No četriem kopējiem temperatūras sensoru veidiem - termopāri, pretestības temperatūras ierīces, termistori un temperatūras sensors IC - temperatūras sensors IC ir labs risinājums kontaktiem balstītiem medicīnas un veselības aprūpes projektiem. Galvenokārt tie neprasa lineāri, tie piedāvā labu trokšņa imunitāti un ir salīdzinoši viegli integrēties pārnēsājamo un valkājamās veselības aprūpes ierīcēs. Bezkontakta uztverei var izmantot infrasarkanos termometrus.
Galvenie parametri ir lielums, enerģijas patēriņš un termiskā jutība. Pēdējais ir svarīgs klīniskās pakāpes precizitātei, jo pat pārejošs spēks (μW) var sildīt sensoru un izraisīt neprecīzus rādījumus. Vēl viens apsvērums ir interfeisa veids (digitālais vai analogs), kas noteiks saistītās sastāvdaļas, piemēram, mikrokontrolleru.
Klīniskās pakāpes precizitāte
Tikšanās ar klīniskās pakāpes precizitāti uz vienu ASTM E112 (standarta testa metodes vidējā graudu lieluma noteikšanai), sākas ar atbilstošu sensoru. Maxim Integrated's Max30208 digitālo temperatūras sensori, piemēram, ir ± 0,1 ° C precizitāte no + 30 ° C līdz + 50 ° C un ± 0,15 ° C precizitāte no 0 ° C līdz 70 ° C. (Maxim Integrated iegādājās analogās ierīces 2021. gada augustā. Ierīces mēra 2x2x0.75mm un ir plānās 10pin LGA paketē (1. attēls). IC darbojas no barošanas sprieguma 1,7V-3.6V un patērē mazāk nekā 67μA darbībā un 0.5μA gaidīšanas režīmā.
Ir svarīgi, ka sensora paša temperatūra neietekmē valkājamas ierīces mērīšanas nolasīšanu. Sensora IC siltums, kas ceļo no PCB caur paketi, noved pie sensora mirst un var ietekmēt precizitāti. Temperatūras sensorā šis siltums tiek veikts caur metāla termisko spilventiņu paketes apakšpusē, kā rezultātā parādās parazītiskā apkure. Tas var izraisīt termisko vadīšanu un no citām tapām, traucē temperatūras mērījumiem.
Ir vairākas metodes, lai novērstu parazītu apkurei. Plānas pēdas var izmantot, lai samazinātu siltuma vadītspēju no sensora IC. Dizaineri var izmērīt temperatūru augšpusē paketes, cik vien iespējams, no IC tapas, nevis izmantot termisko spilventiņu. Tas attiecas uz MAX30208CLB + un citiem MAX30208 digitālo temperatūras sensoriem.
Vēl viena iespēja ir novietot citus elektroniskos komponentus, cik vien iespējams, lai samazinātu to ietekmi uz temperatūras mērīšanu.
Termiskā dizaina apsvērumi
Lai nodrošinātu siltuma izolāciju no karstuma avotiem valkājamās ierīcēs, ir jābūt labs termiskais ceļš starp temperatūras sensoru un lietotāja ādu. Vieta zem iepakojuma padara to izaicinājumu PCB maršrutēt metāla dziesmas no kontakta punkta ar ķermeni.
Sistēma jāveido tā, lai sensors būtu pēc iespējas tuvāk mērķa temperatūrai. Izmantojot MAX30208 sensori, valkājami dizaini un medicīnas ielāpi var izmantot Flex vai daļēji cietu PCB. Max30208 digitālo temperatūras sensori var savienot tieši ar mikrokontrolleru, izmantojot plakanu elastīgu kabeļu vai plakanu printera kabeli.
Ir būtiski novietot temperatūras sensoru IC uz Flex pusē PCB, kas samazina siltuma pretestību starp ādas virsmu un sensoru. Dizaineriem arī jāsamazina elastīgā kuģa biezums efektīvai nolūkam un labākam kontaktam.
Digitālie temperatūras sensori parasti ir saistīti ar mikrokontrolleriem, izmantojot I2C sērijas saskarni. Maxim Max30208CLB +, piemēram, vispirms izmanto 32 vārdu, lai izveidotu temperatūras sensora iestatīšanas reģistru, kas piedāvā līdz 32 temperatūras rādījumus, katrs sastāv no diviem baitiem. Tas ļauj mikrokontrolleram gulēt ilgstošus periodus, lai saglabātu jaudu (2. attēls). Atmiņas kartētie reģistri arī ļauj sensoriem piedāvāt augstas un zemas sliekšņa digitālās temperatūras trauksmes signālus.
Vispārējas nozīmes ievades / izvades pin var konfigurēt, lai aktivizētu temperatūras pārveidošanu un citu konfigurētu, lai radītu pārtraukumu izvēlētam statusa bitus.
