Termômetro IR

Eis mais um sketch da série ctrl+C, ctrl+V. Com pequenas modificações construímos um termômetro de infravermelho que além de indicar a temperatura ambiente, exibe a temperatura de um objeto que estiver na frente do sensor MLX90614, fabicado pela Melix e comprado na sparkfun.com.

Para quem sempre quis medir a temperatura alheia sem ter que encostar na pessoa, eis a solução. Com uns R$50,00 dá para comprar esse tipo de termômetro em farmácias, mas não tem graça nenhuma. Nada melhor do que o "faça você mesmo". Outra vantagem é que podemos programar o Arduino para lidar com os dados obtidos e assim desenvolver outras aplicações, como por exemplo um sensor de aproximação. Também é possível fazer o imageamento térmico de um ambiente,detectar fontes de calor, como por exemplo "pontos quentes" em instalações elétricas isso tudo de forma automática.

Figura 1 - Sensor (foi obtida em http://www.sparkfun.com/products/9570).

O que iremos aprender nesse exemplo:

- Detalhes do funcionamento do sensor MLX90614;

- Protocolo de comunicação TWI (quase o mesmo que o I2C);

- Uso da instrução IF no Arduino (wiring).

O sketch original foi obtido em http://interface.khm.de/index.php/lab/experiments/infrared-thermometer-mlx90614/ e o autor é Martin Nawrath. As modificações feitas pela Solucionática estão destacadas em vermelho:

created 2010

by Martin Nawrath

Modified 19july2012

by Solucionática

This example code is in the public domain.

#include <i2cmaster.h>

void setup(){

Serial.begin(9600);

Serial.println("Setup...");

pinMode(13, OUTPUT);

i2c_init(); //Initialise the i2c bus

PORTC = (1 << PORTC4) | (1 << PORTC5);//enable pullups

}

void loop(){

int dev = 0x00<<1;

int data_low = 0;

int data_high = 0;

int pec = 0;

int amb_low = 0;

int amb_high = 0;

i2c_start_wait(dev+I2C_WRITE);

i2c_write(0x07);

// read

i2c_rep_start(dev+I2C_READ);

data_low = i2c_readAck(); //Read 1 byte and then send ack

data_high = i2c_readAck(); //Read 1 byte and then send ack

pec = i2c_readNak();

i2c_stop();

//This converts high and low bytes together and processes temperature, MSB is a error bit and is ignored for temps

double tempFactor = 0.02; // 0.02 degrees per LSB (measurement resolution of the MLX90614)

double tempData = 0x0000; // zero out the data

int frac; // data past the decimal point

// This masks off the error bit of the high byte, then moves it left 8 bits and adds the low byte.

tempData = (double)(((data_high & 0x007F) << 8) + data_low);

tempData = (tempData * tempFactor)-0.01;

float celcius = tempData - 273.15;

float fahrenheit = (celcius*1.8) + 32;

i2c_start_wait(dev+I2C_WRITE);

i2c_write(0x06);

// read

i2c_rep_start(dev+I2C_READ);

amb_low = i2c_readAck(); //Read 1 byte and then send ack

amb_high = i2c_readAck(); //Read 1 byte and then send ack

pec = i2c_readNak();

i2c_stop();

//This converts high and low bytes together and processes temperature, MSB is a error bit and is ignored for temps

double tempFactorAmb = 0.02; // 0.02 degrees per LSB (measurement resolution of the MLX90614)

double tempAmb = 0x0000; // zero out the data

int fracAmb; // data past the decimal point

// This masks off the error bit of the high byte, then moves it left 8 bits and adds the low byte.

tempAmb = (double)(((amb_high & 0x007F) << 8) + amb_low);

tempAmb = (tempAmb * tempFactorAmb)-0.01;

float celciusAmb = tempAmb - 273.15;

float fahrenheitAmb = (celciusAmb*1.8) + 32;

if ((celcius-celciusAmb)>1.0) digitalWrite(13, HIGH); //This is the proximity detector. If the object temperature is one degree higher than the room temperature, the led attached //on pin 13 lights on, else (note the "else" statement above) the same led turn off (Solucionática).

else digitalWrite(13, LOW);

Serial.print("Celcius: ");

Serial.println(celcius);

Serial.print("Ambiente: ");

Serial.println(celciusAmb);

Serial.print("Fahrenheit: ");

Serial.println(fahrenheit);

delay(1000); // wait a second before printing again

}

Notem que mantive os comentários e dessa vez não vou cansá-los explicando linha por linha. O principal desse projeto é a correta pinagem do sensor, os resistores de pull-up nas linhas SLC e SLA (ver tópico protocolo I2C, que não existe ainda, então googla lá !), a correta identificação do modelo do sensor e sua tensão de alimentação e os pinos do Arduino correspondentes ao protocolo I2C. No caso do MEGA 2560 os pino são identificados como SCL e SDA (Figura 3), logo é só ligar nos pinos correspondentes no sensor.

Figura 2 - Pinagem Figura 3 (Detalhe do SDA e SCL) Figura 4 - Circuito

Obs: Figura 2 obtida em www.datasheetdir.com http://circuits.datasheetdir.com/101/MLX90614-pinout.jpg

Figura 4 obtida em http://www.jdzj.com/diangong/article/2010-11-24/22949-1.htm

Para identificar os pinos o sensor tem que ser "visto" por cima e a lingueta indica à sua esquerda o pino 1 (SCL/Vz) e no sentido anti-horário os demais pinos (2 - PWM/SDA, 3 - VDD e 4- VSS). No circuito notem a presença de R1 e R2, ambos de 4K7 (4700 ohms) e do capacitor de 100nF (ou 0,1micro Farad). Importante: a alimentação é de 3,3V (o VDD, que significa tensão de dreno). O gnd, ou terra, é o VSS (tensão de supridouro).

Agora, mais um pouco sobre o sensor. Essa obra prima da engenharia é na verdade a soma de dois circuitos integrados desenvolvidos pela Melexis e que cooperam entre si e foram encapsulados em um invólucro metálico com uma janela de cristal, por onde a radiação infravermelha excita uma (ou duas, depende do modelo) "termopilhas" de infravermelho, gerando uma tensão elétrica que varia de acordo com a temperatura (a "cor") emanada pelo objeto. Se nas aulas de Física seu professor ou professora explicou a Lei de Planck (black body radiation), agora é a hora de entender como é possível determinar a temperatura de um objeto ou mesmo a dos corpos celestes , ou então descobrir o tipo de vegetação plantada em uma determinada região, questão muito usada em Sensoriameto Remoto. Os satélites meteorológicos usam sensores semelhantes ao nosso para gerar imagens e detectar focos de incêndio, por exemplo.