MLX90614

MLX90614d电源电压为 3.3V ，直接输出 16位数字信号，可与单片机直接相连进行通信。传感器有“休眠”的功能，可以让电流消耗低于 2m A，满足手持设备长时间使用的需求。对物体的温度测量范围可以达到-70~+380℃，在动物体温30~50℃这一温度范围内，它的测量精度可以达到正负 0.5℃。

下面对于 MLX90614 传感器的结构、存储器、采集温度原理等进行介绍。

MLX90614 管脚介绍

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MLX90614 采用TO-39 封装，将红外芯片和信号处理芯片集成在金属封装中，传感器探头体积小于 1cm立方，具备四个引脚。分别是 VSS、SCL、SDA、VDD。

各个管脚功能如下表所示：

引脚名	功能
VSS	接地，且连接外部金属封装
SCL/Vz	SMBus总线协议的串行时钟信号输入，或接5.7V稳压二极管以实现高电压（8~16V）电源应用
PWM/SDA	数字信号输入/输出，正常情况是`PWM`方式输出测量温度，`SMBus`模式下自动配置为开漏`NMOS`
VDD	外部电源输入

MLX90614 结构原理

MLX90614 由于集成了低噪声放大器、17 位模数转换器和强大的数字信号处理芯片 MLX90302，使得高精度和高分辨率的温度计得以实现。其结构框图如
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MLX90614 由 MLX81101 红外热电堆传感器和 MLX90302信号处理芯片（包含稳压电路、低噪声放大器、A/D 转换器、DSP 单元、脉宽调制电路及逻辑控制电路）构成。

其工作原理为：红外热电堆传感器输出的温度信号经过内部低噪声、低失调的运算放大器（OPA）放大后经过 A/D 转换器（ADC）转换为 17 位数字信号通过可编程 FIR 及 IIR 低通数字滤波器（即 DSP）处理后输出，输出结果存储在其内部 RAM 存储单元中。作为标准制式的MLX90614 具有两个红外传感器，因此可同时测出所对应的环境温度Ta和物体温度To，两个温度分辨率都为0.01℃。并且Ta和To既可通过 SMBus 读取 RAM 单元（分辨率 0.02℃，固定范围）输出，也可通过 PWM数字模式输出（10 位分辨率，范围可配置）。由于变电所测温温度范围与 MLX90614 出厂时校准的温度范围符合，因此可直接采用 SMBus 方式进行温度数据Ta和To的读取输出。

MLX90614存储器介绍

MLX90614中有两个存储器，分别为E2PROM和RAM。下面分别对两者进行介绍。
MLX90614 中共有 32个字长为 16 位的E2PROM存储单元，其地址为000H~01FH。E2PROM中所有的寄存器都是可以通过 SMBus 进行读取，但只有部分寄存器是可以进行改写的。可改写部分如表所示。

名称	功能	地址
Tomax	测量物体温度上限设定	000H
Tomin	测量物体温度下限设定	001H
PWMCTRL	PWM 控制	002H
Ta范围	环境温度范围	003H
发射率校准系数	ε范围（0.1~1）	004H
Config Register1	配置寄存器	005H
SMBus 地址	器件地址设定	00EH

Tomax和Tomin是设定的测量物体温度上、下限， Ta范围即环境温度范围。其测量温度上限计算方法为
Tomax=100×(To MAX+273.15)

将计算后的数据写入寄存器地址即可。例如：若设定温度上限为 80℃，则将计算后的数值 89F3H 写入E2PROM的 000H 单元。温度下限计算方法与上限计算方法一样，将计算结果写入 001H 单元即可。

由于 MLX90614工作流程最后输出的环境温度Ta和物体温度To是以 16 位0.01℃分辨率存储在 RAM 中，而 PWM 输出是 10 位的，因此需要对传输温度数据进行缩放。基于此原因E2PROM设置三个单元存储预设的温度范围。其中两个分别为Tomax和Tomin，另一个存储Ta，其高 8 位存储Tamax，低 8 位存储Tamin。这样To的输出范围可以编程为 0.01 ℃的精度，而对应的Ta输出范围可编程为 0.64℃的精度。

