基于STM32的红外测温仪的研制

　　红 外 测 温 仪 是 一 种 将 红 外 技 术 与 微 电 子 技 术 相 结合的新型温度测量仪器。 与传统接触式测温仪器相比，具有测温精度高、非接触、不影响被测对象温度场、响应速度快及稳定性好等一系列优点 ，在电力、石油 、化工、医疗等领域得到广泛应用[ 1]。

　　热 释 电 红 外 测 温 仪 是 利 用 热 释 电 效 应 工 作 的 一 种新型红外测温仪。 与其他传统测温仪相比，具有不需制冷、能在室温下工作 和光 谱响应 宽等 优点 ，且其灵 敏度高、响应速度快、抗干扰能力强[ 2]。 本文利用热释电探测器，结合 32 bit ARM 核处 理器低 功耗 、高性 能和低 成本的优点， 设计了一个以 ARM 微控制器 STM32 为核心的红外测温仪。

　　1 红外测温的原理

　　一 切 温 度 高 于 绝 对 零 度 的 物 体 都 在 不 停 地 向 周 围空间发出红外辐射能量，其辐射能量的大小及其波长的分布与其表面温度有密切关系， 由维恩位移定律可知，温度为 Tc, 的物体 ， 对应于波长为 λ1和 λ2的单色辐射功率之比 Z 由下式表示：

　　2 总体构成

　　由于本系统需要测量的是高温物体的表面温度 ，故采用比色测温方案，即利用同一被测物体在两个波长下的单 色辐 射亮度 之比 随温度 变化 这一 特性 作 为 其 测 温原理。 红外测温仪的结构组成如图 1 所示，主要由光学系统、红外探测器、信号处理和显示输出等部分组成。光学系统完成光线的收集和视场大小的确定，红外探测器用来将聚焦在探测器上的红外能量转换成电信号，经放大、滤波等进行信 号调理 ，然后 送至 微控制 器进 行模 数转换及信号处理，最后再经温度补偿和标定后转换为被测目标的温度并用 LCD 显示出来。

　　2.1 微控制器 STM32

　　STM32 系 列 基 于 为 要 求 高 性 能 、 低 成 本 、 低 功 耗 的嵌入式 应用 专门 设 计 的 ARM Cortex-M3 内 核 。 并 带 有512 KB 的高速 Flash 存储器 ， 其内部集成了 3 个 12 bit 的ADC ，1 个 2 通道 12 bit DAC ， 有多达 11 个定时器 ， 其中有两个 16 bit 带死区控制和紧急刹车， 用于电机控制的PWM 高级控制定时器 。 利用此控制器可快速进行数字滤波、温度补偿等数据处理任务　[ 3]。

　　2.2 光学系统

　　这 部 分 采 用 的 是 反 射 式 光 学 系 统 中 典 型 的 牛 顿 系统， 这种系统相对于透射式和透 射--反 射组合 式光 能损失小、不存在色差、结构简单、易于加工。

　　2.3 探测器及斩波器设计

　　本系统采用的是热释电传感器，目前热释电传感器的核心元件———热释电材料主要有锆钛酸 铅 PZT、钛 酸锶 钡(BST)和 钽 钪 酸 铅(PST)等,在 这 里 选 择 是 用 BST 薄膜，热释电薄膜相对于热释电体材，具有小型轻量、分辨率高、反应快、能与微电子技术兼容等优点，因接受到的辐射很微弱且直流放大器存在零点漂移，故在辐射信号到达传感器器前必须对辐射能进行调制，使其变为交变信号。 本 系统使 用的 扇形 调制盘 由 STM32 的 脉宽调 制器输出口 PA8 产生 的占 空比为 50%的方 波信 号驱动 步进电机。