原文地址：https://circuitdigest.com/microcontroller-projects/ir-thermometer-using-arduino-and-ir-temperature-sensor

在调试电子电路或测试新的硬件设计时,我经常会通过触摸它们来检查电路板上的组件是否异常发热。而且,如果有些东西弄乱了(通常是在第一次尝试中),这些组件可能会变得高达80°C甚至更高,不仅会灼烧该组件,还会烧毁我的手指。在烧伤我的手指超过了我记得的次数之后,我决定使用Arduino和红外温度传感器来建造自己的温度枪。该热风枪将使用称为MLX90614的非接触温度传感器制造; 因此,它不仅可以用于测量组件温度,还可以用于测量体温,表面温度,热通风等。当然,可以从市场上从Fluke,Flir等知名制造商处购买到这些热风枪。但是,它们并不轻巧,而且比制造自己的小玩意还要有趣。因此,让我们开始吧…

所需材料

Arduino Pro迷你版
MLX90614红外温度传感器
OLED显示屏– SSD1306
激光二极管
9V电池
按钮
电池夹
连接线

MLX90614红外测温仪

在继续本教程之前,了解MLX90614传感器的工作原理非常重要。市场上有许多温度传感器,我们已经将DHT11传感器和LM35广泛用于必须测量大气湿度或温度的许多应用中。您可以在下面找到一些DIY温度计：

使用LM35和微控制器的数字温度计
使用NodeMCU和LM35的IoT数字温度计
使用NodeMCU的IoT气象站：通过Internet监控湿度,温度和压力
Raspberry Pi气象站：通过Internet监视湿度,温度和压力

但是在这里,对于热风枪,我们需要一个能够感应特定物体(而不是环境物体)的温度而无需直接与物体接触的传感器。为此,我们拥有非接触式温度传感器,该传感器利用激光或红外来计算物体的温度。MLX90614就是这样一种传感器,它使用IR能量来检测物体的温度。要了解有关红外和红外传感器电路的更多信息,请点击链接。

MLX90614传感器是由Melexis Microelectronics集成系统制造的,其中嵌入了两个设备,一个是红外热电堆检测器(传感单元),另一个是信号调理DSP器件(计算单元)。它根据Stefan-Boltzmann定律进行工作,该定律规定所有物体都会发射IR能量,并且该能量的强度将与该物体的温度成正比。传感器中的传感单元测量目标物体发出多少红外能量,计算单元使用17位内置ADC将其转换为温度值,并通过I2C通信输出数据协议。传感器同时测量物体温度和环境温度,以校准物体温度值。MLX90614传感器的功能在下面给出,有关更多详细信息,请参考MLX90614数据表。

MLX90614红外温度传感器特性：

工作电压：3.6V至5V
物体温度范围：-70°C至382.2°C
环境温度范围：-40°C至125°C
分辨率/精度：0.02°C

传感器和物体之间的距离应该是多少？

数据表未直接回答的一个问题是传感器与物体之间的测量距离。该距离的值由术语**“视野”(FOV)给出**,对于我们的传感器,视野约为80°。

从传感器的角度来看,您可以认为感应范围为圆锥形,如上所示。因此,当我们远离测量对象时,感应面积增加了两倍。意思是,我们每离开物体1厘米,感应区域就会增加2厘米。在热枪中,**我们在传感器顶部放置了一个激光二极管,**以了解传感器当前所指向的区域。我发现,如果枪支指向距物体2cm处,并且当我们移开时精度下降,则该值是可靠的。

Arduino MLX90614温度计电路图

红外测温仪的电路图非常简单。完整的电路如下所示,它是使用Fritzing软件创建的。

由于Fritzing软件不支持MLX90614传感器的零件,因此我们使用注释来提及其连接,如上所示,因此我们也使用红色LED代替了激光二极管。整个电路由9V电池通过按钮供电。当按下按钮时,将9V电池连接至Arduino的RAW引脚,然后使用板载稳压器将其调节至5V。然后,该5V电压用于为OLED模块,传感器和激光二极管供电。

我们已经学习了如何将SSD1306 OLED与Arduino接口,此处将使用相同的硬件和代码。如果您需要更强的激光束,还可以设计一个单独的激光二极管驱动器电路。

设计温度枪的外壳

为了使该项目更加有趣和实用,我们对3D模型进行了建模并打印了热枪的外壳。设计包括两个部分,一个是顶部,它充当装有Arduino控制器,OLED,传感器和激光二极管的枪支的主体。另一个是底部,用作容纳电池和按钮的喷枪的手柄。此处的“按钮”用作触发器。该模型如下所示。

设计文件可从thingverse下载。您可以下载设计并使用3D打印机进行打印,也可以根据需要进行修改。下载链接如下

Thermal Gun 3D模型

下载文件后,您可以直接开始3D打印设计,也可以根据需要进行一些调整。

3D打印外壳：

然后将模型保存为STL文件,并使用Cura将其转换为G代码。我用Tevo狼蛛打印机打印两个零件,然后将它们拧在一起。如果打印机支持,也可以将两个零件都打印为单件。我的打印的切片设置如下所示

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Wg4lhp5p-1618901540906)(C:%5CUsers%5CAdministrator%5CPictures%5Ctypora%5C3D-Model-Designing-Thermal-Gun.png)]

一旦完成了打印硬件连接,我就花费了将近6个小时的时间来打印这两个部分,然后分别使用7针和4针Relimate连接器(RMC)将导线直接直接焊接到Arduino针上,分别用于传感器和OLED显示屏。然后使用螺钉将OLED安装在印刷部件中,同时使用热胶将传感器和激光二极管安装在印刷部件上。然后将电源插针(Raw,Gnd)滑过手柄部分的电线,该部分包括按钮和电池。然后通过按钮将这些导线连接到电池。组装完成后,热风枪如下图所示

