SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx Digitale Infrarot-Thermosäulen-Chip-Lösung

Das technische Kernpersonal von Shenzhen SLKOR Micro Semicon Co., Ltd. stammt von den Universitäten Tsinghua und Yonsei in Südkorea. Sie sind führend in der Entwicklung des Unternehmens mit neuen Materialien, neuen Prozessen und neuen Produkten und beherrschen die international führende Halbleitertechnologie für Leistungsbauelemente aus Siliziumkarbid der dritten Generation relativ früh.

SLKOR ist ein High-Tech-Unternehmen, das Design, Entwicklung, Produktion und Vertrieb von elektronischen Komponenten vereint. Es bietet zuverlässige Produkte und unterstützende technische Dienstleistungen für Kunden. Das "SLKOR" hat sich sukzessive zu einer international bekannten Marke entwickelt und wächst gemeinsam mit über 10,000 Partnern rund um die Welt.

Um den Kunden eine umfassende Produktpalette und die dazugehörigen Lösungen bieten zu können, SLKOR hat jetzt eine Reihe von Anwendungs-Tutorials für Demoboards zum Design von Anwendungen zur berührungslosen Temperaturmessung mit digitalen Infrarot-Thermosäulen herausgebracht.

1.1 Name: SLKOR Anwendung zur berührungslosen Temperaturmessung mit digitaler Infrarot-Thermosäule.

1.2-Anwendungen: Intelligente tragbare Geräte, Smartphones, industrielle Temperaturüberwachung, berührungslose Messung der Körpertemperatur an Oberflächen, intelligente Temperaturerfassung und -steuerung und andere kleine Geräte zur Temperaturmessung im Nahbereich.

1.3 Chip-Funktion:

Das SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx ist ein oberflächenmontierter digitaler Infrarot-Thermosäulenchip für berührungslose Temperaturmessanwendungen. Der Chip besteht aus einem NTC, einer Infrarot-Thermosäule, einer Signalaufbereitungsschaltung und einem hochauflösenden ADC. Benutzer können über den I2C-Bus direkt mit dem Sensor kommunizieren, um Daten ohne andere Peripheriegeräte zu lesen. Die dem NTC und der Thermosäule entsprechenden Abtastdaten werden vom ADC abgerufen, und dann wandelt die MCU die Rohdaten in den vom Benutzer gewünschten Temperaturwert um. Er kann in einer Temperaturumgebung von -40 °C bis 130 °C eingesetzt werden, und der Messtemperaturbereich ist breiter und liegt zwischen -40 °C und 530 °C.

2. Typisches Anwendungsschaltbild

2.1 Schaltungsprinzip:

Die Stifte der SLKOR Der SL-S-TRS-5.5Dx-Chip umfasst Stromversorgung, I2C-Bus und eine Adresseinstellung. Der zulässige Bereich der Versorgungsspannung beträgt 2.5 - 5 V. Die Daten- und Taktleitungen des I2C werden hochgezogen. Der ADDR-Pin ist das niederwertigste Bit der I2C-Adresse des Geräts. Wenn keine zwei Sensoren verwendet werden müssen, kann er direkt an GND oder VCC angeschlossen werden. Der Sensor selbst hat einen sehr geringen Stromverbrauch. Ein 0.1 uF-Kondensator zwischen Stromversorgung und Masse ist ausreichend. Wenn der Sensor relativ weit vom Stromversorgungsteil entfernt ist, kann ein zusätzlicher 10 uF-Kondensator in Betracht gezogen werden, um die Stabilität der Stromversorgung sicherzustellen.