Rūpnīcas kalibrēšana
Daudzi digitālie temperatūras sensori ir rūpnīcā kalibrēti, novēršot nepieciešamību pēc pārkalibrācijas reizi gadā, kā tas ir gadījums daudziem mantojuma temperatūras sensoriem. Tas apiet nepieciešamību izstrādāt programmatūru, lai linearizētu izeju, kā arī modelētu un precizētu ķēdi. Turklāt tas novērš nepieciešamību pēc vairākiem precizitātes komponentiem un samazina pretestības neatbilstības risku.
AS621x temperatūras sensoru ģimene no AMS ir rūpnīcas kalibrēts un ir integrēta lineāri (3. attēls). Tajā ir arī astoņas I2C adreses temperatūras uzraudzībai astoņos iespējamos karstos punktos, izmantojot vienu autobusu. Sērijas interfeiss un vairākas I2C adreses atvieglo prototipu un dizaina pārbaudi.
Ir pieejamas versijas, kas atbilst ± 0,2 ° C, ± 0,4 ° C un ± 0,8 ° C. Ar veselību saistītām uzraudzības sistēmām, precizitāte ± 0,2 ° C temperatūrā ir pietiekama (AS6212-AWLT-L). Visām AS621X ierīcēm ir 16 bitu rezolūcija, lai noteiktu nelielas temperatūras svārstības virs -40 ° C līdz + 125 ° C darbības diapazonā.
AS621x pasākumi 1.5mm2 un nāk vafeļu līmeņa mikroshēmu mēroga paketē. Piegādes spriegums ir 1,71V ar 6μA patēriņu darbības laikā un 0.1μa gaidīšanas režīmā, padarot AS6212-AWLT-L, kas ir īpaši piemērots akumulatora darbināmiem lietojumiem.
Bezkontakta temperatūras sensori
Infrasarkanie termometri veic ne-kontakta temperatūras mērījumus apkārtējās vides temperatūras un temperatūras objekta.
Šādi termometri atklāj jebkuru enerģiju virs 0 kelvin (absolūtā nulle), ko emitē objekts ierīces priekšā. Detektors pārveido enerģiju elektriskajā signālam un nodod to procesoram, lai interpretētu un parādītu datus pēc kompensācijas par apkārtējās vides temperatūras izraisītajām izmaiņām.
Piemērs ir MLX90614ESF-BCH-000-Tu infrasarkanais termometrs no Melexis. Tas ietver infrasarkano termopila detektoru mikroshēmu un signāla kondicionēšanas mikroshēmu, kas integrēta līdz 39 paketē (4. attēls). Ir arī zems trokšņa pastiprinātājs, 17 bitu analogs uz ciparu pārveidotāju un digitālo signālu procesoru precizitātei un izšķirtspējai.
Infrasarkanie termometri ir rūpnīcā kalibrēti temperatūras diapazonā no -40 ° C līdz 85 ° C (apkārtējā vidē) un -70 ° C līdz 382,2 ° C objekta temperatūrai. Standarta precizitāte ir 0,5 ° C istabas temperatūrā.
Sensors ir rūpnīcā kalibrēts ar digitālo smbus izeju un ir izšķirtspēja 0,02 ° C. Alternatīvi, dizaineri var konfigurēt 10 bitu impulsa platuma modulāciju (PWM) digitālo jaudu ar izšķirtspēju 0,14 ° C.
Attīstības atbalsts
Max30208 sensori atbalsta MAX30208EVSYS # novērtēšanas sistēma, kas ietver Flex PCB, lai turētu MAX30208 temperatūras sensoru IC (5. attēls). MAX32630FTR mikrokontrollera dēlis un MAX30208 saskarnes panelis ir savienots ar galvenēm. Novērtēšanas aparatūru var pievienot datoram, izmantojot sniegto USB kabeli. Pēc tam sistēma automātiski instalēs nepieciešamās ierīces draiverus, kas ir gatavi lejupielādēt EV KIT programmatūru.
Lai mērītu ķermeņa temperatūru vairākās vietās, MAX30208 temperatūras IC var savienot ar I2C adresēm margrietiņa ķēdes vienošanos uz vienu akumulatoru un resursdatora mikrokontrolleru. Katru temperatūras sensoru regulāri tiek aptaujāts mikrokontrolleris, lai izveidotu gan vietējās, gan ķermeņa temperatūras profilu.
Izstrādātāji var izmantot Mikroe-1362 IRTHERMO klikšķu dēlis no Mikroelektronika izmantošanai ar MLX90614 infrasarkano staru sensoru.Tas savieno MLX90614ESF-AAA viena zonas infrasarkano termometra moduli mikrokontrollera plāksnei, izmantojot mikrobus I2C līniju vai PWM līniju (6. attēls).
5V dēlis ir kalibrēts uz -40 ° C līdz 85 ° C Apkārtējā temperatūrā un -70 ° C līdz + 380 ° C objekta temperatūras diapazoniem.