您可以继续设计顶部的盖子,但我决定将其打开,以便将来在需要时可以对其进行调整。

Arduino MLX90614红外测温仪编程

Arduino程序应从MLX90614读取温度值,并将其显示在OLED显示屏上。对我们来说幸运的是,该程序将非常简单,因为Adafruit为我们提供了一个库,可以轻松地从MLX90614中读取数据。可以从下面的链接下载库

Arduino MLX90614库

该链接会将库下载为ZIP文件夹。下载后,按照命令Sketch-> Include Library- > Add .ZIP Library将其添加到Arduino IDE,并浏览该ZIP文件的位置。还要确保您已遵循OLED与Arduino的接口教程,以便您还安装了OLED显示模块所需的库。添加库后,我们就可以开始我们的程序了,该项目的完整程序可以在此页面的底部找到。在这里,将以小片段说明相同的程序。

像往常一样,我们通过添加所需的库文件来开始程序。这里,Wire库(内置)用于使用I2C协议进行通信,SparkFunML90614库用于与传感器进行通信。SPI,GFX和SSD1306库用于通过4线SPI协议与OLED显示模块进行通信。

#include <Wire.h>
#include <SparkFunMLX90614.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

然后,我们定义已连接的OLED显示器的引脚。由于该模块可与SPI配合使用,因此我们使用了Arduino的SPI引脚。有些OLED显示器也可以使用I2C协议,但由于I2C引脚已被温度计传感器占用,因此我们在这里不能使用它们。

#define OLED_MOSI 9
#define OLED_CLK 10
#define OLED_DC 11
#define OLED_CS 12
#define OLED_RESET 13
Adafruit_SSD1306 display(OLED_MOSI,OLED_CLK,OLED_DC,OLED_RESET,OLED_CS);

在void setup()***函数中,我们使用先前创建的对象therm初始化用于调试的串行监视器以及红外温度传感器。在印度,温度最接近的单位是摄氏度(摄氏度),因此我们用TEMP_C设置了单位,如果您需要将值设置为华氏度(F),也可以将其更改为TEMP_F*。最后,我们初始化OLED显示屏并清除其显示屏。OLED屏幕也旋转了180度,以便在外壳中轻松安装。

void setup()
{ Serial.begin(9600); therm.begin(); therm.setUnit(TEMP_C);display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC); display.clearDisplay(); display.setRotation(2);
}

在*循环*功能中,我们从传感器读取温度值,并将其转换为String,以显示在OLED显示屏中。我们还将该值打印在串行监视器上,以进行调试。我们还增加了一个名为Runner的变量,每次成功更新温度传感器的值时,该变量都会在屏幕上显示一个小动画,这将帮助我们知道读数是否由于某种原因而卡住了。

  if(therm.read())//如果成功,则read()在失败0时将返回1。{ temperature = String(therm.object(),2); Serial.print(“ Object：”); Serial.print(temperature); Serial.println(“ C”); display.clearDisplay(); runner++; delay(5); }

测试Arduino热感枪

一旦Arduino代码准备就绪,我们就可以使用外部TTL编程器或FTDI板将其上载到我们的硬件,因为pro mini没有板载。然后,只需按下按钮即可触发热枪,您会注意到激光束落在物体上,并且物体的温度正显示在OLED屏幕上,如下所示。在这里,我用它来测量激光束所指向的组件的温度。

还对热风枪在烙铁,3D打印机喷嘴,冰块等上进行了测试,并观察到令人满意的结果。可以在本页底部的视频中找到热感枪的完整工作原理。希望您喜欢这个项目,并从中学到一些有用的东西,如果您有任何疑问,请把它们留在下面的评论部分,或者使用我们的论坛来解决更多技术问题。

代码


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Arduino的代码MLX90614 非接触式温度计
MLX90614 I2C连接
OLED 4线SPI连接
日期：7-6-2019
代码作者：Aswint Raj
********************************** /
#include <Wire.h>
#include <SparkFunMLX90614.h> #include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>// If using software SPI (the default case):
#define OLED_MOSI   9
#define OLED_CLK   10
#define OLED_DC    11
#define OLED_CS    12
#define OLED_RESET 13
Adafruit_SSD1306 display(OLED_MOSI, OLED_CLK, OLED_DC, OLED_RESET, OLED_CS);IRTherm therm;void setup()
{Serial.begin(9600); therm.begin(); therm.setUnit(TEMP_C); display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);display.clearDisplay();display.setRotation(2);}String temperature;
char runner;void loop()
{if (therm.read()) // On success, read() will return 1, on fail 0.{temperature = String(therm.object(), 2);Serial.print("Object: ");Serial.print(temperature); Serial.println("C");display.clearDisplay();runner++;delay(5);}display.setTextSize(2);display.setTextColor(WHITE);display.setCursor(display.width()/4,display.height()/12);if (therm.object()>=100)display.setCursor(display.width()/4,display.height()/12);display.println(temperature);display.drawLine(display.width()/runner,display.height() - display.height()/2.5, display.width()/runner+1, display.height() - display.height()/2.5, WHITE);display.setCursor(0,display.height()-display.height()/4);display.setTextSize(1);display.println("   Arduino Thermlgun");display.setCursor(display.width()- display.width()/4,display.height()/12);display.println("deg C");display.display();if (runner>20)runner=0;
}