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STM32F103C8T6 GY-906 MLX90614ESF 无线测温传感器模块的使用方法和代码驱动

news 2025/10/15 7:03:44

STM32F103C8T6 GY-906 MLX90614ESF 无线测温传感器模块的使用方法和代码驱动

文档结尾有代码下载链接

🎯 实现效果

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🌟 传感器用途

1. 传感器原理

MLX90614ESF 基于黑体辐射定律实现非接触温度测量 —— 任何温度高于绝对零度（-273.15°C）的物体都会向外辐射红外线，辐射的能量强度与物体温度直接相关。传感器通过接收物体的红外辐射，反向计算出物体的温度。
其内部结构与信号处理流程决定了测温精度和稳定性，具体可分为 5 个关键环节：

  • 核心硬件：传感器最核心的部件是集成在芯片内的热电堆（Thermopile），它是一种特殊的红外接收元件，由多个 “热电偶” 串联组成（通常 16~32 对）。工作逻辑：当物体的红外辐射穿过传感器的光学窗口照射到热电堆上时，热电堆的 “热端”（接收红外的一面）与 “冷端”（芯片内部参考温度面）会产生温度差。物理效应：根据 “塞贝克效应”，温度差会在热电堆两端产生微弱的直流电压信号（通常几十到几百微伏，μV 级别），且电压大小与红外辐射的能量强度（即物体温度）成正比。
  • 信号调理：热电堆输出的电压信号极微弱，且易受环境噪声影响，无法直接用于计算。因此，芯片内集成了低噪声运算放大器和信号滤波电路：先通过放大器将 μV 级信号放大到 mV 级甚至 V 级，确保信号强度足够；再通过滤波电路（如低通滤波器）滤除高频噪声，保留与红外辐射相关的有效信号。
  • 温度参考：热电堆的输出电压不仅与 “物体红外辐射” 相关，还会受 “传感器自身环境温度（Tamb）” 影响。因此，芯片内必须集成环境温度传感器：实时测量传感器自身的环境温度，将其作为 “参考基准”；后续计算时，通过硬件或软件算法抵消环境温度对热电堆信号的干扰，确保即使环境温度变化，测温结果仍准确。
  • 模数转换与数据计算：经过放大、滤波和补偿后的信号仍是模拟信号，需要转化为数字信号才能被处理。芯片内的16 位高精度 ADC会将模拟电压信号转换为数字值，再传递给内置的8 位 MCU。MCU 的核心作用是应用校准算法与黑体辐射公式：调用存储在片内 EEPROM中的 “校准参数”；根据 “斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律”，结合热电堆的数字信号和环境温度参考值，反向计算出物体的绝对温度；将绝对温度转换为常用的摄氏温度（°C = Tobj - 273.15），同时计算出环境温度（Tamb）。
  • 数据输出：MCU 计算完成后，将 “物体温度” 和 “环境温度” 通过芯片的标准接口输出给外部设备。

2. 传感器用途

a.消费电子领域
  • 家电控制：微波炉、烤箱的食物温度监测，空调的人体体温感应；
  • 智能穿戴：智能手表、手环的体表温度监测；
  • 家居安防：红外测温门锁。
b.医疗健康领域
  • 非接触体温筛查：医院、商场的快速体温检测，儿童体温计；
  • 设备温度监测：医疗仪器关键部件的温度监测。
c. 工业与自动化领域
  • 设备故障诊断：电机、变频器、电路板的表面温度监测；
  • 生产过程控制：食品加工中流水线的温度监测；
  • 汽车电子：车载电池温度监测，发动机舱关键部件的温度预警。
d.特殊场景应用
  • 冷链物流：冷藏箱、冷链车内部温度的实时监测；
  • 火灾预警：配电室、数据中心的设备温度巡检；
  • 宠物护理：宠物窝的温度监测。

🌟 传感器的介绍

GY-906 是基于 MLX90614ESF 芯片的模块化产品，集成红外探测器、信号调理电路及I2C 通信接口，无需额外外围元件即可工作，其核心特性与参数如下：

1. 关键参数

  • 测量范围：物体温度 - 70℃ - 380℃，部分型号支持 - 70℃- 500℃；环境温度 - 40℃ - 125℃；
  • 测量精度：物体温度在 - 20℃~120℃范围内 ±0.5℃，全量程 ±1℃；
  • 分辨率：0.02℃；
  • 测量距离比：10:1；
  • 通信接口：I2C 总线，速率最高 100kHz，支持双地址，默认 0x5A，由 ADR 引脚控制；
  • 功耗：工作电流典型值 1.5mA，待机电流＜1μA；
  • 工作电压：2.5V~3.6V；
  • 封装：TO-39 金属封装，内置红外滤光片，工作温度 - 40℃~125℃。

