SLKOR Giải pháp chip nhiệt điện hồng ngoại kỹ thuật số SL-S-TRS-5.5Dx

Đội ngũ kỹ thuật cốt lõi của Thâm Quyến SLKOR Micro Semicon Co., Ltd. đến từ Đại học Thanh Hoa và Đại học Yonsei tại Hàn Quốc. Họ dẫn đầu sự phát triển của công ty với vật liệu mới, quy trình mới và sản phẩm mới, và đã nắm vững công nghệ thiết bị điện silicon carbide bán dẫn thế hệ thứ ba hàng đầu thế giới tương đối sớm.

SLKOR là một doanh nghiệp công nghệ cao tích hợp thiết kế, phát triển, sản xuất và bán các linh kiện điện tử. Nó cung cấp các sản phẩm đáng tin cậy và hỗ trợ dịch vụ kỹ thuật cho khách hàng. "SLKOR"Thương hiệu đã dần phát triển thành một thương hiệu nổi tiếng quốc tế và đang phát triển cùng với hơn 10,000 đối tác trên toàn thế giới.

Trong nỗ lực cung cấp cho khách hàng đầy đủ các sản phẩm và giải pháp tương ứng, SLKOR hiện đã ra mắt một loạt hướng dẫn sử dụng cho bảng thiết kế demo ứng dụng đo nhiệt độ không tiếp xúc bằng nhiệt điện hồng ngoại kỹ thuật số.

1.1 Tên: SLKOR Ứng dụng đo nhiệt độ không tiếp xúc bằng nhiệt điện hồng ngoại kỹ thuật số.

1.2 Ứng dụng: Thiết bị đeo thông minh, điện thoại thông minh, giám sát nhiệt độ công nghiệp, đo nhiệt độ cơ thể người qua bề mặt không tiếp xúc, cảm biến và điều khiển nhiệt độ thông minh và các thiết bị nhỏ khác để đo nhiệt độ tầm ngắn.

1.3 Chức năng của Chip:

SLKOR SL-S-TRS-5.5Dx là chip nhiệt điện hồng ngoại kỹ thuật số gắn trên bề mặt dùng cho các ứng dụng đo nhiệt độ không tiếp xúc. Chip bao gồm NTC, nhiệt điện hồng ngoại, mạch xử lý tín hiệu và ADC độ phân giải cao. Người dùng có thể giao tiếp trực tiếp với cảm biến thông qua bus I2C để đọc dữ liệu mà không cần các thiết bị ngoại vi khác. Dữ liệu lấy mẫu tương ứng với NTC và nhiệt điện được lấy từ ADC, sau đó MCU chuyển đổi dữ liệu thô thành giá trị nhiệt độ theo yêu cầu của người dùng. Nó có thể được áp dụng trong môi trường nhiệt độ từ -40°C đến 130°C và phạm vi nhiệt độ đo rộng hơn, từ -40°C đến 530°C.

2. Sơ đồ mạch ứng dụng điển hình

2.1 Nguyên lý mạch điện:

Các chân của SLKOR Chip SL-S-TRS-5.5Dx bao gồm nguồn điện, bus I2C và một cài đặt địa chỉ. Phạm vi cho phép của điện áp cung cấp là 2.5 - 5V. Các đường dữ liệu và xung nhịp của I2C được kéo lên. Chân ADDR là bit ít quan trọng nhất của địa chỉ I2C của thiết bị. Nếu không cần sử dụng hai cảm biến, có thể kết nối trực tiếp với GND hoặc VCC. Bản thân cảm biến có mức tiêu thụ điện năng rất thấp. Một tụ điện 0.1uF giữa nguồn điện và đất là đủ. Nếu cảm biến tương đối xa phần nguồn điện, có thể cân nhắc thêm một tụ điện 10uF để đảm bảo tính ổn định của nguồn điện.

