Пирометр на Arduino: бесконтактный термометр с MLX90614 и LCD

Как чип меряет на расстоянии

Внутри MLX90614 — термобатарея (thermopile): линза собирает инфракрасное излучение объекта и фокусирует его на крошечных спаях, а разница температур спаёв превращается в микровольты. Мощность излучения растёт как четвёртая степень температуры — закон Стефана–Больцмана, — поэтому даже далёкий тёплый предмет оставляет заметный след. Второй термометр измеряет корпус самого датчика: без этой компенсации показания гуляли бы на десятки градусов. Угол зрения фиксированный, у стандартного исполнения около 35 градусов: с тридцати сантиметров датчик усредняет круг диаметром примерно 19 сантиметров, и в «пятно» попадает всё — включая стену позади цели.

Подключение: две платы на одной шине

Модуль сидит на I2C: SDA уходит на A4, SCL — на A5, питание — 3,3 В на голом чипе или 5 В на модульной плате со стабилизатором. Адрес фиксированный, 0x5A, и он не конфликтует с дисплеем на 0x27 — обе платы вешаем на одну шину, чем скетч ниже и пользуется. Если шина молчит, пройдитесь сканером адресов из раздела Wire — он покажет, кто из устройств отвечает.

Дисплей LCD 16×2 со встроенным преобразователем I2C ставим параллельно: питание — 5 В, адрес по умолчанию 0x27. Его подключение и адреса разобраны в лендинге про LCD по I2C.

Object и Ambient: две температуры из одного чипа

readObjectTempC() возвращает температуру поверхности, на которую смотрит датчик, а readAmbientTempC() — температуру его собственного корпуса, примерно равную воздуху вокруг. Сравнение полезно само по себе: если корпус заметно нагрелся, датчик долго смотрел на горячее, и первым секундам после поворота доверять не стоит. Главный источник «чудес» — коэффициент излучения: матовые тела (кожа, дерево, вода) излучают почти как идеальный излучатель, а блестящие металлы отражают соседей и врут в минус — алюминиевый чайник при 80 °C легко показывает −5. Лечение на живой плате: кусочек малярного скотча или мазок матовым маркером на цели, их излучение около 0,95. Внутри симулятора это не нужно — значение берётся с ползунка.

Скетч пирометра с LCD

Готовый прибор: на верхней строке дисплея — название, на нижней — температура объекта, в Serial — обе температуры с одним знаком после запятой, на D13 — сигнальный светодиод при превышении порога. Порог 37,5 °C взят «медицинский», но логика та же для контроля перегрева двигателя или хотэнда.

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MLX90614.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
 
Adafruit_MLX90614 mlx;          // SDA -> A4, SCL -> A5, адрес 0x5A
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);   // дисплей на той же шине I2C
const float POROG = 37.5;       // порог сигнального светодиода, градусы
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(13, OUTPUT);
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  mlx.begin();                  // на живой плате проверьте код возврата
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("IR pyrometer");    // латиницей: HD44780 не знает кириллицу
}
 
void loop() {
  float t = mlx.readObjectTempC();    // температура объекта: лоб, чайник, радиатор
  float a = mlx.readAmbientTempC();   // температура корпуса самого датчика
  Serial.print("Object: ");
  Serial.print(t, 1);
  Serial.print(" C  Case: ");
  Serial.print(a, 1);
  Serial.println(" C");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("T=");
  if (t < 10.0) lcd.print(" ");   // выравнивание: без него остаются хвосты
  lcd.print(t, 1);
  if (t >= POROG) {
    digitalWrite(13, HIGH);       // перегрев или жар — сигнал на D13
    Serial.println("porog prevyshen");
  } else {
    digitalWrite(13, LOW);
  }
  delay(1000);
}

Две детали скетча сделаны для живого железа, а не для симулятора. Строка «T=» напечатана латиницей: контроллер HD44780 не хранит кириллицу, и русская буква превратилась бы в кракозябру. Выравнивающий пробел перед температурой ниже 10 градусов защищает от хвостов: без него «9.5» не затирает четвёртый знак прошлого кадра, и дисплей показывает «9.56». На виртуальном LCD это воспроизводится так же — можете проверить, убрав строку с пробелом.

Что исполняет симулятор, а что нет

Рантайм поддерживает begin, readObjectTempC и readAmbientTempC (в градусах Цельсия и Фаренгейта) плюс всю LCD-часть скетча: init, backlight, setCursor, печать с одним знаком после запятой — как в настоящей библиотеке. Температуры задаются ползунками карточки: объект от −70 до 380 °C, воздух от −40 до 125 °C. Не моделируется оптика: угол зрения, коэффициент излучения, отражения от блестящих поверхностей и время установления показаний — симулятор честно показывает то, что вы выставили. На это и расчёт: пороги, вывод и интерфейс отлаживаются в браузере, а физика излучения остаётся живому датчику.

Частые вопросы