2. 模块特点

  • 高集成度：模块已集成 MLX90614ESF 芯片、上拉电阻及稳压电路，仅需 4 根线即可与单片机连接，大幅简化硬件设计；
  • 低功耗：1.5mA 工作电流适合电池供电设备；
  • 抗干扰能力：金属封装与内置滤光片可减少环境光对红外探测的干扰，确保测量稳定；
  • 即插即用：无需复杂校准，上电后即可通过通信接口读取温度数据，适配主流单片机。

🎯 单片机连接硬件图

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🌟 驱动思路

步骤 1：硬件初始化

  • 首先进行 I2C 接口的初始化。配置 STM32F103C8T6 的 I2C，设置通信速率为 400kHz，使能 I2C 外设。在初始化过程中，需要配置相关的 GPIO 引脚为复用功能，设置 I2C 的时钟频率、地址模式等参数，确保 I2C 通信能够正常进行。接着进行传感器的上电检测。

步骤 2：传感器数据读取

  • 命令发送：向 MLX90614ESF 发送 “读物体温度” 命令
  • 数据接收：连续读取 2 字节原始数据（低字节 + 高字节），组合为 16 位数值；

步骤 3：数据处理

  • 单位转换：原始数据单位为 0.01K（开尔文），转换为摄氏度公式：摄氏度 = （原始数据 × 0.01） - 273.15；
  • 结果输出：将有效温度值通过 OLED 显示和串口打印。

🎯 单片机程序代码

main.c

#include "stm32f10x.h"  
#include "string.h"  
#include "stdio.h" 
#include "delay.h"   
#include "bsp_usart.h"
#include "oled.h"
#include "MLX90614.h"float fTemperature;					    //温度
char OledBuff[512];
int main(void)
{NVIC_PriorityGroupConfig (NVIC_PriorityGroup_2);SysTick_Init(72);  //系统时钟初始化 usart1_init(115200);//串口1初始化usart2_init(115200);//串口1初始化usart3_init(115200);//串口3初始化printf("USART OK!\r\n");	OLED_Init();OLED_ShowString(36,0,"MLX90614");SMBus_Init();while(1){fTemperature = SMBus_ReadTemp();printf("MLX90614 Temp:%.2f ℃\r\n",fTemperature);OLED_ShowString(0,2,"MLX90614 Temp:");sprintf(OledBuff,"%.2f  ",fTemperature);OLED_ShowString(0,4,OledBuff);if(fTemperature<-270){OLED_ShowString(0,6,"ERROR");}else {OLED_ShowString(0,6,"     ");}delay_ms(400);}
}

