文档介绍：无线红外温度传感器的设计
摘要:文章介绍了一种基于MLX90614ESF-BAA的无线红外温度传感器,具有非接触、体积小、精度高,成本低等优点。文章主要给出了传感器的硬件电路设计及节点的软件设计。硬件设计主要包括电源电路,采集电路和无线射频电路,软件设计主要包括数据采集和通信协议的设计。最后对设计的传感器节点进行了射频性能和传感器精度的测试验证。
关键词:红外温度传感器;Modbus协议;433MHz无线通讯
引言
红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度,不与被测物体接触,温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、稳定性好等特点,近年来常被应用于高精度无接触测量,在智能家居、智能电网、汽车电子等领域都有广泛的应用。
本文设计的传感器具体应用场景是配电室,用于测量线缆温度。本设计采用MLX90614BAA红外温度传感器,具有非接触,体积小、精度高,成本低等优点。传感器采集的数据通过工业现场总线协议――Modbus协议进行传输,并采用433MHz无线模块进行数据通信。无线通信方式,避免了有线通信电缆安装的不便,选用433MHz频段具有较远的通信距离和穿墙能力,适用于配电室这一特定应用场景。
1 无线频段的选取
结合传感器的具体应用场景的实际使用需要,综合考虑耗电量、传输距离、数据速率、安全性和成本等因素,本设计的无线通信频段选用433MHz。由于配电室环境复杂,设备装置多,数据传输的路径弯曲程度大。在相同的弯曲度路径情况下,433MHz的无线射频衰减率为:;915Mhz的无线射频衰减率为:;。由此可见:无线设备工作在433MHz频段更有利于在弯曲路径时的通信。在芯片的选型上遵循低功耗,低成本,微型化的原则,1101芯片。
2 硬件设计
无线红外温度传感器的硬件设计包含电源供电电路,数据采集电路,无线数据传输模块电路几个部分。
,作为各个部分的供电电源,以及5V电源给电池充电两个部分,,MAX1555作为5VDC电源给电池充电的芯片。
数据采集部分采用Melesix公司的MLX90614红外温度传感器。此款传感器环境温度范围为-40°~+125°,物理温度范围-70°~+380°,。MLX90614 是由内部状态机控制物体温度和环境温度的测量和计算,进行温度后处理,并将结果通过 PWM 或是SMBus模式输出,本设计选用SMBus模式。
1101作为无线射频芯片。主控模块通过SPI总线通信接口拖带无线射频通信模块,可以实现对无线通信模块的寄存器的读写,从而完成对模块通信参数的配置,进一步控制模块对无线数据的收发。
3 软件设计
软件设计部分包含温度数据的采集、处理,无线数据收发和Modbus通信协议几个部分。
数据采集与处理
红外温度传感器采集温度数据传输时序如下图所示,START位定义为当SCL为高时,SDA线为从高到低的转换。STOP位定义为当SCL为高时,SDA为从低到高的转换。每个字节包括8位,在总线上传送的每个字节必须跟随一个确认位,和确认关联时钟脉冲是由主