基于STM32單片機的紅外測溫儀的設計與實現

2.6 溫度補償單元

由于受到環境溫度的影響，需要對系統進行溫度補償，本系統采用的是集成溫度傳感器AD592，是美國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、輸入的范圍寬等優點。系統中的可調電阻R2用來校準輸出電壓V2，當環境溫度為0時輸出電壓V2為0;R5用來校準溫度系數。經校準后，輸出電壓V2即為溫度系數與環境溫度的積，接到STM32的ADC端口PC0。

2.7 模擬/數字轉換單元

STM32內置了3個12 bit的模擬/數字轉換器(ADC),每個ADC共有多達21個外部通道，可以實現單次或掃描轉換，在掃描模式下，自動進行在選定的一組模擬輸入上的轉換[5]。其A/D轉換器測量范圍為0~5 V，因為本系統的工作頻率為150 Hz，每周期采樣10次，所以ADC的轉換速率設為1.5 kHz，系統中采用PC1端口對電壓進行采樣。

2.8 輸入輸出單元

STM32擁有多達80個多功能雙向I/O口，因此設計鍵盤時可采用5個獨立式按鍵，分別為開機、攝氏與華氏溫度轉換、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發送數據/命令,用GPIO實現LCD的讀寫控制時序以及數據信號，完成對LCD的操作控制，同時可用來顯示環境溫度的值。液晶顯示器接口電路如圖3所示。

3 系統的軟件設計

系統的軟件設計采用模塊化的設計， 包括步進電機設計的控制程序、對目標溫度的檢測、按鍵的識別、LCD的驅動、對數據的采樣以及對數據的處理算法等程序。整個測溫過程的流程如圖4 所示。

4 紅外測溫儀的標定

紅外測溫儀必須經標定才能正確顯示出被測目標的溫度，傳統的查表方式和擬合曲線法等標定方式不僅要測量多個溫度點，而且精度低、誤差大。本系統在標定的過程中，采用了三層BP神經網絡算法對測溫數據進行標定，其具有自學習、自適應信息并行處理能力。在標定過程中，采用黑體爐模擬被測目標，采集不同溫度下信號電壓的大小。經過反復多次測量，在10℃~50℃的工作環境溫度中，測溫范圍為800℃~1 500℃。并在中頻真空感應熔煉爐上與鉑銠熱電偶進行對比實驗，該系統精度可達±1‰，分辨率為0.5 ℃，響應時間小于50 ms，基本滿足系統的最初設計要求。

本文研制的是一種基于比色測溫原理的紅外測溫儀，與其他測溫儀相比，能夠抵消由于輻射率對測溫精度的影響，使得測量結果更加接近待測物體表面真實溫度，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，使數據處理能力大大增強，測溫性能得到很大提高，同時也減小了測溫儀的體積，并具有結構簡單、操作方便、可靠性好、價格低等優點。