Od četiri uobičajene vrste temperaturnih senzora - termopara, temperatura otpornosti, termistori i temperaturni senzor ICS - Senzor temperature je dobra opcija za medicinske i zdravstvene dizajne temeljene na kontaktu. Principo, oni ne zahtijevaju linearisation, oni nude dobru buku i imunitet i relativno su jednostavni za integraciju u prijenosne i noseće zdravstvene uređaje. Može se koristiti infracrveni termometri.
Ključni parametri su veličina, potrošnja energije i toplinska osjetljivost. Posljednji je važan za točnost kliničke kvalitete jer čak i prijelazna snaga (μW) može zagrijati senzor i uzrokovati netočna očitanja. Još jedno razmatranje je vrsta sučelja (digitalni ili analogni), koji će odrediti povezane komponente, kao što je mikrokontroler.
Točnost kliničkog razreda
Susret s točnosti kliničke kvalitete, po ASTM E112 (standardne metode ispitivanja za određivanje prosječne veličine zrna), počinje s odgovarajućim senzorom. Maxim integrirani senzori MAX30208 DIGITAL temperature, na primjer, značajka ± 0,1 ° C od + 30 ° C do + 50 ° C i ± 0.15 ° C točnost od 0 ° C do 70 ° C. (Maxim Integriran je stečena analognim uređajima u kolovozu 2021.) Uređaji mjere 2x2x0,75mm i nalaze se u tankom paketu 10Pin LGA (slika 1). ICS djeluju iz napona napajanja od 1.7v-3.6V i konzumiraju manje od 67μa u pogonu i 0.5μA u stanju čekanja.
Važno je da temperatura senzora ne utječe na čitanje mjerenja uređaja za nošenje. Toplina senzora IC, koja putuje iz PCB-a kroz paket, dovodi do umire i može utjecati na točnost. U temperaturnoj senzoru IC, ova toplina se provodi kroz metalni toplinski jastučić na donjoj strani paketa, što rezultira parazitskom zagrijavanjem. To može uzrokovati toplinsku vodljivost u i izvan drugih igala, ometajući temperaturna mjerenja.
Postoji nekoliko tehnika za suzbijanje parazitskog grijanja. Tanki tragovi mogu se koristiti za minimiziranje toplinske vodljivosti dalje od senzora IC. Dizajneri mogu mjeriti temperaturu na vrhu paketa, što je moguće dalje od IC igala, a ne koristiti toplinsku pločicu. To je slučaj za MAX30208CLB + i drugih MAX30208 digitalnih temperaturnih senzora.
Druga mogućnost je postavljanje drugih elektroničkih komponenti što je dalje moguće od osjetilnog elementa kako bi se smanjio njihov utjecaj na mjerenje temperature.
Razmatranja toplinskog dizajna
Kako bi se osigurala toplinska izolacija iz izvora topline u nesposobnim uređajima mora postojati dobar toplinski put između elementa za osjetljivost temperature i kože korisnika. Lokacija ispod paketa čini ga izazovom za PCB da ruti metalne staze s točke kontakta s tijelom.
Sustav bi trebao biti dizajniran tako da je senzor što je moguće bliže ciljnoj temperaturi. Uporaba MAX30208 senzora, nosivi dizajni i medicinske zakrpe mogu koristiti flex ili polukruti PCB-a. MAX30208 digitalni senzori temperature mogu se izravno spojiti na mikrokontroler pomoću ravnog fleksibilnog kabela ili ravnog kabela pisača.
Bitno je postaviti temperaturnu osjetnik IC na Flem stranu PCB-a, što smanjuje toplinsku otpornost između površine kože i senzora. Dizajneri bi također trebali minimizirati debljinu Flex odbora za učinkovito savijanje i bolji kontakt.
Digitalni temperaturni senzori su obično povezani s mikrokontrolera preko I2C serijskog sučelja. Maxim MAX30208CLB +, na primjer, koristi 32-riječ prvi u prvi van kako bi stvorili postavljanje registar temperaturni senzor nudi do 32 očitanja temperature, svaki se sastoji od dva bajta. To omogućuje mikrokontrolera spavati dulje vrijeme radi štednje energije (slika 2). Memorijski-mapirani knjige također omogućuju senzori ponuditi visoko i nisko praga digitalni temperature alarma.
