【正文】 C] = RAM(07h)* – （ 52） 表 MLX90615內(nèi)部 的 RAM RAM（ 1616） 名字 地址 可寫 Melexis保留 0h YES … … … Melexis保留 5h YES TA 6h YES TO 7h YES Melexis保留 8h YES … … … Melexis保留 Fh YES SMBus 的時序 ： MLX90615滿足除了電學(xué)規(guī)范部分給定的數(shù)值外的所有 SMBus時序規(guī)范 ， 其 SMBus時鐘的最大頻率為 100KHz，最小為 10KHz。其中目標(biāo)溫度 TO存儲在地址為 07h的 RAM里，可 以分為 DataH（高 8位）和 DataL（低 8位），而 TA則 是 MLX90615封裝 （ 環(huán)境 ） 溫度。（包括近似值的舍入，無切斷）該情況下，物理 發(fā)射率數(shù)值為 0… 1。注意所有 MLX90615對會 SA（ 00h） 響應(yīng)因此該數(shù)值在網(wǎng)絡(luò)中是無效的。 ） EEPROM里只有限定數(shù)目的地址是允許客戶改寫的。C ~ 85176。 圖 SMBus 包裹元素 讀取數(shù)據(jù)（ RAM / EEPROM）或?qū)懭霐?shù)據(jù)（ EEPROM）： 圖 SMBus 讀取數(shù)據(jù)格式（ RAM / EEPROM） 圖 SMBus 寫入數(shù)據(jù)格式（ EEPROM） (注：在對 EEPROM進(jìn)行寫操作之前，相應(yīng)的單元要清零。 NACK也會在 PEC接收后出現(xiàn)，這意味著在接收的信息有錯誤并且 MD應(yīng)重新發(fā)送信息。 EEPROM地址 中（ 4h… Dh） 包含出廠校準(zhǔn)數(shù)值，最好不要變動；同時注意不要在同一總線相同 SD地址放兩個 MLX90615器件。如果對 MLX90615進(jìn)行讀取操作，器件會回饋以 16位的數(shù)據(jù)和 8位 PEC，這是在器件 內(nèi)部 EEPROM動地址和主動器件發(fā)送的編程的從 SA相同條下實現(xiàn)的。在系統(tǒng)給定的時刻里只有一個主控器件是可以利用的。 紅外測溫程序模塊 MLX90615 的傳輸協(xié)議 （ SMBus） MLX90615 支持 SMBus 通信 協(xié)議，引腳分別為 SDA 和 SCL。按鍵 2 和按鍵 3的作用則是查看體溫數(shù)據(jù)的歷史記錄。 由 這 種 編程 思想 以及系統(tǒng) 功能 的 要求 可以得知 ， 其 軟件結(jié)構(gòu)主要包含以下的程序模塊：主控程序模塊 （相關(guān)的程序流程圖如下所示） 、紅外測溫程序模塊和 LCD 顯示程序模塊 等。其中 key1 是系統(tǒng)設(shè)置按鍵（短摁表示背光開啟/關(guān)閉，長摁表示聲音開啟 /關(guān)閉）； key2 和 key3 是體溫數(shù)據(jù)查詢按鍵； key4 是體溫測量按鍵和系統(tǒng)喚醒按鍵。當(dāng) PB0 端口置高電平時， PNP型三極管不導(dǎo)通；當(dāng) PB0 端口置低電平時， PNP 型三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時有源 蜂鳴器會一直響下去。但為了節(jié)省電能，背光只在需要的時候才開啟，此時就需要一個 PNP 型的三極管（ 8550）作為 LCD 模塊背光的“開關(guān)”。其中， SCE 端與 Atmega32A 的 PA0 端口 相連接； RST 端與 PA1 端口相連接； D/C 端與 PA2 端口相連接； DIN 端與 PA3 端口相連接；SCL 端與 PA4 端口相連接；而 BLC 端與 PA5 端口相連接（并不直接相連接，其具體設(shè)計如下）。 同時 PCD8544 與微控制器的接口使 用串行總線 的方式進(jìn)行通信，減少了接口信號線的數(shù)量 。 以上這些特點使得 LPH7366 模塊非常適用于電池供電的便攜式設(shè)備中。 ● LCD 控制器 /驅(qū)動芯片已經(jīng)綁定到 LCD 晶片上，模塊體積很小。該模塊具有以下特點： ● 84 48 的點陣 LCD，可以顯示 4 行漢字。