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SENSOR TERMICO DE 8 PIXELES CON BARRIDO TPA81 S320085

SENSOR TERMICO DE 8 PIXELES CON BARRIDO TPA81. Clic para ampliar

TPA81 es un sensor térmico de 8 píxeles capaz de medir la temperatura de un objeto a distancia. Este sensor esta formado en realidad por una matriz de 8 sensores colocados linealmente de forma que puede medir 8 puntos adyacentes simultáneamente. A diferencia de los sensores pir utilizados en sistemas de alarmas y detectores para encender luces, el sensor térmico no necesita que haya movimiento para detectar el calor, por lo que su aplicación en el campo de la robótica, abre gran cantidad de aplicaciones no disponibles hasta ahora. El sensor se conecta por bus I2C y además se le puede conectar un servo estándar que es controlado por el propio sensor para hacer un barrido y tomar 32 mediciones diferentes, obteniéndose un mapa térmico de 180 grados. El TPA81 es capaz de detectar la llama de una vela a 2 metros de distancia y además no le afecta la luz ambiental.

Introducción

El sensor de temperatura TPA81 es un módulo térmico de detección por infrarrojos en un rango de 2µm a 22µm que es la longitud de onda del calor radiante. Los sensores pir que se utilizan generalmente en las alarmas antirrobo y para el encendido/apagado de las luces exteriores, detectan señales infrarrojas en la misma banda de onda, sin embargo estos sensores sólo detectan cambios en la temperatura, no la temperatura en si. Aunque son útiles en robótica, sus aplicaciones son limitadas, ya que no pueden detectar y medir la temperatura de una fuente de calor estática. El otro tipo de sensor es el sensor termopila, que se utilizan en los termómetros por infrarrojos sin contacto. Tienen un ángulo de detección o campo de visión (FOV) muy amplio, de aproximadamente 100° y requieren una carcasa con una lente para obtener un campo de visión reducido de aproximadamente 12°. Actualmente es difícil encontrar sensores con módulo de termopilas, electrónica y lente de silicona integrada con el caso del TPA81. Este sensor tiene en realidad una formación de ocho termopilas organizadas en una hilera. El Sensor de temperatura TPA81 puede medir la temperatura de 8 puntos adyacentes de manera simultánea. El TPA81 también puede controlar un servo para manejar el módulo y generar una imagen térmica.

Respuesta de espectro

La repuesta TPA81 es normalmente de 2µm a 22µm como se muestra a continuación:

Campo de visión (FOV)

El campo de visión normal de TPA81 es de 41° por 6° convirtiendo cada uno de los ocho píxels en 5.12° por 6°. El conjunto de ocho píxels está orientado a lo largo de la placa de circuito impreso (PCB) - como indica el siguiente diagrama de arriba a abajo. El número de píxel es el más cercano a la pestaña del sensor - o en la parte inferior del diagrama siguiente.

Sensibilidad

Estos son algunos de los números resultantes de uno de nuestros módulos de prueba:
para una vela, los números para cada uno de los ocho píxels a una distancia de 1 metro en una habitación fresca a 12° son los siguientes:
11 10 11 12 12 29 15 13 (Todos en grados centígrados)
Puede ver que la vela de muestra aparece como la lectura de 29°C. A una distancia de 2 metros, ésta se reduce a 20°C, aproximadamente unos 8°C por encima de la temperatura ambiente, por lo que todavía es fácilmente detectable. A 0,6 metros da aproximadamente 64°C. A 0,3 metros da aproximadamente 100°C.

En una habitación más cálida a 18°C, la llama mide 27°C a 2 metros de distancia. Esto se debe a que la vela sólo ocupa una pequeña parte del campo de visión y la fuente de calor de la vela se suma a la temperatura ambiente del aire no la superpone por completo. Un cuerpo humano a 2 metros aparecerá como 29°C, con una temperatura ambiente de 20° C.

A continuación adjuntamos una imagen de nuestro programa de prueba. Muestra una imagen de mapa de bits de 32x8 píxeles producida utilizando un servo para mover el sensor. Si desea una copia de este programa basado en Windows, puede descargársela de aquí, pero necesitará un RF04 transceptor de datos USB y un CM02 transceptor de datos I2C para conectar el sensor de temperatura TPA81 al PC. Aquí puede ver una llama de una vela a una distancia de un metro que aparece en un lugar iluminado.

