「电子DIY」Arduino 光、磁场和温度多传感器防护罩

发布人：电子资料库时间：2023-02-15 来源：工程师发布文章

这种Arduino Nano防护罩由光传感器、磁场传感器和温度传感器组成。该屏蔽可用于开发各种需要的光传感、磁场传感和温度传感的工程。所有传感器都提供模拟电压输出，因此每个输出都连接到Arduino Nano的模拟输入。

传感器

OPT101增益可调的高灵敏度光传感器（模拟输出）
DRV5053磁场传感器（模拟输出）
LM35温度传感器（模拟输出）

ARDUINO Nano界面

OPT101光传感器输出连接到Arduino Nano的模拟引脚
磁场传感器输出连接到Arduino Nano的模拟引脚
LM35传感器输出连接到Arduino Nano的模拟引脚

输出

OPT101提供7.5mV到4V（最小暗输出7.5V）
DRV5053磁场传感器输出0-1.8V
LM35温度传感器线性10 mV/°C标度因数

电源：所有传感器连接到Arduino Nano的5V

OPT101

OPT101是一个单片光电二极管放大器。光电二极管和跨导放大器集成在一个芯片上，消除了离散设计中常见的问题，如漏电流误差、噪声拾取和杂散电容引起的增益峰值。输出电压随光强线性增加。功率放大器采用单电源供电。2.29mm X 2.29 mm光电二极管以光电导模式工作，具有良好的线性度和较低的暗电流。

OPT101是一种大面积光电二极管，集成了优化的运算放大器，使OPT101成为一种小型、易于使用、光电压转换的器件。光电二极管具有非常大的测量面积，可以收集大量的光，因此可以进行高灵敏度的测量。该光电二极管具有宽的光谱响应，在红外光谱中有一个最大的峰值，可用范围从300 nm到1100 nm。从所有模拟电路到数据转换基础电路。芯片上的电压源保持放大器在良好的工作区域，即使在低光照水平。OPT101电压输出是光电二极管电流乘以反馈电阻（IDRF）加上为单电源操作引入的约7.5 mV的基座电压VB的乘积。输出为7.5 mV直流无光，并随着照明度的增加而增加。光电二极管电流ID与照射在光电二极管上的辐射功率或通量（以瓦特为单位）成正比。在波长为650 nm（可见红色）时，光电二极管的响应RI约为0.45 a/W。其他波长的响应响应如图1所示。内部反馈

激光电阻为1 MΩ。使用该电阻，在650nm波长处，输出电压RV约为0.45v/μW。

图2显示了以微瓦为单位的辐射功率范围内的响应。图3以瓦特/平方米为单位显示了整个辐照度范围内的响应。8.3.1暗性能电气特性表中的暗误差包括所有来源。暗输出电压的主要来源是施加在运算放大器的非逆变输入端的基座电压。此电压被引入

在没有光线照射到光电二极管的情况下提供线性操作。光电二极管的暗电流约为2.5pa，在室温下几乎没有偏移误差。运算放大器求和结（负输入）的偏置电流约为165帕。暗电流从放大器偏置电流中减去，这些剩余电流流过反馈电阻器，产生偏移。温度对这种差电流的影响如图10所示。图17所示的可选电路将暗输出电压调整为零。使用低阻抗偏置驱动器（运算放大器）驱动引脚8（公共），因为这个节点有信号相关的电流。

为了响应地设置不同的电压，连接一个外部电阻器REXT。为了提高响应度，将该电阻器与内部1-MΩ电阻器串联（图18），或通过不连接针脚4（图19）将内部电阻器更换为外部电阻器。当使用小于1 MΩ的外部电阻器时，第二种配置还将电路增益降低到106 V/A以下。显示了OPT101的基本电路连接，使用单电源运行，并使用内部1-MΩ反馈电阻，在650 nm下响应0.45 V/μW。针3（–V）在此配置中连接到公共线。高阻抗电源的应用可能要求去耦电容器靠近器件引脚，如图所示。

DRV5053

DRV5053器件是一种斩波稳定霍尔集成电路，它提供了一种在温度下具有卓越灵敏度稳定性的磁感应解决方案，并集成了保护功能。0-2-V模拟输出与外加磁通密度线性响应，并区分磁场方向的极性。内部保护功能用于反向供电条件、负载卸载和输出短路或过电流。

DRV5053装置是一种斩波稳定霍尔传感器，具有用于磁感应应用的模拟输出。请注意，当向VCC（相对于GND）施加约-22至2.4 V电压时，DRV5053设备将不工作。此外，该设备可以承受高达40V的电源电压的瞬态持续时间。输出电压取决于垂直于封装的磁场。没有磁场将导致OUT=1 V。磁场将导致输出电压随磁场线性变化

字段。磁场极性定义如下：靠近包装标记侧的南极为正磁场。靠近包裹标记侧的北极是一个负磁场。对于负灵敏度的器件（即DRV5053RA：–40 mV/mT），南极将导致输出电压降至1 V以下，而北极将导致输出电压升至1 V以上。对于具有正灵敏度的设备（即DRV5053EA:40 mV/mT），南极将导致输出电压升高到1 V以上，北极将导致输出电压降到1V以下。

LM35型

LM35系列是精密集成电路温度器件，其输出电压与摄氏温度成线性比例。与以开尔文（Kelvin）校准的线性温度传感器相比，LM35器件具有优势，因为用户不需要从输出中减去很大的恒定电压来获得方便的摄氏度刻度。LM35设备不需要任何外部校准或微调，以在室温下提供±¼°C和−55°C至150°C温度范围内提供±¾°C的典型精度。通过在晶圆级进行微调和校准，可以确保较低的成本。线性读出电路和线性输出接口使输出更容易精确。该设备与单电源或正负电源一起使用。由于LM35设备仅从电源中吸取60µA的热量，因此在静止空气中的自加热能力非常低，低于0.1°C。LM35设备的额定工作温度范围为−55°C至150°C，而LM35C设备的额定温度范围为−40°C至110°C（−10°且精度提高）。LM35系列器件封装在密封到晶体管封装中，而LM35C、LM35CA和LM35D器件可采用塑料TO-92晶体管封装。LM35D设备有8引线表面安装小外形封装和塑料TO-220封装。