จากสี่ประเภททั่วไปของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ - เทอร์โมคับเปิลอุปกรณ์อุณหภูมิความต้านทานเทอร์มิสเตอร์และเซ็นเซอร์อุณหภูมิ - ICS เซ็นเซอร์อุณหภูมิเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการออกแบบทางการแพทย์และการดูแลสุขภาพที่ติดต่อ ส่วนใหญ่พวกเขาไม่จำเป็นต้องใช้เส้นตรงพวกเขาเสนอภูมิคุ้มกันเสียงที่ดีและค่อนข้างง่ายต่อการรวมเข้ากับอุปกรณ์การดูแลสุขภาพแบบพกพาและสวมใส่ได้ สำหรับการตรวจจับสัมผัสแบบไม่สัมผัสสามารถใช้เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดได้
พารามิเตอร์ที่สำคัญคือขนาดการใช้พลังงานและความไวต่อความร้อน สุดท้ายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความแม่นยำในระดับคลินิกเพราะพลังชั่วคราว (μw) สามารถให้ความร้อนเซ็นเซอร์และทำให้การอ่านไม่ถูกต้อง การพิจารณาอีกประการหนึ่งคือประเภทของอินเทอร์เฟซ (ดิจิตอลหรืออะนาล็อก) ซึ่งจะกำหนดองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องเช่นไมโครคอนโทรลเลอร์
ความแม่นยำทางคลินิกเกรด
การประชุมความถูกต้องทางคลินิกเกรดต่อ ASTM E112 (วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับการกำหนดขนาดเม็ดเฉลี่ย) เริ่มต้นด้วยเซ็นเซอร์ที่เหมาะสม เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล MAX30208 ของ Maxim Integrated ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติ± 0.1 ° C จาก + 30 ° C ถึง + 50 ° C และ± 0.15 ° C ความถูกต้องจาก 0 ° C ถึง 70 ° C (Maxim Integrated ถูกซื้อโดยอุปกรณ์อะนาล็อกในเดือนสิงหาคม 2021) อุปกรณ์วัด 2x2x0.75mm และอยู่ในแพ็คเกจ LGA 10pin บาง (รูปที่ 1) ICS ทำงานจากแรงดันไฟฟ้าของ 1.7V-3.6V และบริโภคน้อยกว่า67μAในการทำงานและ0.5μAในโหมดสแตนด์บาย
เป็นสิ่งสำคัญที่อุณหภูมิของเซ็นเซอร์จะไม่ส่งผลต่อการอ่านการวัดของอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ ความร้อนของเซ็นเซอร์ IC ซึ่งเดินทางจาก PCB ผ่านแพ็คเกจนำไปสู่เซ็นเซอร์ตายและสามารถส่งผลต่อความแม่นยำ ในเซ็นเซอร์อุณหภูมิ IC ความร้อนนี้ดำเนินการผ่านแผ่นความร้อนโลหะที่ด้านล่างของบรรจุภัณฑ์ส่งผลให้ความร้อนของปรสิต สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการนำความร้อนเข้าและออกจากพินอื่น ๆ รบกวนการวัดอุณหภูมิ
มีหลายเทคนิคในการเคาน์เตอร์ความร้อนปรสิต ร่องรอยบาง ๆ สามารถใช้เพื่อลดการนำความร้อนออกห่างจากเซ็นเซอร์ IC นักออกแบบสามารถวัดอุณหภูมิที่ด้านบนของแพคเกจได้ไกลที่สุดจากพิน IC แทนที่จะใช้แผ่นความร้อน นี่เป็นกรณีสำหรับ MAX30208CLB + และเซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล MAX30208 อื่น ๆ
อีกทางเลือกหนึ่งคือการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ให้ห่างไกลจากองค์ประกอบการตรวจจับมากที่สุดเพื่อลดผลกระทบต่อการวัดอุณหภูมิ
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบความร้อน