2.2 Die SLKOR Der SL-W-TRS-5.5Dx-Chip bietet das I2C-Kommunikationsprotokoll für die serielle Kommunikation. Die Wahl des Kommunikationsprotokolls basiert auf dem CSB-Zustand. Der I2C-Bus verwendet SCL und SDA als Signalleitungen. Beide Leitungen sind über Pull-Up-Widerstände extern mit VDDIO verbunden, sodass sie auf einem hohen Pegel bleiben, wenn der Bus im Leerlauf ist. Die I2C-Chipadresse von SL-S-TRS-5.5D1 ist in der folgenden Tabelle aufgeführt. Das niederwertigste Bit (LSB) der 7-Bit-Geräteadresse wird durch den SDO-Pin bestimmt. Wenn SDO mit VDDIO verbunden ist, lautet die 7-Bit-I2C-Adresse „1101101“. Wenn SDO mit GND verbunden ist, lautet die 7-Bit-I2C-Adresse „1101100“ (wie in der folgenden Abbildung dargestellt). 

I2C-Chipadresse

Eigenschaften der I2C-Busleitung

I2C-Zeitdiagramm

I2C-Kommunikationsprotokoll

2.3 Wenn der SCL auf einem hohen Pegel ist und der SDA gleichzeitig eine fallende Flanke hat, markiert dies den Beginn der I2C-Datenkommunikation. Das I2C-Master-Gerät sendet die Adresse des Slave-Geräts (7 Bit) nacheinander. Anschließend wird über das Richtungssteuerbit R/W der Lese- oder Schreibvorgang ausgewählt. Erkennt das Slave-Gerät diese Adresse, generiert es ein Bestätigungssignal und zieht den SDA während des neunten SCL-Zyklus (ACK) auf Low. Ein High-Pegel des SCL und eine steigende Flanke des SDA markieren das Ende der I2C-Datenkommunikation. Die auf dem SDA übertragenen Daten müssen bei High-SCL stabil bleiben. Nur bei Low-SCL kann der auf dem SDA übertragene Wert geändert werden.

3.SMD - 6P, 4.7 x 3.8 mm Gehäuse und Abmessungen

3.1 Pin-Definition

Faktoren, die die Temperaturmessung beeinflussen

4.1 Einfluss der Chipkonsistenz

Für denselben Typ von Thermosäulensensor sind die eigenen Ausgabeeigenschaften festgelegt. Dabei beziehen sich „Eigenschaften“ auf den konsistenten „Trend“, wie die Spannungsausgabe des Chips von der Umgebung und der Temperatur des Objekts beeinflusst wird. Die Unterschiede zwischen einzelnen Thermosäulensensoren liegen in Materialien und Produktionsprozessen. Unter denselben äußeren Bedingungen sind die absoluten Ausgaben der Sensoren nicht völlig identisch, aber man kann davon ausgehen, dass sie in einer konstanten Mehrfachbeziehung zueinander stehen.

4.2 Einfluss des Sichtfelds (FOV)

Da sich der Thermosäulensensor im Inneren des Chips befindet, bleibt auf dem Chip ein Fenster, und in Zusammenarbeit mit diesem wird ein Infrarotfilter als lichtdurchlässiges Fenster verwendet. Das Sichtfeld des Sensors entspricht ungefähr dem Winkel, der durch den Schnittpunkt der Linien gebildet wird, die den Thermosäulenkörper auf dem Chipquerschnitt und beide Seiten des lichtdurchlässigen Fensters verbinden. Bei Infrarot-Thermosäulensensoren beeinflussen Objekte im Sichtfeld des Chips, die einen Temperaturunterschied zum Sensorkörper aufweisen, die endgültige Ausgabe. Im Allgemeinen wird bei der Anwendung von Infrarotthermometern der Sensor zusammen mit einer Metallhülse installiert, und im Inneren werden Linsen oder Lichtkonzentrationsbecher verwendet, um Infrarotlicht auf den Sensor zu bündeln. Die Funktion der Metallhülse besteht darin, eine stabile Umgebungstemperatur für den Sensor bereitzustellen und mit dem optischen Design zusammenzuarbeiten, um dem Thermometer ein bestimmtes Sichtfeld zu verleihen. Bei nicht tragbaren Geräten mit ausreichend Platz wird empfohlen, die Unterseite und die Seiten des Sensors während des Designprozesses zu erden und einen Metalllichtbecher hinzuzufügen, um die Wärmekapazität des Sensors zu erhöhen, das Sichtfeld zu verringern und die Temperaturmessdistanz zu verlängern. Bei tragbaren Geräten mit begrenztem Platz kann der Sensor je nach Produktform 2 bis 3 mm vom Außengehäuse entfernt angebracht werden. Wenn das Sichtfeld ausreichend ist, kann die Öffnung beckenförmig gestaltet werden. Es ist zu beachten, dass gewöhnliche Linsen für sichtbares Licht im Allgemeinen kein Ferninfrarotlicht durchlassen. Der Sensor selbst ist versiegelt. Wenn ein insgesamt versiegeltes Design erforderlich ist, kann es mit Schaumstoff oder durch Verwendung von Infrarot-durchlässigen Silikonfiltern versiegelt werden (Linsen aus dem gleichen Material wie die des Sensors, und die quadratischen sind kostengünstiger). Wenn das Sichtfeld der Temperaturmessstruktur geändert werden muss und Metallhülsen in der Struktur nicht zulässig sind, müssen die Temperaturen nicht gemessener Objekte innerhalb des Sichtfelds berücksichtigt werden. In einigen Fällen können die gewünschten Temperaturmessergebnisse durch Kompensation erzielt werden.

