GY-906

MLX90614 系列红外测温模块的原理及应用

南京航空航天大学曾德志

摘要：

MLX90614 系列模块是一组通用的红外测温模块。在出厂前该模块已进行校验及线

性化，具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。被测目标温度和环境温度能通过单通

道输出，并有两种输出接口，适合于汽车空调、室内暖气、家用电器、手持设备以及医疗设

备应用等。本文以 MLX90614AAA 为例介绍其原理和应用。

1 引言

一般来说，测温方式可分为接触式和非接触式，接触式测温只能测量被测物体与测温传

感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响；而红外测温是根据

被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有影响动被测物体温度

分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、不受测温上限的限制、稳定性好等特点，

近年来在家庭自动化、汽车电子、航空和军事上得到越来越广泛的应用。

2 测温原理概述

物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度关系密切。因此，通过对物体自身

红外辐射的测量，能准确地确定其表面温度，红外测温就是利用这一原理测量温度的。红外

测温器由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理及输出等部分组成。光学系统汇聚

其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚

焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器

内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

PWM 的全称是 Pulse Width Modulation （脉冲宽度调制）即通过调节脉冲的周期、宽度，

以达到变压、变频的目的，数字式脉宽调制方式中，数字是控制信号，通过改变高低电平数

的比值达到改变占空比的目的， PWM 控制电路在开关稳压电源、不间断电源（ UPS ）以及

直流电机调速，交流电机变频调速等控制电路中有着广泛应用。

SMBus （ System Management Bus ，）是 1995 年由 intel 公司提出的一种高效同步串行总线，

SMBus 只有两根信号线 : 双向数据线和时钟信号线，容许 CPU 与各种外围接口器件以串行方

式进行通信、交换信息，即可以提高传输速度也可以减小器件的资源占用，另外即使在没有

SMBus 接口的单片机上也可利用软件进行模拟。

Melexis 公司生产的 MLX90614 系列测温模块是应用非常方便的红外测温装置，其所有

的模块都在出厂前进行了校验，并且可以直接输出线性或准线性信号，具有很好的互换性，

免去了复杂的校正过程。

该模块以 81101 热电元件作为红外感应部分。输出是被测物体温度（ TO ）与传感器自身

温度（ Ta ）共同作用的结果，理想情况下热电元件的输出电压为：

)(

TaToAVir

−=

其中温度单位均为 Kelvin ， A 为元件的灵敏度常数。

目标温度和环境温度由 81101 内置的热电偶测定测量，从 81101 中输出的两路温度信号

分别经内部 MLX90302 器件上高性能、低噪声的斩波稳态放大器放大再经一个 17-bit 的模

数转换器（ ADC ）和强大的数字信号处理 (DSP) 单元后输出。

该系列模块的温度解析度可达 0.01°C ，体积小巧，被测目标和环境温度能通过单通道

（由 MLX90302 内的状态机控制）输出，有两种输出方式： PWM 输出、可编程 SMBus 输

出，适于多种应用环境，下面以 MLX90614 为例，重点介绍其特性和使用方法。通过 SMBus 编程可以更改模块 EEPROM 内的预设值并按照应用要求进行配置，并可

以读出 EEPROM 内的配置信息；还可以读出模块 RAM 内温度等数据。

MLX90614 有适用于 3 伏和 5 伏电源操作的两种类型。由于 3 伏型其小于 2 毫安的电流

消耗，它非常适用于手提装置和电池动力装置。为此，传感器也具有一个节能“休眠”模式，

此时电流消耗可低于 2 毫安。对于 12 伏汽车电池直接供电的情况， 5 伏型包含的电子部件

可与几个外部元件一起在较高电压下运行。

3 MLX90614 简介

3.1 MLX90614 管脚

表 1 MLX90614 的管脚功能

名称

功能描述

VSS

电源地，金属外壳和该管脚相连

SCL/Vz

SMBus 接口的时钟信号，或 8-16V 电源供电时接三极管基极

PWM/SDA

PWM 或 SMBus 接口的数据信号，通常模式下从该管脚通过 PWM

输出物体温度

VDD

电源

3.2 MLX90614 存储器

3.2.1 EEPROM

只有某些存储单元用户能够写入，但是可以读出全部存储单元。 MLX90614 的 EEPROM 有 32 个 16 位存储单元，其中存储单元 Tomax,Tomin,Ta 分别是

用户物体温度上下限和环境温度范围， PWMCTRL 是 PWM 配置寄存器。

3.2.2 RAM

用户不能向 RAM 写入数据，但是可以读一些存储单元。

MLX90614 的 RAM 有 32 个 17 位存储单元，其中 T A ,T OBJ1 ,T OBJ2 是环境温度和物体温度 ,

在 SMBus 方式下，可以从这几个存储单元读出环境和被测物体的温度。

4 应用设计

4.1 MLX90614 测温特性

4.1.1 MLX90614 的 SMBus 协议

图 2 SMBus 的数据包组成

4.1.2 读器件（命令决定是读 RAM 或 EEPROM ）数据格式 4.1.3 写器件（命令决定是写 RAM 或 EEPROM ）数据格式

4.1.4 数据传输时序

图 3 MLX90614 的数据传输时序

PWM/SDA 上的数据在 SCL 变为低电平 300n 后即可改变，数据在 SCL 的上升沿被捕

获。 16 位数据分两次传输，每次传一个字节。每个字节都是按照高位 (MSB) 在前，低位 (LSB)