PWM 控制用来对MLX90614 中的放大器、DSP 单元、PWM控制器等进行设置。因此其与Tomax、Tomin、Ta范围一样是设定 PWM 输出方式的。
发射率校准系数即被测物体的发射率，出厂时以默认ε=1.0即 1.0=0×FFFF；ε的数值可在 0.1 至 1 之间改变。
00EH 单元用来存储设定器件的地址，默认地址为 5AH。当多个MLX90614器件位于同一系统中时，可向该单元写入不同数据以便识别和寻址，期最多允许 127 个 MLX90614 器件链接在一条 SMBus 总线上。

接下来介绍 MLX90614 中的RAM。

MLX90614中总共有 32 个 17 位的 RAM 存储单元，用户不能通过 RAM 来写入数据，只能读取 RAM 中的部分存储单元读取 16 位存储数据。其采集的环境温度数据保存在地址 006H 存储单元中，采集的被测物体温度数据存储在007H 存储单元中。因此运用存储在 RAM 地址中的数据，通过公式的计算，可以得到环境温度Ta及被测物体温度数据To。

Ta=RAM(006H)×0.02-273.15
To=RAM(007H)×0.02-273.15

MLX90614 SMBus 协议及数据传输时序介绍

MLX90614 数据输出方式分为两种：一种为 PWM 输出，另一种为 SMBus输出。因此将简单介绍 SMBus 输出方式。
SMBus 是一种二线串行协议，对应引脚为 SDA 和 SCL，SDA 为数字输入输出功能，SCL 为数字输入，用作通信时钟信号。当 MLX90614 接入系统以 SMBus作为输出方式时，其作为从器件工作，其数据通讯格式如图
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SMBus数据读取的格式

SMBus数据写入的格式

上两图中阴影部分表示数据传输方向是从器件到主器件，空白部分则是主器件到从器件。

其中 S 为起始位（1b）；
Slave Address 为器件地址（7b）；
Wr 为写标志（1b，0 表示写）；
A 为应答位（1b）；
Command 为命令字节（8b）由命令决定是读和写E2PROM和 RAM（因为 RAM 是只读的，因此只能向E2PROM某些单元写入数据）
Sr 为重复起始位（1b）；
Rd 为读标志（1b，1 表示读）；
PEC 为出错数据包（8b）；
P 为停止位（1b）。
其数据传输时序如图所示。

MLX90614 SMBus 时钟最大频率为 100k Hz，最低为 10k Hz，SDA 的数据必须在 SCL 为低时改变。因此由图可知起始后，SCL变为低电平 0，延时 300ns后，将 16 位数据分两次传输，每次传送1 个字节，2 个字节中间的第 9 个时钟为应答时钟，每个字节都是按照先高位（MSB）、后低位（LSB）的传输格式进行数据传输。

MLX90614 子程序设计

收发字节子程序

MLX90614 发送和接收数据的单位是字节，发送数据时是按位发送，发送八次就发送了一个字节，也就是一个单位。之后看 MCU 有无返回信号，若 MCU 给传感器应答信号，则如上继续发送下一个字节。若没有应答信号，则尝试反复发送这个字节，直到接收到应答。若重复多次始终无应答，则结束数据发送。接收数据时，同样按位发送，每 8 位就是一个单位，然后给一个应答信号，继续接收下一个字节。

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读取 MLX90614 实时数据程序

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从 90614 读出的是高 8 位和低 8 位的16 位数字信号。数据是存在传感器 RAM地址 007h 单元中的，存储的是数据 RAM(7h)，也就是Ta，Ta的值在0×27AD 到0×7FFF 之间，表示的温度范围是-70.01℃到+382.19℃。