La composición general del termómetro infrarrojo basado en el microcontrolador STM32
Debido a que el sistema necesita medir la temperatura de la superficie de los objetos de alta temperatura, se adopta el esquema de medición de temperatura colorimétrica, es decir, la característica de la relación de la radiación monocromática del mismo objeto medido en dos longitudes de onda con cambios de temperatura como su principio de medición de temperatura . La estructura del termómetro infrarrojo se muestra en la Figura 1, que se compone principalmente de sistema óptico, detector infrarrojo, procesamiento de señal y salida de pantalla. El sistema óptico completa la recolección de luz y la determinación del tamaño del campo de visión.El detector de infrarrojos se utiliza para convertir la energía infrarroja enfocada en el detector en una señal eléctrica, que se amplifica, filtra, etc. para acondicionar la señal, y luego se envía al microcontrolador para la conversión de analógico a digital. Y el procesamiento de la señal, y finalmente se convierte a la temperatura del objetivo medido después de la compensación de temperatura y la calibración y se muestra en la pantalla LCD.
1. Microcontrolador STM32
La serie STM32 se basa en el núcleo ARM Cortex-M3 diseñado específicamente para aplicaciones integradas que requieren alto rendimiento, bajo costo y bajo consumo de energía. Y con 512 KB de memoria Flash de alta velocidad, que integra tres ADC de 12 bits, un DAC de 2 canales y 12 bits, hay hasta 11 temporizadores, incluidos dos de 16 bits con control de zona muerta y frenado de emergencia , Temporizador de control avanzado PWM para control de motor. Con este controlador, puede realizar rápidamente tareas de procesamiento de datos como el filtrado digital y la compensación de temperatura.
2. sistema óptico
Esta parte adopta el sistema típico de Newton en el sistema óptico reflectante.En comparación con la pérdida combinada de energía de transmisión transmisiva y reflexiva reflectante, no hay aberración cromática, estructura simple y procesamiento fácil.
3. Diseño de detector y chopper.
El sistema utiliza un sensor piroeléctrico. En la actualidad, los componentes centrales de los sensores piroeléctricos: los materiales piroeléctricos incluyen principalmente titanato de circonato de plomo PZT, titanato de bario y estroncio (BST) y fechada de exploración de plomo y tantalio (PST). La opción aquí es usar película BST. En comparación con el material del cuerpo piroeléctrico, la película piroeléctrica tiene las ventajas de pequeño tamaño, peso ligero, alta resolución, respuesta rápida y compatibilidad con la tecnología microelectrónica. Debido a la débil radiación recibida y al amplificador de CC Hay una deriva cero, por lo que la energía radiante debe ser modulada antes de que llegue al sensor, convirtiéndola en una señal alterna. El disco de modulación de sector utilizado en este sistema es impulsado por una señal de onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50% generado por el puerto de salida PA8 del modulador de ancho de pulso de STM32.
4. Acondicionamiento de señal
El circuito amplificador de señal se divide en circuito preamplificador y circuito posterior al amplificador. En particular, la figura de ruido del preamplificador tiene un efecto decisivo sobre el ruido de todo el sistema de detección. El amplificador utilizado en este diseño es OP07 producido por la compañía estadounidense MAXIM. OP07 es un amplificador operacional de compensación ultrabaja (generalmente alrededor de 10 μV). Su impedancia de entrada de modo común puede alcanzar los 200 MΩ, y la impedancia de salida es de solo 60 Ω, que puede cumplir Necesidades de diseño del sistema. Dado que el rango de la señal de entrada del convertidor A / D de STM32 es de 0 a 3.3 V, es necesario seleccionar un factor de aumento apropiado para que el voltaje de salida correspondiente en la medición de temperatura más alta esté dentro de 3.3 V.
Cuando el amplificador amplifica la señal, su ruido de banda ancha es grande, por lo tanto, se agrega un filtro de paso de banda entre el preamplificador y el posamplificador para suprimir el ruido de banda ancha y mejorar la relación señal / ruido. Pero el ancho de banda del filtro de paso de banda debe ampliarse, de lo contrario, cuando la temperatura cambie, el espectro de la señal se desviará fácilmente de la banda de paso del filtro y causará errores de medición. De acuerdo con las necesidades del sistema, el sistema utiliza un filtro de paso de banda Butterworth de segundo orden, cuya frecuencia central está diseñada para ser de 100 Hz, y el ancho de banda es de aproximadamente 20 Hz.
5. Circuito de detección
El detector de interruptor electrónico se utiliza en el diseño de este artículo y, en comparación con el detector multiplicador analógico, tiene las ventajas de un circuito simple, mayor precisión, velocidad de funcionamiento rápida y no linealidad.
6. Unidad de compensación de temperatura
Debido a la influencia de la temperatura ambiente, es necesario realizar una compensación de temperatura en el sistema. El sistema utiliza el sensor de temperatura integrado AD592, que es un sensor de temperatura integrado de alto rendimiento de la compañía estadounidense AD. Tiene alta precisión, bajo error no lineal y rango de entrada. Amplias y otras ventajas. La resistencia ajustable R2 en el sistema se usa para calibrar el voltaje de salida V2. Cuando la temperatura ambiente es 0, el voltaje de salida V2 es 0; R5 se usa para calibrar el coeficiente de temperatura. Después de la calibración, el voltaje de salida V2 es el producto del coeficiente de temperatura y la temperatura ambiente, y se conecta al puerto ADC PC0 de STM32.
7. Unidad de conversión analógica / digital
STM32 tiene incorporados tres convertidores analógicos / digitales de 12 bits (ADC). Cada ADC tiene hasta 21 canales externos, que pueden realizar conversiones simples o de exploración. En el modo de exploración, realiza automáticamente un conjunto seleccionado de analógico Conversión en entrada. El rango de medición de su convertidor A / D es de 0 ~ 5 V. Debido a que la frecuencia de operación de este sistema es de 150 Hz y se muestrea 10 veces por ciclo, la tasa de conversión del ADC se establece en 1.5 kHz, y el puerto PC1 se usa para muestrear el voltaje en el sistema.
8. Unidad de entrada y salida
STM32 tiene hasta 80 puertos de E / S bidireccionales multifunción, por lo que se pueden usar 5 teclas independientes al diseñar el teclado, que son encendido, conversión de temperatura Celsius y Fahrenheit, corrección de emisividad y teclas de retroiluminación. NT7502 muestra que el microprocesador envía datos / comandos al NT7502 a través de la interfaz en serie de 8 bits, y utiliza GPIO para realizar la sincronización de control de lectura y escritura del LCD y las señales de datos para completar el control de operación del LCD y también se puede usar para mostrar el valor de la temperatura ambiente.