Z czterech typowych typów czujników temperatury - termopary, urządzenia do temperatury rezystancji, termistory i czujnik temperatury ICS - czujnik temperatury ICS to dobra opcja do projektów medycznych i opieki zdrowotnej. Zasadniczo nie wymagają linearyzacji, oferują dobrą odporność na hałas i są stosunkowo łatwe do integracji do przenośnych i noszących urządzeń opieki zdrowotnej. Do czujników bezstykowych można stosować termometry na podczerwień.
Kluczowe parametry są wielkości, zużycie energii i czułość termiczną. Ostatni jest ważny dla dokładności klinicznej, ponieważ nawet przemijająca moc (μW) może podgrzać czujnik i powodować niedokładne odczyty. Inną uwagę jest typ interfejsu (cyfrowy lub analogowy), który określa powiązane elementy, takie jak mikrokontroler.
Dokładność kliniczna
Spełnienie dokładności klinicznej, na ASTM E112 (standardowe metody testowe do określania średniej wielkości ziarna), rozpoczyna się od odpowiedniego czujnika. MAXIM zintegrowany MAX30208 cyfrowych czujników temperatury, na przykład, funkcja ± 0,1 ° C dokładność od + 30 ° C do + 50 ° C i ± 0,15 ° C dokładność od 0 ° C do 70 ° C. (Maksymalna zintegrowana została nabyta przez urządzenia analogowe w sierpniu 2021 r.) Urządzenia mierzą 2x2x0,75 mm i znajdują się w cienkim pakiecie 10pin LGA (Rysunek 1). ICS działają z napięcia zasilania 1,7 V-3,6 V i spożywać mniej niż 67μA podczas pracy i 0,5μA w trybie gotowości.
Ważne jest, aby własna temperatura czujnika nie wpływa na odczyt pomiaru urządzenia do noszenia. Ogrzewanie IC czujnika, który podróżuje z płytki drukowanej przez opakowanie, prowadzi do matrycy czujnika i może wpływać na dokładność. W czujniku temperatury IC ciepło jest prowadzone przez metalową podkładkę termiczną na spód pakietu, co powoduje pasożytnicze ogrzewanie. Może to spowodować przewodzenie termiczne z innymi kołkami, zakłócając pomiary temperatury.
Istnieje wiele technik do przeciwdziałania pasożytniczym ogrzewaniem. Cienkie ślady mogą być używane do zminimalizowania przewodności cieplnej z dala od IC czujnika. Projektanci mogą mierzyć temperaturę na górze pakietu, jak najdalej, jak to możliwe z pinów IC, zamiast używać podkładki termicznej. Tak jest w przypadku czujników temperatury temperatury MAX30208CLB + i innych MAX30208.
Inną opcją jest umieszczenie innych elementów elektronicznych jak najdalej od elementu wykrywania, aby zminimalizować ich wpływ na pomiar temperatury.
Rozważania projektowania termicznego
Aby zapewnić izolację termiczną z źródeł ciepła w urządzeniach do noszenia, musi być dobra ścieżka cieplna między elementem wyczuwania temperatury a skórą użytkownika. Lokalizacja pod pakietem sprawia, że jest to wyzwanie dla PCB do trasy metalowych utworów z punktu kontaktu z korpusem.
System powinien być zaprojektowany tak, że czujnik jest jak najbliżej temperatury docelowej do mierzenia. Korzystanie z czujników MAX30208, wzorów noszących i łatek medycznych mogą korzystać z flex lub półsztywnych płytek PCB. Cyfrowe czujniki temperatury MAX30208 mogą być podłączone bezpośrednio do mikrokontrolera za pomocą płaskiego elastycznego kabla lub płaskiego kabla drukarki.
Istotne jest umieszczenie czujnika temperatury IC na stronie Flex PCB, co zmniejsza odporność termiczną między powierzchnią skóry a czujnikiem. Projektanci powinni również zminimalizować grubość płyty flex dla efektywnego zginania i lepszego kontaktu.
Cyfrowe czujniki temperatury są zazwyczaj powiązane z mikrokontrolerami za pomocą interfejsu szeregowego I2C. MAXIM MAX30208CLB +, na przykład, najpierw wykorzystuje 32-słowo najpierw, aby utworzyć rejestr konfiguracji czujnika temperatury oferujące do 32 odczytów temperatury, z których każdy zawierający dwa bajty. Pozwala to mikrokontrolerowi spać przez dłuższy czas, aby zachować moc (Figura 2). Rejestry mapowane z pamięcią umożliwiają również czujniki oferujące wysokie i niskie progowe alarmy temperatury cyfrowej.
PIN Wejścia / wyjścia ogólnego przeznaczenia można skonfigurować do wyzwalania konwersji temperatury i innego skonfigurowanego do wygenerowania przerwania do wyboru bitów stanu.
