Komposisi keseluruhan dari termometer inframerah berdasarkan STM32 chip tunggal komputer
Karena sistem ini perlu mengukur suhu permukaan benda bersuhu tinggi, sistem ini mengadopsi skema pengukuran suhu kolorimetri, yang menggunakan karakteristik bahwa rasio cahaya monokromatik dari objek yang sama di bawah dua panjang gelombang bervariasi sesuai dengan suhu sebagai prinsip pengukuran suhu. . Struktur termometer inframerah ditunjukkan pada Gambar 1. Ini terutama terdiri dari sistem optik, detektor inframerah, pemrosesan sinyal dan output display. Sistem optik melengkapi pengumpulan cahaya dan penentuan bidang pandang.Deteksi inframerah digunakan untuk mengubah energi inframerah yang terfokus pada detektor menjadi sinyal listrik, yang diperkuat dan disaring untuk pengkondisian sinyal, dan kemudian dikirim ke mikrokontroler untuk konversi analog ke digital Dan pemrosesan sinyal, dan akhirnya setelah kompensasi dan kalibrasi suhu, itu diubah menjadi suhu target yang diukur dan ditampilkan pada LCD.
1. Mikrokontroler STM32
Seri STM32 didasarkan pada inti ARM Cortex-M3 yang dirancang khusus untuk aplikasi tertanam yang membutuhkan kinerja tinggi, biaya rendah, dan konsumsi daya rendah. Dengan 512 KB memori Flash berkecepatan tinggi, ia mengintegrasikan tiga ADC 12-bit, satu DAC 2-channel 2-bit, dan hingga 11 timer, di mana ada dua 16-bit dengan kontrol zona mati dan rem darurat , Timer kontrol lanjutan PWM untuk kontrol motor. Gunakan pengontrol ini untuk melakukan tugas pemrosesan data dengan cepat seperti pemfilteran digital dan kompensasi suhu.
2. Sistem optik
Bagian ini menggunakan sistem Newtonian khas dalam sistem optik reflektif. Dibandingkan dengan kehilangan energi cahaya gabungan transmisif dan transmisif-refleksi, sistem ini tidak memiliki aberasi kromatik, struktur sederhana, dan pemrosesan yang mudah.
3. Desain detektor dan helikopter
Sistem ini menggunakan sensor piroelektrik. Komponen inti dari sensor piroelektrik-bahan piroelektrik saat ini terutama mencakup timbal zirkonat titanat PZT, barium strontium titanate (BST) dan timbal tantalum skandat (PST), dll. Pilihan di sini adalah menggunakan film BST. Dibandingkan dengan badan piroelektrik, film piroelektrik memiliki keunggulan kecil dan ringan, resolusi tinggi, respons cepat, dan kompatibilitas dengan teknologi mikroelektronika, karena radiasi yang diterima sangat lemah dan penguat DC Ada titik nol melayang, sehingga energi radiasi harus dimodulasi sebelum sinyal radiasi mencapai sensor untuk membuatnya menjadi sinyal bolak-balik. Disk modulasi sektor yang digunakan dalam sistem ini menggerakkan motor penggerak dengan sinyal gelombang persegi dengan siklus tugas 50% yang dihasilkan oleh port output PA8 dari modulator lebar pulsa STM32.
4. Pengondisian sinyal
Rangkaian amplifikasi sinyal dibagi menjadi sirkuit pra-amplifikasi dan sirkuit pasca amplifikasi. Terutama figur noise dari preamplifier memiliki efek yang menentukan pada noise dari keseluruhan sistem deteksi. Penguat yang digunakan dalam desain ini adalah OP07 yang diproduksi oleh MAXIM di Amerika Serikat.Op07 adalah penguat operasional offset ultra-rendah (biasanya sekitar 10 μV). Impedansi input mode umum dapat mencapai 200 MΩ, dan impedansi output hanya 60 Ω, yang dapat memenuhi Kebutuhan desain sistem. Karena kisaran sinyal input konverter STM32 A / D adalah 0-3,3 V, maka perlu untuk memilih perbesaran yang sesuai sehingga tegangan output yang sesuai selama pengukuran suhu tertinggi berada dalam 3,3 V.
Ketika sinyal diperkuat oleh amplifier, noise broadband-nya relatif besar, oleh karena itu, filter band-pass ditambahkan antara pre-amplifier dan post-amplifier untuk menekan noise broadband dan meningkatkan rasio signal-to-noise. Namun, bandwidth dari band-pass filter harus dibuat lebih luas, jika tidak ketika suhu berubah, spektrum frekuensi sinyal akan dengan mudah menyimpang dari passband filter dan menyebabkan kesalahan pengukuran. Sesuai dengan kebutuhan sistem ini, sistem ini mengadopsi filter bandpass tipe Butterworth orde kedua dengan frekuensi pusat 100 Hz dan bandwidth sekitar 20 Hz.
5. Sirkuit detektor
Detektor jenis sakelar elektronik digunakan dalam desain artikel ini. Dibandingkan dengan detektor tipe pengali analog, detektor ini memiliki keunggulan rangkaian sederhana, akurasi lebih tinggi, kecepatan lari cepat, dan tidak ada linearitas.
6. Unit kompensasi suhu
Karena pengaruh suhu sekitar, sistem harus dikompensasi suhu.Sistem ini menggunakan sensor suhu terintegrasi AD592, yang merupakan sensor suhu terintegrasi kinerja tinggi dari perusahaan AD di Amerika Serikat.Ini memiliki akurasi tinggi, kesalahan nonlinier kecil, dan jangkauan input. Kelonggaran dan keuntungan lainnya. Resistor R2 yang dapat diatur dalam sistem digunakan untuk mengkalibrasi tegangan output V2, ketika suhu sekitar 0, tegangan output V2 adalah 0; R5 digunakan untuk mengkalibrasi koefisien suhu. Setelah kalibrasi, tegangan output V2 adalah produk dari koefisien suhu dan suhu sekitar, yang terhubung ke port ADC PC0 dari STM32.
7. Unit konversi analog / digital
STM32 memiliki built-in 3 12-bit analog / digital converter (ADC), setiap ADC memiliki hingga 21 saluran eksternal, yang dapat mewujudkan konversi single-shot atau scan. Konversi pada input. Rentang pengukuran konverter A / D adalah 0 ~ 5 V. Karena frekuensi operasi sistem ini adalah 150 Hz, pengambilan sampel 10 kali per siklus, sehingga tingkat konversi ADC diatur ke 1,5 kHz, dan port PC1 digunakan dalam sistem untuk mengambil sampel tegangan.
8. Unit input dan output
STM32 memiliki sebanyak 80 port I / O dua arah yang multifungsi, jadi 5 kunci independen dapat digunakan saat mendesain keyboard, yang merupakan daya aktif, konversi suhu Celsius dan Fahrenheit, koreksi emisivitas, dan tombol tampilan lampu latar. Layar LCD mengadopsi tipe karakter kristal cair. NT7502 menunjukkan bahwa mikroprosesor mengirimkan data / perintah ke NT7502 melalui antarmuka serial 8-bit, dan menggunakan GPIO untuk merealisasikan waktu kontrol baca dan tulis dan sinyal data LCD, selesaikan kontrol operasi LCD, dan dapat digunakan untuk menampilkan nilai suhu sekitar.