MLX90614.c

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "delay.h"
#include "MLX90614.h"/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
#define ACK	 0
#define	NACK 1
#define SA				0x00 //Slave address 单个MLX90614时地址为0x00,多个时地址默认为0x5a
#define RAM_ACCESS		0x00 //RAM access command
#define EEPROM_ACCESS	0x20 //EEPROM access command
#define RAM_TOBJ1		0x07 //To1 address in the eeprom
/* -------------------------------------------------------------------------------------*/
#define SMBUS_PORT	    GPIOB
#define SMBUS_SCK		GPIO_Pin_14
#define SMBUS_SDA		GPIO_Pin_13#define RCC_APB2Periph_SMBUS_PORT		RCC_APB2Periph_GPIOB
/* -------------------------------------------------------------------------------------*/
#define SMBUS_SCK_H()	    SMBUS_PORT->BSRR = SMBUS_SCK
#define SMBUS_SCK_L()	    SMBUS_PORT->BRR = SMBUS_SCK
#define SMBUS_SDA_H()	    SMBUS_PORT->BSRR = SMBUS_SDA
#define SMBUS_SDA_L()	    SMBUS_PORT->BRR = SMBUS_SDA#define SMBUS_SDA_PIN()	    SMBUS_PORT->IDR & SMBUS_SDA //读取引脚电平/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*//*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_StartBit
* Description    : Generate START condition on SMBus
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void SMBus_StartBit(void)
{SMBUS_SDA_H();		// Set SDA lineSMBus_Delay(5);	    // Wait a few microsecondsSMBUS_SCK_H();		// Set SCL lineSMBus_Delay(5);	    // Generate bus free time between StopSMBUS_SDA_L();		// Clear SDA lineSMBus_Delay(5);	    // Hold time after (Repeated) Start// Condition. After this period, the first clock is generated.//(Thd:sta=4.0us min)SMBUS_SCK_L();	    // Clear SCL lineSMBus_Delay(5);	    // Wait a few microseconds
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_StopBit
* Description    : Generate STOP condition on SMBus
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void SMBus_StopBit(void)
{SMBUS_SCK_L();		// Clear SCL lineSMBus_Delay(5);	    // Wait a few microsecondsSMBUS_SDA_L();		// Clear SDA lineSMBus_Delay(5);	    // Wait a few microsecondsSMBUS_SCK_H();		// Set SCL lineSMBus_Delay(5);	    // Stop condition setup time(Tsu:sto=4.0us min)SMBUS_SDA_H();		// Set SDA line
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_SendByte
* Description    : Send a byte on SMBus
* Input          : Tx_buffer
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
u8 SMBus_SendByte(u8 Tx_buffer)
{u8	Bit_counter;u8	Ack_bit;u8	bit_out;for(Bit_counter=8; Bit_counter; Bit_counter--){if (Tx_buffer&0x80){bit_out=1;   // If the current bit of Tx_buffer is 1 set bit_out}else{bit_out=0;  // else clear bit_out}SMBus_SendBit(bit_out);		// Send the current bit on SDATx_buffer<<=1;				// Get next bit for checking}Ack_bit=SMBus_ReceiveBit();		// Get acknowledgment bitreturn	Ack_bit;
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_SendBit
* Description    : Send a bit on SMBus 82.5kHz
* Input          : bit_out
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void SMBus_SendBit(u8 bit_out)
{if(bit_out==0){SMBUS_SDA_L();}else{SMBUS_SDA_H();}SMBus_Delay(2);					// Tsu:dat = 250ns minimumSMBUS_SCK_H();					// Set SCL lineSMBus_Delay(6);					// High Level of Clock PulseSMBUS_SCK_L();					// Clear SCL lineSMBus_Delay(3);					// Low Level of Clock Pulse
//	SMBUS_SDA_H();				    // Master release SDA line ,return;
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_ReceiveBit
* Description    : Receive a bit on SMBus
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : Ack_bit
*******************************************************************************/
u8 SMBus_ReceiveBit(void)
{u8 Ack_bit;SMBUS_SDA_H();          //引脚靠外部电阻上拉，当作输入SMBus_Delay(2);			// High Level of Clock PulseSMBUS_SCK_H();			// Set SCL lineSMBus_Delay(5);			// High Level of Clock Pulseif (SMBUS_SDA_PIN()){Ack_bit=1;}else{Ack_bit=0;}SMBUS_SCK_L();			// Clear SCL lineSMBus_Delay(3);			// Low Level of Clock Pulsereturn	Ack_bit;
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_ReceiveByte
* Description    : Receive a byte on SMBus
* Input          : ack_nack
* Output         : None
* Return         : RX_buffer
*******************************************************************************/
u8 SMBus_ReceiveByte(u8 ack_nack)
{u8 	RX_buffer;u8	Bit_Counter;for(Bit_Counter=8; Bit_Counter; Bit_Counter--){if(SMBus_ReceiveBit())			// Get a bit from the SDA line{RX_buffer <<= 1;			// If the bit is HIGH save 1  in RX_bufferRX_buffer |=0x01;}else{RX_buffer <<= 1;			// If the bit is LOW save 0 in RX_bufferRX_buffer &=0xfe;}}SMBus_SendBit(ack_nack);			// Sends acknowledgment bitreturn RX_buffer;
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_Delay
* Description    : 延时  一次循环约1us
* Input          : time