Kalibracja fabryczna
Wiele cyfrowych czujników temperatury jest fabrycznie kalibrowany, eliminując potrzebę ponownej kalibracji raz w roku, podobnie jak w przypadku wielu dziedzickich czujników temperatury. To omija potrzebę opracowania oprogramowania do liniowania wyjścia, a także symulować i dostroić obwód. Dodatkowo eliminuje potrzebę wielu składników precyzyjnych i minimalizuje ryzyko niedopasowania impedancji.
Rodzina czujników temperatury AS621X z AMS jest fabrycznie skalibrowana i zintegrowana linearyzacja (Rysunek 3). Posiada również osiem adresów I2C do monitorowania temperatury przy ośmiu potencjalnych gorących plamach za pośrednictwem pojedynczego autobusu. Interfejs szeregowy i wiele adresów I2C ułatwiają weryfikację prototypowania i projektowania.
Dostępne są wersje Dokładne do ± 0,2 ° C, dostępne są ± 0,4 ° C i ± 0,8 ° C. W przypadku systemów monitorowania związanych ze zdrowiem dokładność w zakresie ± 0,2 ° C jest wystarczająca (AS6212-AWLT-L). Wszystkie urządzenia AS621X mają rozdzielczość 16bit w celu wykrycia małych zmian temperatury w temperaturze -40 ° C do + 125 ° C.
AS621X mierzy 1,5 mm2 i znajduje się w pakiecie skali chipów na poziomie opłat. Napięcie zasilania wynosi 1,71 V zużyciem 6 μA podczas pracy i 0,1 μA w trybie gotowości, dzięki czemu AS6212-AWLT-L szczególnie przystosowany do zastosowań zasilanych na baterie.
Bezstykowe czujniki temperatury
Termometry na podczerwień wykonywać pomiary temperatury bezstykowej temperatury otoczenia i temperatury obiektu.
Takie termometry wykrywają każdą energię powyżej 0 Kelvin (absolutne zero) emitowane przez obiekt przed urządzeniem. Detektor przekształca energię w sygnał elektryczny i przekazuje go do procesora do interpretacji i wyświetlania danych po kompensowaniu zmian spowodowanych przez temperaturę otoczenia.
Przykładem jest termometr na podczerwień MLX90614SF-BCH-000 TU z MELEXIS. Składa się z wiórów detektora termopile na podczerwień i układ kondycjonujący sygnał zintegrowany z pakietem do 39 (Rysunek 4). Istnieje również niski wzmacniacz hałasu, 17-bitowy analogowy konwerter cyfrowy i procesor cyfrowy w celu dokładności i rozdzielczości.
Termometry na podczerwień są fabrycznie skalibrowane do zakresu temperatur od -40 ° C do 85 ° C (otoczenia) i -70 ° C do 382.2 ° C do temperatury obiektu. Standardowa dokładność wynosi 0,5 ° C w temperaturze pokojowej.
Czujnik jest fabrycznie skalibrowany cyfrowym wyjściem SMBus i ma rozdzielczość 0,02 ° C. Alternatywnie, projektanci mogą skonfigurować cyfrowe wyjście cyfrowe o szerokości impulsu (PWM) o rozdzielczości 0,14 ° C.
Wsparcie rozwoju
Czujniki MAX30208 są obsługiwane przez system oceny MAX30208evsys #, który zawiera płytkę PCB Flex, aby przytrzymać czujnik temperatury MAX30208 IC (Rysunek 5). Tablica MAX32630FTHTROLTROLTROLTROLTROLTROLROLLER i płyta interfejsu MAX30208 są połączone za pomocą nagłówków. Sprzęt do oceny można podłączyć do komputera za pomocą podanego kabla USB. System automatycznie zainstaluje automatyczne sterowniki urządzeń gotowe do pobrania oprogramowania EV Kit.
Do pomiaru temperatury ciała w wielu miejscach MAX30208 ICS można podłączyć przez adresy I2C w układzie łańcucha stokrotek do pojedynczej baterii i mikrokontrolera hosta. Każdy czujnik temperatury regularnie jest odpytywany przez mikrokontrolera, aby utworzyć profil zarówno w temperaturze lokalnej, jak i całej części.
Deweloperzy mogą korzystać z Mikroe-1362 Irthermo Click Board z Mikroelektronika do użytku z czujnikiem podczerwieni MLX90614.Łączy to MLX90614SF-AAA jednoroczny moduł termometru na podczerwień do płyty mikrokontrolerowej za pomocą linii Mikrobus I2C lub Line PWM (Rysunek 6).
Płyta 5 V jest kalibrowana przez -40 ° C do 85 ° C Temperatura otoczenia i -70 ° C do + 380 ° C zakresy temperatury obiektu.
