 193ИЕ2 — 200 мгц. Т.е. с описанными ранее частотомерами этот делитель позволит измерять частоту до 200 мгц с разрешением в 100 гц. Подробнее…

Беспроводной интеллектуальный модем для надежной передачи данных в ISM диапазонах (433 МГц, 868 МГц и 902 МГц)

Сегодня технологии высокочастотных схем развиваются стремительными темпами, появляются новые беспроводные системы. Большинство из них (системы беспроводной телефонии, Bluetooth [1] и WLAN 802.11b [2] и т.п.) работают также как и СВЧ печи, в нелицензируемом диапазоне СВЧ 2,4 ГГц.

Из-за насыщенного трафика в этом диапазоне и связанных с этим вопросов совместимости возрос интерес к диапазонам ISM (industrial, scientific, medical), расположенным на более низких частотах — 433 и 868 МГц в Европе, а так же от 902 до 928 МГц в США.

Аттенюа́тор — это устройство, предназначенное для ослабления электрических или электромагнитных колебаний.

Его можно использовать как средство измерения для плавного, ступенчатого или фиксированного ослабления сигнала.

Источник