Conexiones

Toda la comunicación con el sensor térmico TPA81 se realiza a través del bus I2C. Si no está familiarizado con el bus I2C, podrá encontrar un tutorial aquí que le servirá de ayuda. El sensor TPA81 utiliza una conexión I2C de 5 pines. El pin marcado con el mensaje "No conectar" se debería dejar sin conexión. En realidad se trata de la línea MCLR de la CPU y se utiliza solamente para programar el PIC16F88 en la propia placa después del montaje, tiene una resistencia de polarización positiva interna. Las líneas SCL y SDA deberían disponer las dos de una resistencia de polarización a +5v en algún punto del bus I2C. Lo único que necesitará es un par de resistencias en todo el bus, y no un par para cada módulo. Normalmente están ubicadas en el circuito del bus maestro. El sensor térmico TPA81 actúa siempre como un modulo esclavo dentro del bus I2C. Si necesita utilizar resistencias de polarización, le recomendamos resistencias de 1K8. Algunos módulos como los OOPic ya disponen de resistencias de polarización por lo que no necesitará conectar unas nuevas. El TPA81 incluye un conector para un servo estándar que se alimenta desde los 5v de la alimentación del modulo. Se pueden enviar comandos de posicionamiento al TPA81 para colocar el servo en cualquiera de las 32 posiciones disponibles, los pulsos de control del servo los genera el propio módulo TPA81. 

Conexiones del sensor termico TPA81. Clic para ampliar.

Registros

El TPA81 aparece como un conjunto de 10 registros.

Registro

Lectura

Escritura

0

Revisión de Software

Registro de comando

1

Temperatura ambiente °C

Utilizado para la calibración- no escribir 

2
Temperatura Píxel 1 °C
Utilizado para la calibración- no escribir 
3
Píxel 2
Utilizado para la calibración- no escribir 
4
Píxel 3
N/A
5
Píxel 4
N/A
6
Píxel 5
N/A
7
Píxel 6
N/A
8
Píxel 7
N/A

9

Píxel 8

N/A

Sólo se pueden escribir los registros 0, 1, 2 y 3. El Registro 0 se trata de un comando de registro y se utiliza para colocar la posición del servo y cambiar la dirección I2C de TPA81. No se puede leer. La lectura del registro 0 devuelve la revisión de software de TPA81. los Registros 1, 2 y 3, se utilizan para calibrar el sensor. No escriba en estos registros ya que se pueden eliminar los datos de calibración de los sensores. (Existe protección para ello. Debe proporcionarse una secuencia de comandos específica de 3 bytes similar a la secuencia de cambio de dirección I2C para habilitar el modo de calibración). La calibración requiere el uso de dos fuentes de calor de cuerpos negros. Sólo podrá calibrar el módulo si dispone de estos cuerpos. Todos los módulos están calibrados en nuestro taller, como parte de nuestros proceso de prueba. 

Hay 9 lecturas de temperatura disponibles, todas expresadas en grados centígrados (C). El registro 1 se trata de la temperatura medida por el sensor. Los registros 2-9 son las temperaturas de 8 píxels. La adquisición de temperatura se realiza de manera continua y las lecturas serán correctas 40mS después de que el sensor apunte a una nueva posición.

Sensor termico de 8 pixeles TPA81. Clic para ampliar

Posición de Servo

Los comandos 0 a 31 establecen la posición del servo. Hay 32 pasos (0-31) que representan los 180 grados de rotación en un servo Hitec HS311. El cálculo es SERVO_POS*60+540uS. Por lo que el alcance del pulso del servo es de 0.54mS a 2.4mS en pasos de 60uS. Si se escribe cualquier otro valor al registro del comando se detendrán los pulsos del servo. 

Comando
Acción
Decimal
Hexadecimal
0
0x00
Establece la posición del servo al mínimo
nn
nn
Establece la posición del servo
31
0x1F
Establece la posición del servo al máximo
 
160
0xA0
1º en la secuencia para cambiar la dirección I2C
165
0xA5
3º en la secuencia para cambiar la dirección I2C
170
0xAA
2º en la secuencia para cambiar la dirección I2C

Cambio de la dirección I2C del Bus

Para cambiar la dirección I2C de TPA81 debe tener sólo un módulo en el bus. Escriba las 3 secuencias de comandos en el orden correcto seguido de la dirección. Por ejemplo, para cambiar la dirección de un TPA81 actualmente en la dirección 0xD0 (dirección predeterminada de fábrica) a 0xD2, escriba lo siguiente para la dirección 0xD0; (0xA0, 0xAA, 0xA5, 0xD2 ). Estos comandos deben enviarse en la secuencia correcta para cambiar la dirección I2C, además, no se puede enviar otro comando en medio de la secuencia. La secuencia debe enviarse al registro de comandos en la ubicación 0, lo que significa que se crearán 4 transacciones de escritura en el bus I2C. Además, DEBE haber un retardo de al menos 50mS entre la escritura de cada byte de la secuencia de los cambios de dirección. Cuando lo haya realizado, debería etiquetar el sensor con sus direcciones, si pierde las direcciones del módulo, la única manera de averiguarlas es buscar todas las direcciones una a una hasta averiguar cuál es la que responde. TPA81 puede tener hasta ocho direcciones I2C- 0xD0, 0xD2, 0xD4, 0xD6, 0xD8, 0xDA, 0xDC, 0xDE. La dirección predeterminada de fábrica es 0xD0.

 

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Actualizada el 07/01/2014 © 2002 -2014 INTPLUS ®. Todos los derechos reservados