在后的格式传输，两个字节中间的第九个时钟是应答时钟。

4.2 单片机接口电路

MLX90614AAA 与单片机连接的硬件电路如图 4 所示。 SCL 、 PWM/SDA 管脚直接连接

MCU 的普通 I/O 口即可，由于 MLX90614AAA 的输入输出接口是漏级开路（ OD ）结构，

需要加上拉电阻。多个 MLX90614 可以用于一个系统中，每个 MLX90614 对应一个不同地

址，通过地址的不同而访问不同的 MLX90614 ，最多可以达到 127 个。

图 4 MLX90614AAA 与单片机连接电路 4.3 软件流程图

多个 MLX90614 可以用于一个系统中，通过地址不同区分器件，器件默认的地址为 5AH ，

因此在多 MLX90614 系统中，需要给每个 MLX90614 分配一个不同的地址，在只有一个

MLX90614 的系统中， MLX90614 识别地址 00h ，即在单个 MLX90614 系统中，可以使用该

地址访问它。

发送和接收数据是以字节为单位进行的，程序流程如图 7 、图 8 所示。每次发送一个字

节（按位发送，发送 8 个位就是一个字节），然后就判断对方是否有应答，如果有应答，就

接着发送下一个字节；如果没有应答，多次重发该字节，直到有应答，就接着发送下一个字

节，如果多次重发后，仍然没有应答，就结束。接收数据时，每次接收一个字节（按位接收，

接收 8 个位就是一个字节），然后向对方发送一个应答信号，然后就可以继续接收下一个字

节。

从 MLX90614 种读出的数据是 16 位的，由高 8 位（ DataH ）和低 8 位（ DataL ）两部分组

成，其中 RAM 地址 07H 单元存储的是 T OBJ1 数据，数据范围从 0x27AD 到 0x7FFF, 表示的温度

范围是 -70.0 1℃到 +382.19 ℃。图 7 发送字节流程图图 8 接收字节流程图

从 MLX90614 中读出的数据 (DataH:DataL) 换算为温度数据 (T, 单位为℃ ) 如下所示 :

T= (DataH:DataL)*0.02-273.15 式（ 1 ）

例如： DataH:DataL=0x27AD ，代入式（ 1 ）中 T=-70.01 ℃

C 语言程序清单：

单片机 89S52、MLX90614、LCD1602

晶振：12M

#include"at89x52.h"

#include"intrins.h"

//************************************

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

#define Nack_counter 10

//************** 端口定义 **************

//LCD 控制线接口

uchar flag1;

sbit RS=P2^7;

sbit RW=P2^6;

sbit LCDE=P2^5;

//mlx90614 端口定义 sbit SCL=P2^3;// 时钟线

sbit SDA=P2^2;// 数据线

//************ 数据定义 ****************

bdata uchar flag;// 可位寻址数据

sbit bit_out=flag^7;

sbit bit_in=flag^0;

uchar DataH,DataL,Pecreg;

//************ 函数声明 *****************************************

void start_bit(); //MLX90614 发起始位子程序

void stop_bit(); //MLX90614 发结束位子程序

uchar rx_byte(void); //MLX90614 接收字节子程序

void send_bit(void); //MLX90614 发送位子程序

void tx_byte(uchar dat_byte); //MLX90614 接收字节子程序

void receive_bit(void); //MLX90614 接收位子程序

void delay(uint N); // 延时程序

uint memread(void); // 读温度数据

void init1602(void); //LCD 初始化子程序

void chk_busy_flg(void); //LCD 判断忙子程序

void dis_cmd_wrt(uchar cmd); //LCD 写命令子程序

void dis_dat_wrt(uchar dat); //LCD 写数据子程序

void display(uint Tem); // 显示子程序

//************* 主函数 *******************************************

void main()

{

uint Tem;

// 函数部分

SCL=1;SDA=1;_nop_();

_nop_();_nop_();_nop_();

SCL=0;

delay(1000);

SCL=1;

init1602();

while(1)

{

Tem=memread();

display(Tem);

delay(20);

}

//********* 输入转换并显示 *********

void display(uint Tem)

{

uint T,a,b;

T=Tem*2; dis_cmd_wrt(0x01);// 清屏

if(T>=27315)

{

T=T-27315;

a=T/100;

b=T-a*100;

//---------------------------

if(a>=100)

{

dis_dat_wrt(0x30+a/100);

a=a%100;

dis_dat_wrt(0x30+a/10);

a=a%10;

dis_dat_wrt(0x30+a);

}

else if(a>=10)

{

dis_dat_wrt(0x30+a/10);

a=a%10;

dis_dat_wrt(0x30+a);

}

else

{

dis_dat_wrt(0x30+a);

}

dis_dat_wrt(0x2e);// 显示点

//---------------------------

if(b>=10)

{

dis_dat_wrt(0x30+b/10);

// b=b%10;

// dis_dat_wrt(0x30+b);

}

else

{

dis_dat_wrt(0x30);

// dis_dat_wrt(0x30+b);

}

//===========================

else

{

T=27315-T;

a=T/100; b=T-a*100;

dis_dat_wrt(0x2d);

//--------------------------

if(a>=10)

{

dis_dat_wrt(0x30+a/10);

a=a%10;

dis_dat_wrt(0x30+a);

}

else

{

dis_dat_wrt(0x30+a);

}

dis_dat_wrt(0x2e);// 显示点

//--------------------------

if(b>=10)

{

dis_dat_wrt(0x30+b/10);

b=b%10;

dis_dat_wrt(0x30+b);

}

else

{

dis_dat_wrt(0x30);

dis_dat_wrt(0x30+b);

}

//************************************

void start_bit(void)

{

SDA=1;