SLKOR حل شريحة ترموبيل الأشعة تحت الحمراء الرقمية SL-S-TRS-5.5Dx

الموظفين الفنيين الأساسيين في شنتشن SLKOR تنتمي شركة Micro Semicon Co., Ltd. إلى جامعة تسينغهوا وجامعة يونسي في كوريا الجنوبية. وهي تقود تطوير الشركة باستخدام مواد جديدة وعمليات جديدة ومنتجات جديدة، وقد أتقنت في وقت مبكر نسبيًا تقنية أجهزة الطاقة من كربيد السيليكون أشباه الموصلات من الجيل الثالث الرائدة عالميًا.

SLKOR هي مؤسسة ذات تكنولوجيا عالية تجمع بين تصميم وتطوير وإنتاج وبيع المكونات الإلكترونية. وهي تقدم منتجات موثوقة وخدمات فنية داعمة للعملاء.SLKOR"تطورت العلامة التجارية تدريجيًا إلى علامة تجارية مشهورة عالميًا وتنمو جنبًا إلى جنب مع أكثر من 10,000 شريك حول العالم.

في إطار الجهود المبذولة لتزويد العملاء بمجموعة كاملة من المنتجات والحلول المقابلة لها، SLKOR أطلقت الآن سلسلة من دروس الاستخدام لتصميم لوحات تجريبية لتطبيق قياس درجة الحرارة غير التلامسية باستخدام المصفوفة الحرارية بالأشعة تحت الحمراء الرقمية.

1.1 الاسم: SLKOR تطبيق قياس درجة الحرارة بدون تلامس باستخدام المصفوفة الحرارية الرقمية بالأشعة تحت الحمراء.

تطبيقات 1.2:الأجهزة الذكية القابلة للارتداء، والهواتف الذكية، ومراقبة درجة الحرارة الصناعية، وقياس درجة حرارة جسم الإنسان دون تلامس الأسطح، والاستشعار الذكي والتحكم في درجة الحرارة وغيرها من الأجهزة صغيرة الحجم لقياس درجة الحرارة على المدى القصير.

1.3 وظيفة الشريحة:

استخدم SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx عبارة عن شريحة ترموبيل رقمية بالأشعة تحت الحمراء مثبتة على السطح لتطبيقات قياس درجة الحرارة بدون تلامس. تتكون الشريحة من NTC، وثرموبيل بالأشعة تحت الحمراء، ودائرة معالجة الإشارة، ومحول تناظري رقمي عالي الدقة. يمكن للمستخدمين التواصل مباشرة مع المستشعر من خلال ناقل I2C لقراءة البيانات دون الحاجة إلى أجهزة محيطية أخرى. يتم الحصول على بيانات أخذ العينات المقابلة لـ NTC والمكدس الحراري من المحول التناظري الرقمي، ثم يحول MCU البيانات الخام إلى قيمة درجة الحرارة المطلوبة من قبل المستخدم. يمكن تطبيقه في بيئة درجة حرارة تتراوح من -40 درجة مئوية إلى 130 درجة مئوية، ونطاق درجة حرارة القياس أوسع، بين -40 درجة مئوية و530 درجة مئوية.

2. مخطط الدائرة التطبيقية النموذجية

2.1 مبدأ الدائرة:

دبابيس من SLKOR تتضمن شريحة SL-S-TRS-5.5Dx مصدر طاقة وناقل I2C وإعداد عنوان واحد. النطاق المسموح به لجهد الإمداد هو 2.5 - 5 فولت. يتم سحب خطوط البيانات والساعة الخاصة بـ I2C لأعلى. دبوس ADDR هو البت الأقل أهمية في عنوان I2C الخاص بالجهاز. إذا لم تكن هناك حاجة لاستخدام مستشعرين، فيمكن توصيله مباشرة بـ GND أو VCC. يتمتع المستشعر نفسه باستهلاك منخفض جدًا للطاقة. يكفي مكثف 0.1 ميكروفاراد بين مصدر الطاقة والأرض. إذا كان المستشعر بعيدًا نسبيًا عن جزء مصدر الطاقة، فيمكن اعتبار مكثف إضافي 10 ميكروفاراد لضمان استقرار مصدر الطاقة.