2.2 The SLKOR Chip SL-W-TRS-5.5Dx cung cấp giao thức truyền thông I2C cho truyền thông nối tiếp. Lựa chọn giao thức truyền thông dựa trên trạng thái CSB. Bus I2C sử dụng SCL và SDA làm đường tín hiệu. Cả hai đường đều được kết nối bên ngoài với VDDIO thông qua điện trở kéo lên để chúng vẫn ở mức cao khi bus nhàn rỗi. Địa chỉ chip I2C của SL-S-TRS-5.5D1 được hiển thị trong bảng sau. Bit ít quan trọng nhất (LSB) của địa chỉ thiết bị 7 bit được xác định bởi chân SDO. Nếu SDO được kết nối với VDDIO, địa chỉ I7C 2 bit là "1101101". Nếu SDO được kết nối với GND, địa chỉ I7C 2 bit là "1101100" (như thể hiện trong hình bên dưới). 

Địa chỉ Chip I2C

Đặc điểm của đường truyền bus I2C

Sơ đồ thời gian I2C

Giao thức truyền thông I2C

2.3 Khi SCL ở mức cao và SDA có cạnh giảm đồng thời, điều này đánh dấu sự bắt đầu của quá trình truyền dữ liệu I2C. Thiết bị chủ I2C gửi địa chỉ của thiết bị phụ (7 bit) theo trình tự, sau đó bit điều khiển hướng R/W được sử dụng để chọn thao tác đọc hoặc ghi. Khi thiết bị phụ nhận ra địa chỉ này, nó sẽ tạo ra tín hiệu xác nhận và đưa SDA xuống mức thấp trong chu kỳ SCL (ACK) thứ chín. Khi SCL ở mức cao và SDA có cạnh lên, nó đánh dấu sự kết thúc của giao tiếp dữ liệu I2C. Dữ liệu được truyền trên SDA phải ổn định khi SCL ở mức cao. Chỉ khi SCL ở mức thấp, giá trị được truyền trên SDA mới có thể thay đổi.

3.SMD - 6P, 4.7x3.8mm Gói và Kích thước

3.1 Định nghĩa mã pin

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc đo nhiệt độ

4.1 Ảnh hưởng của độ đồng nhất của chip

Đối với cùng một loại cảm biến nhiệt điện, các đặc điểm đầu ra của riêng nó là cố định. Ở đây, "đặc điểm" đề cập đến "xu hướng" nhất quán về cách điện áp đầu ra của chip bị ảnh hưởng bởi môi trường và nhiệt độ của vật thể. Sự khác biệt giữa các cảm biến nhiệt điện riêng lẻ nằm ở vật liệu và quy trình sản xuất. Trong cùng điều kiện bên ngoài, đầu ra tuyệt đối của các cảm biến không hoàn toàn giống nhau, nhưng chúng có thể được coi là có mối quan hệ bội số không đổi với nhau.

4.2 Ảnh hưởng của trường nhìn (FOV)

