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非接触温度センサ(MLX90614)

(2019.10.20 作成)

　このページではMelexis社の非接触赤外線温度センサMLX90614を用いた写真のモジュールについて紹介しています。

　本記事執筆時点ではAliexpressで400円ぐらいで販売されています。　ほかにもこちらで一般のガンタイプの温度計を紹介していますので、興味があれば見てやってください。

MLX90614について

　このセンサですが、型番により若干仕様が異なりますので購入時には注意してください。管理人が購入したのはMLX90614ESF-BAAというものですが、このBAAのところが仕様を表しており、この場合は電圧3V-標準パッケージになっています。5VバージョンだとAAAになります。

　さてこのモジュールですが、以下のような特徴があります。

  • 接続はI2CとPWM出力がある。
  • I2Cの場合温度分解能は0.02℃、PWMの場合は範囲設定にもよるが0.14℃
  • トリガ出力として使えるので、温度監視などにも使える。
  • 5~14umの赤外線を透過するバンドパスフィルタ内蔵

となっています。また使用に際してはパッケージが均一な温度になっていることが前提となっているので近くに発熱するようなICを置かないように注意してください。

モジュールについて

　このモジュールはGY-906やHW-691と呼ばれるようですが、両者の違いはよく分かりません。回路図等もネットでは見つからないので、管理人が購入したモジュールの回路図を作成してみました。

　このモジュールですが、入力部にTOREXの3.3V固定出力LDO (XC6206)が搭載されています。このLDOの最大定格は7VなのでVCCピンには5Vを入力しても良いと思われます。ただしSCL/SDAのピンの最大定格は不明なので5V系のマイコン(Arduino UNOなど)を使用する場合はレベル変換をして使用するのが良いかと思います。

通信仕様について

　MLX90614ですが、内部にEEPROMとRAMの2系統のメモリが搭載されています。EEPROMには放射率やノイズフィルタのなど設定値が書き込まれており、一方のRAMは読み取り専用で主に計測データが格納されます。この両者はメモリの番地で分かれており、EEPROMへアクセスする際は0x20を足してアクセスすることになります。

　また通信はI2CをベースとしたSMBusということになっていますが、I2Cとの実際の違いは以下の2点ぐらいです。

  1. 速度はMaxで100kHzまで。
  2. 通信の最後にPEC (Packet error check)の1バイトが追加。

"ぐらい"と簡単に書きましたが2のPECバイト追加をまじめに対処すると結構面倒です。

PECの取り扱いについて

　設定値をデフォルトのまま変更せず、単に放射率を1.0で固定しソフトで放射率の変更に対応し、かつノイズフィルタの設定を変更しないのであれば測定結果を読むだけなのでPECバイトを無視してしまえば済みます。多くの場合はこれで問題ないと思います。

　放射率の補正を行う場合はざっくりは以下の式でいい気がします。

Tr = (To-Ta)/ε + Ta

ここでTr:変更後温度、To:変更前温度、Ta:環境温度、ε:放射率です。

　ただしもう少しまじめにやるならこちらを参考にするのが良いのではないかと思います。さらにもっとまじめにやるなら輻射のスペクトルから考えないとダメな気がします。

 　一方設定値を変更する場合はPECを何とかして計算する必要があります。方法としては

  • 頑張って計算するプログラムを自作する。ずいぶん面倒そうです。
  • 事前に設定値を決められるなら、こちらのサイトなどを参考に固定値として含めておく。計算方法はCRC-8です。
  • Arduinoなどで制御する。例えばこちらのライブラリを使うとできそうです。
  • マイコンのI2Cペリフェラルの機能を使う

などがあると思います。管理人は一番最後のマイコン(STM32)の機能を使うことで一応設定値の変更ができることを確認しました。

動作チェック

　STM32F103基板を使用してMLX90164を使用してみました。放射率の変更しか試していませんが、EEPROMへの書き込みにも成功しています。

　上記のグラフは青線が室温で、黒線が非接触温度計の温度です。少し時間だけ手をかざしたのですが、問題なく測れているように見えます。グラフ化についてはSTMstudioを使用しています。

プログラムについて

　MLX90164を操作するプログラムは以下からダウンロードできます。

<<Download>>

ただし、このプログラムだけでは動作できず、こちらでダウンロードする共通ライブラリと併せて使用することを前提としています。書き込み動作を行う際にはI2CについてはI2CwithPECクラスを使用してください。

　しかしあまりわかりやすい書き方はしていないので、きっと誰も使い方はわからないでしょうね。。。もし興味があって頑張ってみた結果わからなければ下のフォームで連絡ください。時間があれば対応させていただきたいと思います。

サンプルコード

　使用したサンプルコードを下に示します。 

#include "DKS_Common_F103xB.h"
#include "DKS_F103C8T6.h"
#include "DKS_I2C_F103xB.h"
#include "DKS_MLX90614.h"

DKS::STM32F103C8T6 board(DKS::BluePill);

DKS::I2C::I2CwithPEC i2c;
DKS::Thermometer::MLX90614 mlx;

float tobj, ta;

int main(void)
{
        DKS::InitSystem();
        board.Init();
        i2c.Init(I2C1, 0, 0);   // SCL:PB6, SDA:PB7
        mlx.Init(&i2c);

        // load eeprom settings
        const float emissivity = mlx.GetEmissivity();
        uint8_t fir, iir;
        mlx.GetFilter(fir,iir);

        // write eeprom
        const float emiNew = 0.9f;
        mlx.SetEmissivity(emiNew);

        uint16_t tObj, tA;
        for (;;)
        {
                mlx.Get(tObj, tA);
                tobj = mlx.Convert2Temperature(tObj);
                ta = mlx.Convert2Temperature(tA);
        };
}
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