2.2 و SLKOR توفر شريحة SL-W-TRS-5.5Dx بروتوكول الاتصال I2C للاتصالات التسلسلية. يعتمد اختيار بروتوكول الاتصال على حالة CSB. يستخدم ناقل I2C SCL وSDA كخطوط إشارة. يتم توصيل كلا الخطين خارجيًا بـ VDDIO من خلال مقاومات السحب لأعلى بحيث يظلان على مستوى مرتفع عندما يكون الناقل خاملاً. يظهر عنوان شريحة I2C لـ SL-S-TRS-5.5D1 في الجدول التالي. يتم تحديد البت الأقل أهمية (LSB) لعنوان الجهاز المكون من 7 بت بواسطة دبوس SDO. إذا تم توصيل SDO بـ VDDIO، يكون عنوان I7C المكون من 2 بت هو "1101101". إذا تم توصيل SDO بـ GND، يكون عنوان I7C المكون من 2 بت هو "1101100" (كما هو موضح في الشكل أدناه). 

عنوان شريحة I2C

خصائص خط ناقل I2C

مخطط توقيت I2C

بروتوكول الاتصالات I2C

2.3 عندما يكون SCL عند مستوى مرتفع ويكون SDA عند حافة هبوط في نفس الوقت، فإن هذا يمثل بداية اتصال البيانات I2C. يرسل جهاز I2C الرئيسي عنوان الجهاز الثانوي (7 بتات) بالتتابع، ثم يُستخدم بت التحكم في الاتجاه R/W لتحديد عملية القراءة أو الكتابة. عندما يتعرف الجهاز الثانوي على هذا العنوان، يُولّد إشارة تأكيد ويُخفّض مستوى SDA خلال دورة SCL التاسعة (ACK). عندما يكون مستوى SCL مرتفعًا وحافة SDA صاعدة، يُشير ذلك إلى نهاية اتصال بيانات I2C. يجب أن تبقى البيانات المنقولة على SDA مستقرة عندما يكون مستوى SCL مرتفعًا. لا يمكن تغيير القيمة المنقولة على SDA إلا عندما يكون مستوى SCL منخفضًا.

3.SMD - 6P، 4.7x3.8 مم العبوة والأبعاد

3.1 تعريف الدبوس

العوامل المؤثرة على قياس درجة الحرارة

4.1 تأثير اتساق الشريحة

بالنسبة لنفس النوع من مستشعرات الترموبايل، تكون خصائص خرجها ثابتة. هنا، تشير "الخصائص" إلى "الاتجاه" الثابت في كيفية تأثر خرج جهد الشريحة بالبيئة ودرجة حرارة الجسم. تكمن الاختلافات بين مستشعرات الترموبايل الفردية في المواد وعمليات الإنتاج. في ظل نفس الظروف الخارجية، لا تكون المخرجات المطلقة للمستشعرات متطابقة تمامًا، ولكن يمكن اعتبارها ذات علاقة مضاعفة ثابتة مع بعضها البعض.

4.2 تأثير مجال الرؤية (FOV)