當(dāng)電壓值低于某個設(shè)定值（ ）時， LCD 模塊便顯示低壓提示。而 PB0 端口與蜂鳴器模塊的控制端口相連接， PA5 ~ PA0 端口與 LCD 模塊相應(yīng)的管腳連接， PD3 ~ PD0 端口與按鍵輸入模塊相連接（詳細(xì)情況可以參考其它模塊的電路設(shè)計圖）。 ATmega32A 的一些產(chǎn)品特點如下所示： ● 高性能、低功耗 ； ● 先進(jìn)的 RISC結(jié)構(gòu) ： 131條指令（大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期） ， 32個 8位通用工作寄存器 ， 全靜態(tài)工作 ， 工作于 16 MHz時性能高達(dá) 16 MIPS，具有 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器 ； ● 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器 ：具有 32K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash， 具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot代碼區(qū) （ 通過片上 Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程 ），具備 真正的同時讀寫操作 ，具有 1024字節(jié)的 EEPROM和 2K字節(jié) 的 片內(nèi) SRAM， 可以對鎖定位進(jìn)行編程以實現(xiàn) 用戶 程序的加密 ； ● 具有 JTAG接口 ： 符合 JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 ， 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 ， 通過JTAG接口實現(xiàn)對 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 ； ● I/O和封裝 ：具有 32個可編程 的 I/O口 ，其中型號有 40引腳 PDIP封裝 , 44引腳 TQFP封裝 ，和 44引腳 MLF 封裝 ； ● 外設(shè)特點 ： 兩個具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時器 /計數(shù)器 ， 一個具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時器 /計數(shù)器 ， 具有獨(dú)立振蕩器的實時計數(shù)器RTC， 四通道 PWM， 8路 10位 ADC， 可編程的串行 USART， 可工作于主機(jī) /從機(jī)模式的 SPI串行接口 ， 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器 ， 片內(nèi)模擬比較器 ，等等； ● 特殊的處理器特點 ： 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測 ， 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC振蕩器 ，片內(nèi) /片外中斷 源 ， 6種睡眠模式 ； ● 工作電壓 ： ~ （ ATmega32A）； ● 速度等級 ： 0 ~ 16MHz； ● ATmega32A在 1 MHz、 3V、 25176。片內(nèi)大容量的 RAM 不僅能滿足一般場合的使用，同時也更有效的支持使用高級語言開發(fā)系統(tǒng)程序，并可像 MCS51 單片機(jī)那樣擴(kuò)展外部 RAM。 CPU 在執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令 ( 在本文稱為預(yù)取 )。 圖 IR 測溫電路圖 MCU 主控模塊 在本系統(tǒng)中， 主控 MCU 則采用 ATMEL 公司研發(fā)的增強(qiáng)型內(nèi)置 flash 的 RISC（ Reduced Instruction Set CPU）高速 8 位單片機(jī) —— AVR 單片機(jī)。