เพื่อให้แน่ใจว่าการแยกความร้อนจากแหล่งความร้อนในอุปกรณ์สวมใส่จะต้องมีเส้นทางความร้อนที่ดีระหว่างองค์ประกอบการตรวจจับอุณหภูมิและผิวของผู้ใช้ สถานที่ตั้งอยู่ใต้แพคเกจทำให้การท้าทายสำหรับ PCB ไปยังเส้นทางแทร็กโลหะจากจุดที่สัมผัสกับร่างกาย
ระบบควรได้รับการออกแบบเพื่อให้เซ็นเซอร์อยู่ใกล้กับอุณหภูมิเป้าหมายที่จะวัดได้ การใช้เซ็นเซอร์ Max30208 การออกแบบที่สวมใส่ได้และแพทช์ทางการแพทย์สามารถใช้ PCB แบบยืดหยุ่นหรือกึ่งแข็ง เซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอล MAX30208 สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยใช้สายเคเบิลที่มีความยืดหยุ่นแบนหรือสายเคเบิลเครื่องพิมพ์แบบแบน
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะวางเซ็นเซอร์อุณหภูมิ IC บนด้านล่างของ PCB ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานความร้อนระหว่างพื้นผิวของผิวหนังและเซ็นเซอร์ นักออกแบบควรลดความหนาของบอร์ดเฟล็กซ์เพื่อความยืดหยุ่นที่มีประสิทธิภาพและการสัมผัสที่ดีขึ้น
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิดิจิตอลมักจะเชื่อมโยงไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านทางอินเตอร์เฟซอนุกรม I2C แม็กซิม MAX30208CLB + ตัวอย่างเช่นใช้ 32 คำแรกในออกก่อนที่จะสร้างเซ็นเซอร์อุณหภูมิลงทะเบียนติดตั้งที่นำเสนอถึง 32 อ่านอุณหภูมิแต่ละประกอบด้วยสองไบต์ นี้จะช่วยให้ไมโครคอนโทรลเลอร์จะนอนหลับสำหรับการขยายระยะเวลาในการใช้พลังงานอนุรักษ์ (รูปที่ 2) ลงทะเบียนหน่วยความจำแมปยังช่วยให้เซ็นเซอร์สูงข้อเสนอและเกณฑ์ต่ำสัญญาณเตือนอุณหภูมิดิจิตอล
ขาอเนกประสงค์อินพุต / เอาต์พุตสามารถกำหนดค่าให้เรียกการแปลงอุณหภูมิและอื่น ๆ การกำหนดค่าเพื่อสร้างการขัดจังหวะสำหรับบิตสถานะเลือก
การสอบเทียบโรงงาน
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิดิจิตอลจำนวนมากเป็นโรงงานที่สอบเทียบไม่จำเป็นต้องสอบเทียบใหม่ปีละครั้งเช่นในกรณีของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบเดิม ๆ อีกมากมาย นี้ทะลุจำเป็นในการพัฒนาซอฟต์แวร์เพื่อ linearise การส่งออกเช่นเดียวกับการจำลองและปรับแต่งวงจร นอกจากนี้ยังช่วยลดความจำเป็นสำหรับส่วนประกอบที่มีความแม่นยำหลายและช่วยลดความเสี่ยงของการไม่ตรงกันความต้านทาน
ครอบครัว AS621x ของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิจาก ams เป็นโรงงานการสอบเทียบและเชิงเส้นที่ได้รวม (รูปที่ 3) นอกจากนี้ยังมีอยู่แปด I2C สำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิที่แปดจุดร้อนที่อาจเกิดขึ้นผ่านทางรถบัสเดียว อินเตอร์เฟซอนุกรมและที่อยู่ I2C หลายทำให้การสร้างต้นแบบและการออกแบบการตรวจสอบได้ง่ายขึ้น
รุ่นที่ถูกต้อง± 0.2 องศาเซลเซียส± 0.4 องศาเซลเซียสและ± 0.8 ° C ที่มีอยู่ สำหรับระบบการตรวจสอบที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพ, ความถูกต้องภายใน± 0.2 ° C จะเพียงพอ (คน AS6212-AWLT-L) อุปกรณ์ AS621x ทั้งหมดมีความละเอียด 16bit ในการตรวจสอบรูปแบบขนาดเล็กในช่วงอุณหภูมิ -40 ° C ถึง + ช่วงการดำเนินงาน 125 ° C