Opće namjene ulaz / izlaz pin može biti konfiguriran za pokretanje pretvorbe temperature, a drugi tako da stvara prekid za odabira statusa bita.
kalibracija Tvornica
Mnogi digitalni senzori temperature su tvornički kalibrirani, eliminirajući potrebu za kalibriranja jednom godišnje, kao što je slučaj za mnoge senzora ostavština temperature. To nadilazi potrebu za razvojem softvera za linearise izlaz, kao i simulaciju i fino podešavanje krug. Osim toga, to eliminira potrebu za više preciznih dijelova i smanjuje rizik od impedancije neusklađenosti.
Obitelj AS621x senzora temperature od AMS tvornički kalibriran i ima integriranu linearizacija (slika 3). Ona također ima osam I2C adrese za praćenje temperature na osam potencijalnih žarišta preko jednog autobusa. Serijsko sučelje i više I2C adrese čine prototipova i dizajn provjera lakše.
Verzije točne do ± 0,2 ° C, ± 0.4 ° C, a ± 0,8 ° C su dostupni. Za zdravlje vezane sustav nadgledanja točnost unutar ± 0,2 ° C dovoljan (The AS6212-AWLT-L). Svi uređaji imaju AS621x rezoluciju 16-bitne za otkrivanje male promjene temperature iznad -40 ° C do + 125 ° C radnom opsegu.
AS621x mjeri 1.5mm2 i dolazi u paketu čip jačine hostija. Napon napajanja je 1.71V s potrošnjom 6μA tijekom rada i 0.1μA u stanju čekanja, što je AS6212-AWLT-L posebno prilagođen s baterijskim napajanjem aplikacija.
Beskontaktna osjetnika temperature
Infracrveni termometri izvršiti mjerenja nekontaktnog temperaturi od sobne temperature i temperature objekta.
Takvi termometri otkriti bilo energije iznad 0 Kelvina (apsolutna nula) koje emitiraju objekta u prednjem dijelu uređaja. Detektor pretvara energiju u električni signal i šalje procesoru interpretirati i prikaz podataka nakon kompenzira varijacije uzrokovane sobnoj temperaturi.
Primjer je MLX90614ESF-BCH-000-TU infracrveni termometar s Melexis. On sadrži infracrveni detektor termo čip i signalni uređaj čip integriran u U-39 paketa (slika 4). Tu je i nizak šum pojačala, 17-bitni analogno-digitalni pretvarač i digitalni procesor signala za točnost i rezoluciju.
Infracrvene termometri tvornički podešen za temperaturni raspon od -40 ° C do 85 ° C (okoline) i -70 ° C do 382,2 ° C, temperatura objekta. Standardna točnost je 0,5 ° C, na sobnoj temperaturi.
Senzor je tvornički kalibriran sa digitalnim SMBus izlaz i ima rezoluciju od 0,02 ° C. Alternativno, dizajneri mogu konfigurirati 10bit impulsa (PWM) Digitalni izlaz s rezolucijom od 0,14 ° C.
podrška za razvoj
U MAX30208 senzori su podržani od strane MAX30208EVSYS sustavu # vrednovanja, koji uključuje flex PCB držati temperaturu MAX30208 senzor IC (Slika 5). MAX32630FTHR mikrokontrolera odbora i sučelje odbora MAX30208 su povezani preko zaglavlja. Hardverski evaluacija može biti spojen na računalo koristeći priloženi USB kabel. Sustav će automatski instalirati potrebni upravljački programi uređaja spremni za EV kit softver za preuzimanje.
Za mjerenje tjelesne temperature na više lokacija, MAX30208 temperature ICS može biti spojen preko I2C adresa u dogovoru lančano na jednu bateriju i domaćin mikrokontrolera. Svaki senzor temperature obavi mikrokontroler redovito stvoriti profil i lokalne i cijelo tijelo temperature.
Programeri mogu koristiti Mikroe-1362 Irthermo kliknite ploču od Mikroelektronika za korištenje s MLX90614 infracrvenim senzorom.To povezuje MLX90614ESF-AAA infracrvenog infracrvenog termometra za mikrokontroler na ploču mikrokontrolera putem Mikrobus I2C linije ili PWM linije (slika 6).
5V ploča je kalibrirana za -40 ° C do 85 ° C Temperatura okoline i -70 ° C do + 380 ° C.