測量周期的最后一步為：測量所得TA和 TO被重新調(diào)節(jié)為 PWM所需的輸出分辨率，并且該數(shù)據(jù)存在 PWM狀態(tài)機(jī)的寄存器中，狀態(tài)機(jī)可以產(chǎn)生固定頻率和一定占空比來表示測量的數(shù)據(jù)。 IR傳感器的輸出通過增益可編程的低噪聲低失調(diào)電壓放大器放大，經(jīng)過 Sigma Delta調(diào)制器轉(zhuǎn)換為單一比特流并反饋給 DSP做后續(xù)的處理。C 。傳感器出廠的調(diào)校范圍是 40 to +85 176。 計算是通過內(nèi)部 DSP產(chǎn)生數(shù)字輸出并測量溫度成線性比例。 熱電 堆的輸出信號為 ： Vir（ TA， TO） = AC （在 32 至 42176。 器件型號選擇： 在本設(shè)計中， IR 傳感器選用的型號為： MLX90615ESG— DAA（如下圖所示），即醫(yī)用型號。 SCL 兩線通信協(xié)議的串行時鐘信號。C） ● 高精度 （ 醫(yī)用 ） 校準(zhǔn) ● 測量分辨率為 176。C傳感器溫度范圍 40 to +115 176。同時 MLX90615可用電池供電 ，且 封裝中集成了可以濾除可見光和近紅外輻射通量的光學(xué)濾波器 （ 可通過長波 ） 以提供日光免疫。C，物體溫度為 40到 115 176。 其 內(nèi)部有 2顆芯片，紅外熱電堆探測器和信號處理 ASSP MLX90325，尤其是由 Melexis設(shè)計的處理 IR傳感器輸出的芯片。它的輸出數(shù)據(jù)和物體溫度呈線性比例，有較高的精度和分辨率。根據(jù)式 41，我們可得知系統(tǒng)電源模塊的輸出電壓取決于 R1 和 R2 的比值。 鑒于 整個系統(tǒng)并不屬于高速高頻電路，所以輸出電壓的波紋對整個系統(tǒng)影響不大。整個系統(tǒng)各模塊的工作電壓都約等于 3V，雖然意味著系統(tǒng)可以直接使用兩節(jié)干電池（共 3V），但事實上干電池在使用的過程中電壓會不斷地降低，這就很可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。 電源模塊電路設(shè)計 因為 要考慮到系統(tǒng)的便攜性，所以該系統(tǒng)采用電池供電。 （ 2）、 較低的電阻取值則可獲得較好的抗噪聲和抗干擾能力，降低對 PCB 布圖寄生參數(shù)的敏感 度，提高 系統(tǒng) 穩(wěn)定性。 其 輸出電壓由兩個外部電阻設(shè)定。 PT1301 能在較寬的負(fù)載電 流范圍內(nèi)穩(wěn)定和高效的工作，并且不需要任何外部補(bǔ)償電路。從軟件上可以分為三個程序子模塊：主控程序模塊（內(nèi)含按鍵掃描等子程序）、 LCD 驅(qū)動程序模塊和MLX90615 程序模塊。 本系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)設(shè)置（ 短摁表示背光開啟 /關(guān)閉，長摁表示聲音開啟 /關(guān)閉 ）； 體溫數(shù)據(jù)查詢，并至少存儲十組數(shù)據(jù)；超出量程提示（ H/L）；電源低壓提示；體溫快速測量；系統(tǒng)休眠功能（當(dāng)測溫儀長時間不使用的時候，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)以減少功耗）；等等。整個溫度計系統(tǒng)封裝在一個 金屬罐 中。 MLX90615 中的 紅外溫度 傳感元件是工業(yè)級硅片，它帶有的一個薄型微機(jī)械加工隔膜 來過濾掉環(huán)境紅外線的影響 ， 環(huán)境溫度 由芯片 內(nèi)置的 熱電 偶 測得。 綜上所述，方案二是本系統(tǒng)最合適的設(shè)計。由于該方案的電路簡單且集成度高，所以功耗更 低。同時在軟件設(shè)計方面，要涉及到濾波處理、溫度線性校準(zhǔn)處理和黑體校定等，這使得設(shè)計工作量大大增加。 方案二： 該方案與第 一個方案的最大區(qū)別就是：在本方案中采用數(shù)字紅外溫度傳感器來代替模擬紅外溫度傳感器。 