Vì cảm biến nhiệt điện nằm bên trong chip nên sẽ có một cửa sổ còn lại trên chip và một bộ lọc hồng ngoại được sử dụng làm cửa sổ truyền ánh sáng kết hợp với nó. Trường nhìn của cảm biến gần bằng góc được tạo bởi giao điểm của các đường nối thân nhiệt điện trên mặt cắt ngang của chip và cả hai bên của cửa sổ truyền ánh sáng. Đối với cảm biến nhiệt điện hồng ngoại, các vật thể trong trường nhìn của chip có chênh lệch nhiệt độ so với thân cảm biến sẽ ảnh hưởng đến đầu ra cuối cùng. Nói chung, trong ứng dụng nhiệt kế hồng ngoại, cảm biến được lắp cùng với một ống bọc kim loại và các thấu kính hoặc cốc tập trung ánh sáng được sử dụng bên trong để hội tụ ánh sáng hồng ngoại vào cảm biến. Chức năng của ống bọc kim loại là cung cấp nhiệt độ môi trường ổn định cho cảm biến và kết hợp với thiết kế quang học để làm cho nhiệt kế có trường nhìn được chỉ định. Đối với các thiết bị không đeo được có đủ không gian, nên nối đất đáy và các mặt của cảm biến trong quá trình thiết kế và thêm một cốc đèn kim loại để tăng khả năng chịu nhiệt của cảm biến, giảm trường nhìn và mở rộng khoảng cách đo nhiệt độ. Nếu là thiết bị đeo được có không gian hạn chế, cảm biến có thể được bố trí cách vỏ ngoài 2 - 3mm theo hình dạng sản phẩm cụ thể. Khi trường nhìn được thỏa mãn, có thể thiết kế lỗ mở theo hình dạng chậu. Cần lưu ý rằng thấu kính ánh sáng khả kiến ​​thông thường thường không truyền ánh sáng hồng ngoại xa. Bản thân cảm biến được bịt kín. Nếu cần thiết kế bịt kín toàn bộ, có thể bịt kín bằng bọt hoặc bằng cách sử dụng bộ lọc silicon truyền hồng ngoại (thấu kính được làm bằng cùng vật liệu với thấu kính trên cảm biến và thấu kính hình vuông có chi phí mua sắm thấp hơn). Nếu cần thay đổi trường nhìn của cấu trúc đo nhiệt độ và không được phép có ống bọc kim loại trong cấu trúc, cần phải xem xét nhiệt độ của các vật thể không được đo trong trường nhìn. Trong một số trường hợp, có thể thu được kết quả đo nhiệt độ mong muốn thông qua bù trừ.

4.3 Ảnh hưởng của khoảng cách đo nhiệt độ

Vì cường độ bức xạ hồng ngoại tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ vật thể, nên để đo chính xác, nhìn chung, ứng dụng nhiệt kế đo trán sẽ yêu cầu đo trong một khoảng cách nhất định (3 - 5cm). Đặc biệt khi sử dụng cảm biến hồng ngoại để đo nhiệt độ cơ thể ở cự ly gần, vì khoảng cách từ da rất gần nên hệ số khoảng cách có tác động lớn đến đầu ra của cảm biến. Do đó, thường cần phải hiệu chuẩn và thử nghiệm đặc biệt.

4.4 Ảnh hưởng của sự ổn định nhiệt độ

Vì phép đo nhiệt độ chung và phép đo điện áp đầu ra của cảm biến được hoàn thành theo từng bước, nên mỗi lần chuyển đổi mất nhiều thời gian và cảm biến có thời gian phản hồi nhất định. Do đó, nếu nhiệt độ môi trường không ổn định trong quá trình đo, nhiệt độ thu được và điện áp đầu ra không đồng bộ, điều này sẽ dẫn đến sự khác biệt giữa kết quả đo và giá trị nhiệt độ thực tế. Do đó, tính ổn định của nhiệt độ thân cảm biến cũng đặc biệt quan trọng. Nếu cấu trúc cho phép, tốt nhất nên sử dụng các thành phần kim loại trên hoặc xung quanh cảm biến để tăng tính ổn định nhiệt.

5. Các biện pháp phòng ngừa khi thiết kế

Trong thiết kế ứng dụng, những điểm chính cần hiểu là vật liệu của đối tượng đo (chất lỏng, chất rắn hoặc cơ thể người), khoảng cách đo và phạm vi nhiệt độ đo. Việc tối ưu hóa và phát triển thuật toán nên được thực hiện theo môi trường ứng dụng để cải thiện độ chính xác của phép đo. Thuật toán chip ban đầu chỉ đảm bảo rằng cảm biến có độ chính xác này trong điều kiện cân bằng nhiệt và điều kiện đẳng nhiệt (không có chênh lệch nhiệt độ trên gói cảm biến). Nếu có chênh lệch nhiệt độ trên gói cảm biến, độ chính xác được đo sẽ bị ảnh hưởng. Các tình huống có thể gây ra chênh lệch nhiệt độ trên gói cảm biến bao gồm, ví dụ, có các thành phần nóng hơn (hoặc lạnh hơn) ở phía dưới hoặc bên hông của cảm biến hoặc cảm biến rất gần với đối tượng được đo và đối tượng được đo sẽ làm nóng cục bộ cảm biến.