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void SMBus_Delay(u16 time)
{delay_us(time);
}/*******************************************************************************
* Function Name  : SMBus_Init
* Description    : SMBus初始化
* Input          : None
* Output         : None
* Return         : None
*******************************************************************************/
void SMBus_Init()
{GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;/* Enable SMBUS_PORT clocks */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SMBUS_PORT, ENABLE);/*配置SMBUS_SCK、SMBUS_SDA为集电极开漏输出*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SMBUS_SCK | SMBUS_SDA;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(SMBUS_PORT, &GPIO_InitStructure);SMBUS_SCK_H();SMBUS_SDA_H();
}/******************************************************************************** Function Name  : SMBus_ReadMemory* Description    : READ DATA FROM RAM/EEPROM* Input          : slaveAddress, command* Output         : None* Return         : Data
*******************************************************************************/
u16 SMBus_ReadMemory(u8 slaveAddress, u8 command)
{u16 data;			// Data storage (DataH:DataL)u8 Pec;				// PEC byte storageu8 DataL=0;			// Low data byte storageu8 DataH=0;			// High data byte storageu8 arr[6];			// Buffer for the sent bytesu8 PecReg;			// Calculated PEC byte storageu8 ErrorCounter;	// Defines the number of the attempts for communication with MLX90614ErrorCounter=0x00;				// Initialising of ErrorCounterslaveAddress <<= 1;	//2-7位表示从机地址do{
repeat:SMBus_StopBit();			    //If slave send NACK stop comunication--ErrorCounter;				    //Pre-decrement ErrorCounterif(!ErrorCounter) 			    //ErrorCounter=0?{break;					    //Yes,go out from do-while{}}SMBus_StartBit();				//Start conditionif(SMBus_SendByte(slaveAddress))//Send SlaveAddress 最低位Wr=0表示接下来写命令{goto	repeat;			    //Repeat comunication again}if(SMBus_SendByte(command))	    //Send command{goto	repeat;		    	//Repeat comunication again}SMBus_StartBit();					//Repeated Start conditionif(SMBus_SendByte(slaveAddress+1))	//Send SlaveAddress 最低位Rd=1表示接下来读数据{goto	repeat;             	//Repeat comunication again}DataL = SMBus_ReceiveByte(ACK);	//Read low data,master must send ACKDataH = SMBus_ReceiveByte(ACK); //Read high data,master must send ACKPec = SMBus_ReceiveByte(NACK);	//Read PEC byte, master must send NACKSMBus_StopBit();				//Stop conditionarr[5] = slaveAddress;		//arr[4] = command;			//arr[3] = slaveAddress+1;	//Load array arrarr[2] = DataL;				//arr[1] = DataH;				//arr[0] = 0;					//PecReg=PEC_Calculation(arr);//Calculate CRC}while(PecReg != Pec);		//If received and calculated CRC are equal go out from do-while{}data = (DataH<<8) | DataL;	//data=DataH:DataLreturn data;
}/*******************************************************************************
* Function Name  : PEC_calculation
* Description    : Calculates the PEC of received bytes
* Input          : pec[]
* Output         : None
* Return         : pec[0]-this byte contains calculated crc value
*******************************************************************************/
u8 PEC_Calculation(u8 pec[])
{u8 	crc[6];u8	BitPosition=47;u8	shift;u8	i;u8	j;u8	temp;do{/*Load pattern value 0x000000000107*/crc[5]=0;crc[4]=0;crc[3]=0;crc[2]=0;crc[1]=0x01;crc[0]=0x07;/*Set maximum bit position at 47 ( six bytes byte5...byte0,MSbit=47)*/BitPosition=47;/*Set shift position at 0*/shift=0;/*Find first "1" in the transmited message beginning from the MSByte byte5*/i=5;j=0;while((pec[i]&(0x80>>j))==0 && i>0){BitPosition--;if(j<7){j++;}else{j=0x00;i--;}}/*End of while *//*Get shift value for pattern value*/shift=BitPosition-8;/*Shift pattern value */while(shift){for(i=5; i<0xFF; i--){if((crc[i-1]&0x80) && (i>0)){temp=1;}else{temp=0;}crc[i]<<=1;crc[i]+=temp;}/*End of for*/shift--;}/*End of while*//*Exclusive OR between pec and crc*/for(i=0; i<=5; i++){pec[i] ^=crc[i];}/*End of for*/}while(BitPosition>8); /*End of do-while*/return pec[0];
}/******************************************************************************** Function Name  : SMBus_ReadTemp* Description    : Calculate and return the temperature* Input          : None* Output         : None* Return         : SMBus_ReadMemory(0x00, 0x07)*0.02-273.15
*******************************************************************************/
float SMBus_ReadTemp(void)
{   float temp;temp = SMBus_ReadMemory(SA, RAM_ACCESS|RAM_TOBJ1)*0.02-273.15;return temp;
}/*********************************END OF FILE*********************************/

🎯 代码下载链接

https://download.csdn.net/download/qq_41954594/92130073

http://www.dtcms.com/a/481896.html

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