AS621x มาตรการ 1.5mm2 และมาในแพคเกจขนาดชิประดับเวเฟอร์ แรงดันที่เป็น 1.71V กับการบริโภค6μAระหว่างการดำเนินการและ0.1μAในโหมดสแตนด์บายทำให้ AS6212-AWLT-L เหมาะอย่างยิ่งกับการใช้งานแบตเตอรี่ขับเคลื่อน
เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไร้สัมผัส
เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดดำเนินการตรวจวัดอุณหภูมิไม่ติดต่อของอุณหภูมิและอุณหภูมิของวัตถุ
เครื่องวัดอุณหภูมิดังกล่าวตรวจสอบพลังงานสูงกว่า 0 เคลวิน (สัมบูรณ์) ปล่อยออกมาจากวัตถุในด้านหน้าของอุปกรณ์ เครื่องตรวจจับแปลงพลังงานเป็นสัญญาณไฟฟ้าและส่งผ่านไปยังหน่วยประมวลผลในการตีความและแสดงข้อมูลหลังจากการชดเชยสำหรับรูปแบบที่เกิดจากอุณหภูมิ
ตัวอย่างคือเครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรด MLX90614ESF-BCH-000-TU จาก Melexis มันประกอบด้วยชิปตรวจจับ thermopile อินฟราเรดและชิปปรับอากาศสัญญาณรวมอยู่ในแพคเกจ TO-39 (รูปที่ 4) นอกจากนี้ยังมีเครื่องขยายเสียงต่ำ, 17 บิตแบบอะนาล็อกเพื่อแปลงดิจิตอลและการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลเพื่อความถูกต้องและความละเอียด
เครื่องวัดอุณหภูมิอินฟราเรดโรงงานปรับเทียบสำหรับช่วงอุณหภูมิ -40 ° C ถึง 85 ° C (รอบ) และ -70 ° C ถึง 382.2 องศาเซลเซียสอุณหภูมิวัตถุ ความถูกต้องมาตรฐานคือ 0.5 ° C ที่อุณหภูมิห้อง
เซ็นเซอร์เป็นโรงงานการสอบเทียบกับการส่งออก SMBus ดิจิตอลและมีความละเอียด 0.02 ° C อีกวิธีหนึ่งคือนักออกแบบสามารถกำหนดค่า 10bit กว้างพัลส์เอฟเอ็ม (PWM) สัญญาณดิจิตอลที่มีความละเอียด 0.14 ° C
การสนับสนุนการพัฒนา
เซ็นเซอร์ MAX30208 รับการสนับสนุนโดยระบบ MAX30208EVSYS # การประเมินผลซึ่งรวมถึง PCB ดิ้นจะถืออุณหภูมิ MAX30208 เซ็นเซอร์ IC (รูปที่ 5) คณะ MAX32630FTHR ไมโครคอนโทรลเลอร์และคณะกรรมการอินเตอร์เฟซ MAX30208 มีการเชื่อมต่อผ่านทางหัว ฮาร์ดแวร์การประเมินผลที่สามารถเชื่อมต่อกับเครื่องคอมพิวเตอร์ด้วยสาย USB ที่จัดไว้ให้ จากนั้นระบบจะติดตั้งไดรเวอร์อุปกรณ์ที่จำเป็นพร้อมสำหรับซอฟต์แวร์ชุด EV ที่จะดาวน์โหลดโดยอัตโนมัติ
สำหรับการวัดอุณหภูมิของร่างกายในสถานที่หลายอุณหภูมิ MAX30208 ของวงจรรวมสามารถเชื่อมต่อผ่าน I2C ที่อยู่ในการจัดห่วงโซ่เดซี่กับแบตเตอรี่เพียงครั้งเดียวและไมโครคอนโทรลเลอร์โฮสต์ เซ็นเซอร์อุณหภูมิแต่ละครั้งจะถูกสำรวจโดยไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างสม่ำเสมอเพื่อสร้างโปรไฟล์ของทั้งสองอุณหภูมิท้องถิ่นและทั้งร่างกาย
นักพัฒนาสามารถใช้ Mikroe-1362 Irthermo คลิกบอร์ดจาก Mikroelektronika สำหรับใช้กับเซ็นเซอร์อินฟราเรด MLX90614ลิงค์นี้ MLX90614ESF-AA-AA-AA โมดูลวัดอุณหภูมิอินฟราเรดโซนเดียวกับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านสาย Mikrobus I2C หรือสาย PWM (รูปที่ 6)
คณะกรรมการ 5V ถูกปรับเทียบสำหรับ -40 ° C ถึง 85 ° C อุณหภูมิแวดล้อมและ -70 ° C ถึง + 380 ° C ช่วงอุณหภูมิวัตถุ