نظرًا لأن مستشعر الترموبايل يقع داخل الشريحة، فستكون هناك نافذة متبقية على الشريحة، ويتم استخدام مرشح الأشعة تحت الحمراء كنافذة لنقل الضوء بالتعاون معها. يكون مجال رؤية المستشعر مساويًا تقريبًا للزاوية التي تشكلها تقاطع الخطوط التي تربط جسم الترموبايل على المقطع العرضي للشريحة وكلا جانبي نافذة نقل الضوء. بالنسبة لمستشعرات الترموبايل بالأشعة تحت الحمراء، فإن الأشياء الموجودة داخل مجال رؤية الشريحة والتي يكون لها فرق في درجة الحرارة عن جسم المستشعر ستؤثر على الناتج النهائي. بشكل عام، في تطبيق موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء، يتم تثبيت المستشعر مع غلاف معدني، ويتم استخدام العدسات أو أكواب تركيز الضوء بالداخل لتجميع ضوء الأشعة تحت الحمراء على المستشعر. تتمثل وظيفة الغلاف المعدني في توفير درجة حرارة بيئية مستقرة للمستشعر والتعاون مع التصميم البصري لجعل مقياس الحرارة يتمتع بمجال رؤية محدد. بالنسبة للأجهزة غير القابلة للارتداء ذات المساحة الكافية، يوصى بتأريض الجزء السفلي وجوانب المستشعر أثناء عملية التصميم وإضافة كوب معدني خفيف لزيادة السعة الحرارية للمستشعر وتقليل مجال الرؤية وتوسيع مسافة قياس درجة الحرارة. إذا كان جهازًا قابلاً للارتداء مقيدًا بالمساحة، فيمكن ترتيب المستشعر على مسافة 2 - 3 مم بعيدًا عن الغلاف الخارجي وفقًا لشكل المنتج المحدد. عندما يتم تلبية مجال الرؤية، يمكن تصميم الفتحة على شكل حوض. تجدر الإشارة إلى أن عدسات الضوء المرئي العادية لا تنقل عمومًا ضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة. المستشعر نفسه محكم الغلق. إذا كان مطلوبًا تصميم محكم الغلق بشكل عام، فيمكن إحكام غلقه بالرغوة أو باستخدام مرشحات السيليكون الناقلة للأشعة تحت الحمراء (عدسات مصنوعة من نفس المادة مثل تلك الموجودة على المستشعر، والعدسات المربعة لها تكلفة شراء أقل). إذا كان من الضروري تغيير مجال رؤية هيكل قياس درجة الحرارة ولا يُسمح بالأكمام المعدنية في الهيكل، فيجب مراعاة درجات حرارة الأشياء غير المقاسة داخل مجال الرؤية. في بعض الحالات، يمكن الحصول على نتائج قياس درجة الحرارة المطلوبة من خلال التعويض.

4.3 تأثير مسافة قياس درجة الحرارة

نظرًا لأن شدة الأشعة تحت الحمراء تتناسب عكسيًا مع المسافة من الجسم، فمن أجل دقة القياس، تتطلب تطبيقات موازين الحرارة الجبهية عمومًا القياس ضمن مسافة معينة (3 - 5 سم). وخاصةً عند استخدام أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارة الجسم عن قرب، نظرًا لأن المسافة من الجلد قريبة جدًا، فإن عامل المسافة له تأثير كبير على خرج المستشعر. لذلك، عادةً ما تكون المعايرة والاختبارات الخاصة مطلوبة.

4.4 تأثير استقرار درجة الحرارة

نظرًا لأن قياس درجة الحرارة العامة وقياس جهد خرج المستشعر يتم إكمالهما على مراحل، فإن كل تحويل يستغرق وقتًا طويلاً، ويكون للمستشعر وقت استجابة معين. لذلك، إذا لم تكن درجة حرارة البيئة مستقرة أثناء عملية القياس، فلن تتم مزامنة درجة الحرارة التي تم الحصول عليها وجهد الخرج، مما سيؤدي إلى اختلافات بين نتيجة القياس وقيمة درجة الحرارة الفعلية. لذلك، فإن استقرار درجة حرارة جسم المستشعر مهم بشكل خاص أيضًا. إذا سمح الهيكل، فمن الأفضل استخدام مكونات معدنية على المستشعر أو حوله لزيادة الاستقرار الحراري.

5. احتياطات التصميم

في تصميم التطبيق، النقاط الرئيسية التي يجب فهمها هي مادة جسم القياس (سائل أو صلب أو جسم الإنسان)، ومسافة القياس، ونطاق درجة حرارة القياس. يجب إجراء تحسين وتطوير الخوارزمية وفقًا لبيئة التطبيق لتحسين دقة القياس. تضمن خوارزمية الشريحة الأصلية فقط أن يتمتع المستشعر بهذه الدقة في ظل ظروف التوازن الحراري والظروف المتساوية الحرارة (لا يوجد فرق في درجة الحرارة على عبوة المستشعر). إذا كان هناك فرق في درجة الحرارة على عبوة المستشعر، فسوف تتأثر دقة القياس. تشمل المواقف التي يمكن أن تسبب اختلافات في درجة الحرارة على عبوة المستشعر، على سبيل المثال، وجود مكونات أكثر سخونة (أو أكثر برودة) في الجزء السفلي أو الجانبي من المستشعر، أو أن المستشعر قريب جدًا من الجسم المقاس، وسيقوم الجسم المقاس بتسخين المستشعر محليًا.