基于MLX90614的汽车玻璃防雾控制器的设计

摘 要：通过描述汽车挡风玻璃起雾在汽车行驶中的危害性,引出以MLX90614为传感器的汽车玻璃智能防雾控制器。根据对汽车挡风玻璃起雾的原因分析，建立了以温度为核心因素的检测系统，来达到快速、准确汽车玻璃防雾的功能。

引言
随着经济收入与汽车产业的迅速发展,隐患也随之而来。因汽车挡风玻璃起雾而导致汽车驾驶员在驾驶过程中视线模糊造成交通事故的主要原因之一。当今，有很多型号的车都有除雾档位，然而，驾驶员对HVAC系统的使用时机不当同样会造成大量能源消耗或者事故的发生。由此可见，智能除雾是不单独是一个驾驶安全的保证，并且也节省了汽车的能耗。本文是通过对汽车玻璃起雾的原因分析，选配适当的传感器，来实现智能检测汽车挡风玻璃起雾控制器。

1、检测原理
大气中的水分达到了饱和状态后,在空气中附在尘土上面就形成水滴或者雾气,附在玻璃上面就形成所谓的雾.这是因为空气重的露点很高,空气中的湿度遇到冰冷的固体后形成了饱和状态。可见，挡风玻璃上面形成的雾最主要的原因是挡风玻璃的温度下降并至于车厢内空气露点的温度。

我们可以根据这个原理，通过MLX90614传感器实时监测车厢内的温度。MLX90614传感器是迈来芯公司专为空间区域温度检测而定制的产品，TO-39封装内集成了对红外灵敏的热电堆探测器芯片和信号处理ASSP（专用集成电路）芯片。由于集成了低噪声放大器，17位ADC和强大的DSP单元，使得高精度的温度计得以实现。它具有体较小、成本低等特点，出厂校准温度范围宽，在0-50℃范围内精度可达到0.5℃，单电压3V/5V，采用SMBUS/PWM接口，产品等级符合车用标准，出厂设置为SMBus输出，在整个温度测量范围内的分辨率为0.02°C。


图1. MLX90614传感器


图2. MLX90614精度表格

从以上分析，采用MLX90614传感器完全可以满足要求。

2、硬件电路设计
在汽车玻璃智能防雾控制器上，硬件电路主要包括电源LDO电路、主控制器电路、基于MLX90614传感器检测电路等组成。


图3. 系统组成框图

2.1、LDO电路
在汽车玻璃智能防雾控制器中，采用是48V降压至5V，然经过专用的LDO芯片，达到理想的电压。在本方案中，我们采用了集RN5RT33AATR芯片降至3.3V。


图4. LDO滤波电路

2.2、MLX90614传感器驱动电路
作为本文中关键器件MLX90614传感器，支持SMBUS和PWM接口方式。本文均把这两种方式列出。但是我们推荐SMBUS方式，因为这是兼容汽车接口。

图5. MLX90614的PWM输出驱动电路

MLX90614有钳位二极管，连接SDA/SCL和VDD之间，以提供给MLX90614器件电源，而使SMBUS线不成为负载。


图6. MLX90614的SMbus输出驱动电路

在EEPROM配置为PWM，POR之后，PWM模式是自由运行的。对于PWM工作模式，SCL引脚必须为高电平。

2.3、MCU电路设计
在本方案中，我们选用了性价比较高的瑞萨单片机作为MCU，其型号为R5F101AG。主控制器主要完成了与MLX90614的驱动与通信、数据分析与处理。


图7. 主控器电路

3、软件设计
在软件设计方面，主要包括初始化、MLX90614的配置、MLX90614数据读取与温度计算等。

void main()
{  uint Tem;        //温度变量    uint Temh;
SCK=1;
SDA=1;
delay(4);
SCK=0;
delay(1000);
SCK=1;  
screen_initial();     
while(1)  {
  Tem=readtemp();      //读取温度  
  display(Tem);        //显示温度
  Temh=wreadtemp();
  displayw(Temh);
  delay(10000);
} }
4、结论
MLX90614是一款适合于区域温度检测应用的片上系统传感器。此芯片是专门为汽车领域应用所设计，当然同样也适用于基于区域温度检测方面的应用。本文设计的汽车玻璃智能防雾控制器就是一个典型的例子。