基于MLX90615和STM32的多点红外测温系统设计

时间:2022-03-17作者:佚名

红外测温技术作为一种便捷、准确的非接触式测温技术而得到快速发展。红外测温可实现在其视场范围内对难以接触区域或危险区域进行连续、实时的温度监测,有效降低了测温作业的危险系数;且具有体积小、精度高、可组网及实时性能好等优点。本文采用数字式红外温度传感器MLX90615作为温度检测器件,以STM32微处理器为核心,设计实现多点红外温度测量系统。

该系统具有优点为:测温精度高;测量不影响温度场的分布;非接触式温度测量,降低危险系数;响应时间短,易于实现动态测量。

1 红外辐射测温基本原理

红外辐射是一种人眼不可见的光线,俗称红外线,它是介于可见光中红色光和微波之间的光线。由于带电粒子的运动,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,能量波长主要集中在0.6~15 μm波段。其辐射能量密度与温度的关系符合斯蒂芬-波尔兹曼辐射定律:

由式(1)可知,只要已知物体的温度及其辐射率,即可计算出它所发射的辐射功率。反之,如果测量出物体的辐射功率,即可确定物体的温度。红外传感器的输出信号是被测目标温度To 与传感器自身温度Ta 共同作用的结果:

式中:温度单位均为Kelvin;A 为仪器常数,与传感器的设计结构有关。

2 硬件设计

非接触式多点红外测温系统硬件部分主要由红外传感器组、微处理器、其他外围电路及PC组成。红外传感器将其视场范围内的红外辐射转化成数字信号,通过SMBus总线将数据传至STM32微处理器,微处理器与上位机进行串口通信,将温度数据显示在上位机。

2.1 红外传感器部分

传感器部分采用数字式红外传感器MLX90615ESG-DAA,该芯片是由Melexis 公司生产的高精度数字式测温芯片,具有PWM和SMBus两种输出方式,正常工作的环境温度范围是-40~85 ℃,被测对象温度范围是-40~115 ℃,若需更小的测温范围,可通过SMBus总线修改E2PROM 中相应控制字来改变这个范围,从而提高精度。发射率可设置0~1.0之间的任意值,可根据公式:

发射率=dec2hex[round(16 384×ε)] ,将0~1.0之间的任意浮点数ε 转换为16进制数,然后写入相应控制字。

MLX90615主要由红外热电堆传感器、低噪声放大器、16位模/数转换器和DSP单元等组成,其结构框图如图1所示。红外热电堆传感器将采集到的红外辐射转化为电信号,并经过低噪声放大器放大后送给模/数转换器。模数转换器输出的数字信号经FIR/IIR低通滤波器调理后送入数字信号处理器,数字信号处理器对数字信号运算处理后输出测量结果并保存在MLX90615内部RAM中,可以通过SMBus 或PWM 方式供主控CPU单元读取。

若干个红外传感器作为从器件,通过SMBus总线连接到微处理器,典型的SMBus配置如图2所示[3],SDA及SCL引脚皆需300 kΩ弱上拉。注意,MLX90615红外传感器支持7位地址,因此同一总线上的传感器数量最多为127个。

2.2 微处理器

微处理器采用基于ARM Cortex-M3的32位微控制器STM32F103C8T6.该微处理器具有高速可靠、温度范围宽、资源丰富、功耗低等优点,广泛应用于医疗保健、手持设备、电机控制等场合。STM32F103C8T6具有64 KB 的片内FLASH 存储器、32 个通用I/O 引脚、2 个10 路12位A/D转换器、3个通用定时器等外设资源和USART,I2C,SPI,CAN等通信接口,能够满足多点红外测温系统的设计要求。

3 软件设计

3.1 MLX90615的传输协议

SMBus数据传输协议为主设备与从设备之间的数据通讯提供了可能,该协议规定,在某一时刻总线上只能有一个主设备有效。主设备可通过“读数据”和“写数据”与从设备进行“交流”,其数据传输格式如图3、图4所示。其中,S为起始位,Slave Address 为从器件地址,Wr为写标志,Command 为命令字节,Rd为读标志,PEC为出错数据包,P为停止位。

相关阅读

城市广场灯光工程概述

城市广场灯光工程是科学与艺术的结合,塑造现代人工照明环境,营造自然、和谐、优美的夜景环境。白天和晚上给城市广场带来更好的效果,更好地展示城市广场的文化氛围。并丰富...
2022-08-10
城市广场灯光工程概述

照明工程节能的关键点是在照明设计

节约能源-作为能源科技中一项重大课题应该绝对引起国家重视。在照明节能方面要拟定长远的发展规划。无论从政策法规(包括新的照能节能标准和规范制定)技术研发、推广教育诸...
2022-07-15

景观亮化工程施工要注意什么

伴随着新时代迅猛的发展壮大,城市的靓丽风景,及其灯光效果的照射,是城市一道最美丽的风景现像。 景观亮化工程 带给我们提供漂亮的与此同时,也推动城市经济的发展壮大。商...
2022-10-18
景观亮化工程施工要注意什么

大桥夜景亮化设计都要考虑哪些因素?

从某种意义上说,桥梁不仅仅是一种交通工具,更是桥梁设计师的艺术作品。如何防止这种设计不慎的艺术品在夜晚被黑暗吞噬,如何让美丽的建筑桥梁在夜晚绽放出独特的光芒,成为...
2022-07-27
大桥夜景亮化设计都要考虑哪些因素?

广场景观照明各元素巧妙应用

广场作为城市空间的一部分,是宣传和展示城市经济、文化、民俗的窗口,是人们夜间室外活动空间构架的主要部分,因此,有必要对其进行景观照明 。城市广场包含元素众多,如何由...
2022-07-15

热销商品

电工胶带绝缘胶带PVC电胶布防水阻燃超粘耐温黑胶布汽车线束胶带

电工胶带是一款专业的电力电工用材,具备绝缘、PVC材质特性,可有效保障电气线路绝缘性能,防止电流外泄引发漏电风险。其采用防水、阻燃、超粘、耐温等设计,能适应复杂...
¥ 2.4

国标包塑金属软管穿线波纹管电线套管蛇皮护线管16 20 25 4分 6分

国标包塑金属软管(又称穿线波纹管、电线套管、蛇皮护线管)是一种广泛应用于电气布线、机械设备及自动化系统中的柔性保护套管。其内层为优质镀锌钢带,外层覆以阻燃PV...
¥ 1.2

四氟包覆/FEP/PTFE包覆胶O型圈全氟醛FFKMO型圈耐化学腐蚀氟胶

四氟包覆(FEP/PTFE)O型圈及全氟醚(FFKM)O型圈是高性能密封解决方案,专为极端化学环境设计。FEP或PTFE包覆氟橡胶(FKM)芯材的O型圈兼具外层优异的耐化学腐蚀性、抗溶胀性...
¥ 5

管卡安装片 排水管固定悬吊卡丝固定件 角钢角码连接底座 方钢卡

管卡安装片、排水管固定悬吊卡、丝固定件、角钢、角码、连接底座及方钢卡是建筑给排水系统中常用的管道固定与支撑组件。这些配件通过组合使用,可牢固固定各类排水...
¥ 0.8

雷士照明嵌入式led筒灯高显色RA95全铝家用天花吊顶桶灯孔灯米月

该款雷士照明嵌入式LED筒灯融合高显色(RA95)技术,具备出色光线表现,能精准还原不同色光环境,使光源色彩还原度高、视觉细腻,显著提升照明效果。采用全铝材质制作,耐用性...
¥ 8.36

网站栏目