方案對比與選擇 方案一： 在該方案里，系統(tǒng)可以分為模擬紅外溫度傳感器（內(nèi)含環(huán)境溫度測量）模塊、放大電路模塊、 AD 轉(zhuǎn)換 電路模塊、 MCU 主控模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、 LCD 模塊和電源模塊（如圖 所示） 。 所要設(shè)計的系統(tǒng)的幾個基本要求和指標(biāo)如下所示： （ 1）、 利用人體紅外輻射的原理來測量體溫 ，即采用 紅外溫度傳感器 ； （ 2）、體溫測量的準(zhǔn)確度要高； （ 3）、 系統(tǒng)采用電池供電，且功耗要低； （ 4）、系統(tǒng)響應(yīng)速度要快，要在 1~2s 內(nèi)完成測溫； （ 5）、要使用簡單，有良好的人機(jī)界面； （ 6）、總體成本（硬件成本、設(shè)計時間成本等）要低。同時 對于個人使用者來說，體溫測量并不是每天都進(jìn)行的，所以并不會增加太多的額外成本；而對于醫(yī)院使用者來說，這些 使用成本也是在可承受范圍內(nèi)的。這樣測量得出的溫度數(shù)據(jù)不能反映出人體溫度的真實信息，而且這些因素的影響是不確定的，因此難以通過合適的溫度補(bǔ)償來消除誤差。 它常用于對衛(wèi)生要求比較高的醫(yī)院和家庭里。常見的紅外人體測溫儀主要有兩種 ： 一種是 紅外耳溫計 ，另一種是 紅外 額 溫計 ； 這兩種形式的紅外體溫計各有自己的優(yōu)缺點 。 本章小結(jié) 本章主要闡述了紅外線測溫的一些基礎(chǔ)理論和紅外測溫傳感器的結(jié)構(gòu)以及特點。它只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可測量，其響應(yīng)速度在毫 秒甚至微秒數(shù)量級。m的光學(xué)濾光片，其帶通特性有利于溫度的測量。m） 是波長， T（ K） 是絕對溫度。 其中 溫差電堆由若干熱電偶串聯(lián)組成 ， 熱電偶傳感器測定溫度與輸出電壓的關(guān)系的測溫點在接收到紅外輻射能量后溫度升高，因為“塞貝克效應(yīng)”而產(chǎn)生熱電動勢，其輸出電壓和測定點的溫度 近似成正比例關(guān)系 ，這是紅外 溫度傳感器 測 量體 溫所依據(jù)的基礎(chǔ)。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例；雙色測溫儀與兩個波段的輻射量之比成比例 。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。用于不同溫度范圍和用于不 同測量對象的儀器，其具體的設(shè)計也不同。 利用這個原理制成的溫度測量儀器叫紅外測溫儀。 基爾霍夫定律揭示了熱平衡下物體的輻射與吸收的關(guān)系，指出了一個好的吸收體也是一個好的輻射體。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率，就知道了任何物體的紅外輻射特性。 （ 4）、基爾霍夫（ Kirchhoff）輻射 定律與 發(fā)射率 ： 實驗表明，實際物體的輻射度除了依賴于溫度和波長外，還與夠成該物體的材料性質(zhì)及表面狀態(tài)等因素有關(guān)。因此只要能探測到黑體的 單位表面積發(fā)射的總輻射功率，就可以確定黑體的溫度了。 K4，為 Stefan— Boltzmann 常數(shù)， ε為材料表面發(fā)射率。 圖 黑體輻射曲線 （ 1）、輻射的光譜分布規(guī)律 — 普朗克輻射定律： 一個絕 對溫度為 T（ K）的黑體，單位表面積在波長 λ 附近單位波長間隔內(nèi)向整個半球 空間發(fā)射的輻射功率（簡稱為光譜輻射度） Mλ， T與波長 λ、溫度 T 滿足下列關(guān)系： Mλ， T = C1（ eC2/λT – 1） 1 （ 21） 式中 C C2分別為第一、第二輻射常數(shù)。 T=2898（ K181。雖然人體生物波普分布范圍比較寬，但在非能量集中區(qū)域的信號強(qiáng)度較低，尤其遠(yuǎn)端波段的數(shù)值極小。 D 哈里認(rèn)為，人體輻射能量與皮膚表面溫度及輻射率有關(guān)。m以上）。在電磁波譜中，我們把人眼可直接感知的 ~ ，而把波長從 ~ 600181。 物