Симулятор MLX90614 онлайн — IR-термометр бесконтактно

Принцип: термопары и ИК-оптика

Чип MLX90614 это массив термопар, собранных в фокусе линзы из германия. Любой объект температурой выше абсолютного нуля излучает инфракрасное излучение, мощность которого растёт примерно как четвёртая степень температуры, это закон Стефана-Больцмана. Линза собирает излучение на термопару, та вырабатывает напряжение, пропорциональное температуре. Чип измеряет две вещи: температуру своих собственных термопар, то есть температуру объекта, и температуру корпуса, то есть температуру воздуха вокруг датчика.

Грабль: датчик показывает среднюю температуру по полю зрения. У обычной версии MLX90614 поле зрения 35 градусов, у медицинской BAA оно узкое, 10 градусов. Если в кадр попали лоб и стена, результат будет смесью двух температур, и это не ошибка датчика, а физика. Для измерения температуры тела подносят датчик на 3-5 см так, чтобы в поле зрения попал только нужный участок.

Второй момент, о котором забывают, это коэффициент излучения. Датчик по умолчанию считает, что объект излучает как абсолютно чёрное тело, то есть коэффициент 0.95. У человеческой кожи он около 0.98, у металла 0.1-0.3, у полированной поверхности и стекла ещё ниже. Отсюда типичная ошибка: на блестящей металлической детали термометр показывает заметно меньше, чем на коже. В симуляторе коэффициент излучения не моделируется, и значение объекта берётся прямо с ползунка.

Код: 2 температуры

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MLX90614.h>
Adafruit_MLX90614 mlx;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  mlx.begin();
}
void loop() {
  Serial.print("Объект: "); Serial.print(mlx.readObjectTempC());
  Serial.print(" °C  Воздух: "); Serial.print(mlx.readAmbientTempC());
  Serial.println(" °C");
  delay(500);
}

Распиновка: VCC к 3.3 В, GND к GND, SDA к A4, SCL к A5. Сам чип работает от 2.5 до 3.6 В, на платах-адаптерах обычно стоит стабилизатор и тогда можно подавать 5 В. Адрес на шине 0x5A. Библиотека Adafruit_MLX90614 делает всю работу с регистрами: читает два 16-битных слова, переводит их в градусы Цельсия и отдаёт готовые float-значения. Разрешение исходных данных 0.02 градуса, но библиотека округляет до сотых долей.

Грабль при инициализации: если begin() не вызвать или датчик не ответил, чтение вернёт некорректные значения, а не ноль. В симуляторе begin() всегда успешен, так что проверку «датчик не найден» в учебном скетче придётся написать самому. Разница с реальным чипом важна: на железе ошибка связи выглядит как случайный мусор в температуре, и без проверки вы долго будете искать проблему в коде.

Что сначала не получилось

Первый термометр я подключил к чашке с горячей водой и увидел 28 градусов вместо ожидаемых 60. Я решил, что датчик сломан, и начал проверять библиотеку и адрес. Причина оказалась в расстоянии: я держал датчик в 20 см от чашки, и в это поле зрения попадала вся комната вместе с её стенами. Когда поднёс его на 3 см, показание стало адекватным.

Второй раз я направил датчик в окно, и он показал температуру, близкую к уличной. Это тоже оказалось правильным поведением: стекло прозрачно для видимого света, но не для инфракрасного, и датчик меряет именно стекло, а не то, что за ним. Начав понимать, что датчик всегда меряет поверхность, я перестал считать его сломанным.

Личный опыт: контроль температуры в щитке

Первое применение у меня было техническое: контроль температуры поверхности радиатора и силового транзистора в силовом щитке. Там важно было не столько абсолютное значение, сколько изменение. Я выводил температуру объекта и температуру воздуха рядом и считал разницу: у транзистора под нагрузкой объект был заметно горячее воздуха, и по этой разнице было видно, начинается ли перегрев.

Проверял я это сравнением с контактным термометром. Разница между показаниями бесконтактного датчика на алюминиевой радиаторной пластине и контактного термометра, прижатого к той же пластине, укладывалась в 1-2 градуса, что соответствует заявленной точности около плюс-минус 0.5 градуса в диапазоне 0-50. На тёмной поверхности датчик совпадал с контактным ещё точнее, а вот на блестящей детали давал занижение, и это ровно тот случай, где не хватает поправки на коэффициент излучения.

Коэффициент излучения и поправки

Если вы измеряете не кожу и не шершавую поверхность, а полированный металл или пластик с блеском, показание придётся исправлять. В даташите MLX90614 есть регистр настройки коэффициента излучения, и библиотека Adafruit позволяет его задать. Практический приём: измерьте температуру того же участка контактным термометром, сравните с показанием MLX90614 и подберите коэффициент так, чтобы цифры сошлись. Для большинства пластиков и бумаги коэффициент близок к 0.95, для матового металла около 0.3-0.5, для кожи около 0.98.

Второй приём, который сильно упрощает жизнь, это измерение разницы температур. Если задача не «какая температура», а «насколько объект горячее фона», то поправка на коэффициент излучения почти не нужна: она влияет на абсолютное значение, а разность с температурой окружающего воздуха остаётся показательной. Именно так работают тепловизоры промышленного назначения.

MLX90614 или DS18B20

• DS18B20: контактный, точность ±0.5 °C, нужен физический контакт с объектом
• MLX90614: бесконтактный, точность около ±0.5 °C в диапазоне 0-50 °C
• DHT22: воздух, температура и влажность, точность заметно ниже
• Для контроля двигающегося объекта бесконтактный вариант единственный возможный
• Для точной температуры в конкретной точке контактный датчик надёжнее

Авторская позиция: что взять новичку

Берите обычную версию с полем зрения 35 градусов: она дешевле и проще в применении, а для большинства задач, где нужно «померить температуру поверхности», разницы не будет. Медицинскую BAA с полем 10 градусов имеет смысл только там, где вы измеряете лоб или ухо и важна точность позиционирования. И всегда держите дистанцию: 3-5 см это рабочий диапазон, на котором поле зрения ещё не накрывает лишнее. Для климатики и замера температуры воздуха MLX90614 вообще не подходит, там нужен обычный датчик влажности и температуры.

Частые вопросы