基于STM32單片機(jī)的紅外測(cè)溫儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.6 溫度補(bǔ)償單元
由于受到環(huán)境溫度的影響,需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償,本系統(tǒng)采用的是集成溫度傳感器AD592,是美國(guó)AD公司的一款高性能集成溫度傳感器,具有精度高、非線性的誤差小、輸入的范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中的可調(diào)電阻R2用來校準(zhǔn)輸出電壓V2,當(dāng)環(huán)境溫度為0時(shí)輸出電壓V2為0;R5用來校準(zhǔn)溫度系數(shù)。經(jīng)校準(zhǔn)后,輸出電壓V2即為溫度系數(shù)與環(huán)境溫度的積,接到STM32的ADC端口PC0。
2.7 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元
STM32內(nèi)置了3個(gè)12 bit的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC),每個(gè)ADC共有多達(dá)21個(gè)外部通道,可以實(shí)現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換,在掃描模式下,自動(dòng)進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換[5]。其A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量范圍為0~5 V,因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的工作頻率為150 Hz,每周期采樣10次,所以ADC的轉(zhuǎn)換速率設(shè)為1.5 kHz,系統(tǒng)中采用PC1端口對(duì)電壓進(jìn)行采樣。
2.8 輸入輸出單元
STM32擁有多達(dá)80個(gè)多功能雙向I/O口,因此設(shè)計(jì)鍵盤時(shí)可采用5個(gè)獨(dú)立式按鍵,分別為開機(jī)、攝氏與華氏溫度轉(zhuǎn)換、輻射率修正和背光顯示鍵,LCD顯示器采用字符型液晶NT7502顯示,微處理器通過8 bit串行接口向NT7502發(fā)送數(shù)據(jù)/命令,用GPIO實(shí)現(xiàn)LCD的讀寫控制時(shí)序以及數(shù)據(jù)信號(hào),完成對(duì)LCD的操作控制,同時(shí)可用來顯示環(huán)境溫度的值。液晶顯示器接口電路如圖3所示。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì), 包括步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的控制程序、對(duì)目標(biāo)溫度的檢測(cè)、按鍵的識(shí)別、LCD的驅(qū)動(dòng)、對(duì)數(shù)據(jù)的采樣以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理算法等程序。整個(gè)測(cè)溫過程的流程如圖4 所示。
紅外測(cè)溫儀必須經(jīng)標(biāo)定才能正確顯示出被測(cè)目標(biāo)的溫度,傳統(tǒng)的查表方式和擬合曲線法等標(biāo)定方式不僅要測(cè)量多個(gè)溫度點(diǎn),而且精度低、誤差大。本系統(tǒng)在標(biāo)定的過程中,采用了三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定,其具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)信息并行處理能力。在標(biāo)定過程中,采用黑體爐模擬被測(cè)目標(biāo),采集不同溫度下信號(hào)電壓的大小。經(jīng)過反復(fù)多次測(cè)量,在10℃~50℃的工作環(huán)境溫度中,測(cè)溫范圍為800℃~1 500℃。并在中頻真空感應(yīng)熔煉爐上與鉑銠熱電偶進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),該系統(tǒng)精度可達(dá)±1‰,分辨率為0.5 ℃,響應(yīng)時(shí)間小于50 ms,基本滿足系統(tǒng)的最初設(shè)計(jì)要求。
本文研制的是一種基于比色測(cè)溫原理的紅外測(cè)溫儀,與其他測(cè)溫儀相比,能夠抵消由于輻射率對(duì)測(cè)溫精度的影響,使得測(cè)量結(jié)果更加接近待測(cè)物體表面真實(shí)溫度,由于采用了32 bit的STM32作為處理芯片,與其他使用8 bit或16 bit處理器相比,使數(shù)據(jù)處理能力大大增強(qiáng),測(cè)溫性能得到很大提高,同時(shí)也減小了測(cè)溫儀的體積,并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)論