4.3 Einfluss der Temperaturmessdistanz

Da die Intensität der Infrarotstrahlung umgekehrt proportional zur Entfernung vom Objekt ist, erfordern Anwendungen von Stirnthermometern zur Gewährleistung der Messgenauigkeit im Allgemeinen Messungen innerhalb einer bestimmten Entfernung (3 - 5 cm). Insbesondere wenn Infrarotsensoren zur Messung der Körpertemperatur im Nahbereich verwendet werden, hat der Entfernungsfaktor einen großen Einfluss auf die Sensorausgabe, da der Abstand zur Haut sehr gering ist. Daher sind normalerweise spezielle Kalibrierungen und Tests erforderlich.

4.4 Einfluss der Temperaturstabilität

Da die allgemeine Temperaturmessung und die Messung der Ausgangsspannung des Sensors schrittweise erfolgen, dauert jede Konvertierung lange und der Sensor hat eine bestimmte Reaktionszeit. Wenn die Umgebungstemperatur während des Messvorgangs nicht stabil ist, werden daher die erhaltene Temperatur und die Ausgangsspannung nicht synchronisiert, was zu Abweichungen zwischen dem Messergebnis und dem tatsächlichen Temperaturwert führt. Daher ist auch die Stabilität der Sensorkörpertemperatur besonders wichtig. Wenn die Struktur es zulässt, ist es am besten, Metallkomponenten auf oder um den Sensor herum zu verwenden, um die thermische Stabilität zu erhöhen.

5. Designvorkehrungen

Bei der Anwendungsentwicklung müssen folgende Schlüsselpunkte berücksichtigt werden: das Material des Messobjekts (Flüssigkeit, Feststoff oder menschlicher Körper), die Messdistanz und der Messtemperaturbereich. Die Optimierung und Entwicklung des Algorithmus sollte entsprechend der Anwendungsumgebung durchgeführt werden, um die Messgenauigkeit zu verbessern. Der ursprüngliche Chipalgorithmus garantiert diese Genauigkeit des Sensors nur unter thermischen Gleichgewichts- und isothermen Bedingungen (es gibt keinen Temperaturunterschied auf dem Sensorgehäuse). Wenn es einen Temperaturunterschied auf dem Sensorgehäuse gibt, wird die Messgenauigkeit beeinträchtigt. Situationen, die Temperaturunterschiede auf dem Sensorgehäuse verursachen können, sind beispielsweise heißere (oder kältere) Komponenten auf der Unterseite oder Seite des Sensors oder wenn sich der Sensor sehr nahe am Messobjekt befindet und das Messobjekt den Sensor lokal erwärmt.