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30 分钟

使用 MLX90621 和 STM32G071RB 解锁热感知的新维度。

以新的视角看待热量:发现热红外成像!

IR Grid Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

IR Grid Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

通过我们最先进的热成像技术,体验温度测量和热检测的范式转变,为众多应用提供实时、高分辨率的洞察力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

IR Grid Click 基于 Melexis 的 MLX90621,这是一款 16x4 IR 阵列传感器。该传感器由两个独立的 IC 组成,封装在 TO39 封装中:一个 IC 是传感器本身,标记为 MLX90670,而第二个 IC 是标记为 24AA02 的 2Kbit EEPROM,用于存储所有补偿和校准参数。这些传感器可以相对于冷结温度测量温度,因此 MLX90621ESF IR 传感器集成了 PTAT(与绝对温度成正比)补偿传感器。IR 传感器阵列以及 PTAT 传感器读数由快速内部 ADC 采样,并存储在 RAM 中,可以通过 I2C 访问。ADC 的分辨率可以在 15 位到 18 位之间编程。传感器 IC 支持 I2C FM+ 模式,传输速率高达 1000 kbps,而 EEPROM IC 支持高达 400 kbps 的快速速率。此 Click 板™ 上使用的 MLX90621ESF-BAD IR 传感器提供 40˚ x 10˚ 视场角(FOV),IR 传感元件排列在 4x16 网格中。每个传感器测量其各自 FOV 中的温度,允许主 MCU 构建热图像或计算成像场景中每个点的温度。测量结果存储在板载 RAM 中。64 个字,每个字 16 位宽,包含 IR

传感器测量结果,一个字包含 PTAT 测量结果。配置寄存器允许配置测量参数。这个 16 位寄存器包含控制传感器 IC 行为的位:刷新率、ADC 分辨率、测量模式(连续或步进模式)、睡眠模式、I2C 模式(FM 或 FM+)、EEPROM 禁用/启用等。它还包含一些标志,例如 POR/BOR(上电复位/棕色掉电复位)指示位和测量进行中位。例如,如果 POR/BOR 位设置为 0,则必须重复初始化,因为校准可能不再有效。EEPROM IC 包含所有必要的校准参数,以及配置寄存器的内容,可以在 POR 周期之间使用。制造商建议在测量前将 EEPROM 内容存储在 MCU 的 RAM 中,特别是在使用更快的刷新率时。操作此传感器时必须遵循特定的工作流程。工作流程包括计算存储在 EEPROM 中的每个元素的补偿参数。这些计算包括环境温度计算、像素偏移计算、像素间灵敏度差异补偿、物体发射率补偿和物体温度计算。MLX90621ESF-BAD IR 传感器的数据表包含这些方程式,它们使用存储在 EEPROM 中的参数。然而,此 Click 板

™ 受库支持,该库包含简化与此传感器一起使用的功能。需要注意的是,传感器测量物体的 IR 发射率,因此预计一些材料由于其低发射率,无法被此传感器准确测量,例如铝。为了更好地理解材料的发射率属性,可以以穿着衣服的人为例:测量的温度将反映衣服的温度,而不是身体本身的温度,已知体温约为 37˚C。应注意不要将 Click 板™ 暴露在冷空气或热空气流中,因为这会导致实际温度的错误读数。此传感器要求传感器封装上的温度保持恒定。MLX90621ESF-BAD IR 传感器使用 2.6V 以获得最佳结果。为了提供 2.6V,此 Click 板™ 配备了 SPX3819,这是一款小型低噪声 LDO,将 mikroBUS™ 的 3.3V 或 5V 转换为所需的 2.6V。输入电压由标记为 VCC SEL 的 SMD 跳线选择。此跳线还选择拉高 I2C 线的电压,允许 3.3V 和 5V MCU 都可以与 Click 板™ 进行接口。除了 I2C 总线线之外,没有使用 mikroBUS™ 的其他线。I2C 总线线被路由到 mikroBUS™ 的相应引脚。

IR Grid Click top side image
IR Grid Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

IR Grid Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G071RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

软件支持

库描述

此库包含用于 IR Grid Click 驱动的 API。

关键功能:

  • irgrid_measure - 测量温度并将其放置在内部缓冲区中

  • irgrid_get_temperature - 使用计算的温度填充提供的缓冲区

  • irgrid_read_eeprom - 使用 EEPROM 从地址读取功能

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief IRGrid Click example
 *
 * # Description
 * IR Grid Click is a thermal imaging sensor. It has an array of 64 very sensitive factory 
 * calibrated IR elements (pixels), arranged in 4 rows of 16 pixels, each measuring an 
 * object temperature up to 300˚C.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes driver init and IR Grid module
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the temperature of all pixels and creates a pixel temperature matrix that logs 
 * on usbuart every half of second
 *
 * @author Mikroe Team
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "irgrid.h"

static irgrid_t irgrid;
static irgrid_data_t irgrid_data;
static log_t logger;

static float   ir_tmp[ 64 ];
static uint8_t i;
static uint8_t rc;
static uint8_t cc;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    irgrid_cfg_t irgrid_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    irgrid_cfg_setup( &irgrid_cfg );
    IRGRID_MAP_MIKROBUS( irgrid_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == irgrid_init( &irgrid, &irgrid_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    irgrid_device_init( &irgrid, &irgrid_data, 16 );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{    
    if ( 1 != irgrid_measure( &irgrid, &irgrid_data ) )
    {
        irgrid_get_temperature( &irgrid_data, &ir_tmp[ 0 ] );
    }

    for ( rc = 0; rc < 4; rc++ )
    {
        for ( cc = 0; cc < 16; cc++ )
        {
            i = ( cc * 4 ) + rc;
            log_printf( &logger, "%.3f    ", ir_tmp[ i ] );
        }
        log_printf( &logger, "\r\n" );
        Delay_ms ( 100 );
    }
    
    log_printf( &logger, "\r\n" );
    log_printf( &logger, "\r\n" );
    log_printf( &logger, "\r\n" );
    Delay_ms ( 500 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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