為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面溫度的監(jiān)控,找準(zhǔn)物體的發(fā)熱點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)基于紅外陣列傳感器MLX90640,以STM32F401RCT6為核心,通過(guò)I2C讀取ML90640所采集到的目標(biāo)溫度值,通過(guò)DMA串口傳給上位機(jī)軟件,上位機(jī)軟件對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可實(shí)時(shí)顯示測(cè)量區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明,系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的768個(gè)溫度點(diǎn)的溫度變化情況,準(zhǔn)確定位發(fā)熱點(diǎn)位置。采用非接觸式測(cè)溫方式,便于安裝使用。 

【文章來(lái)源】：信息通信. 2020,(03)

【文章頁(yè)數(shù)】：3 頁(yè)

【部分圖文】：

MLX90640內(nèi)部框圖

唬?被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域[1]。目前，市場(chǎng)上常用的溫度檢測(cè)儀器大多數(shù)都是單點(diǎn)手動(dòng)測(cè)量，溫度信息傳輸不及時(shí)，精度不夠[2]。而能達(dá)到性能要求的非接觸式紅外探測(cè)器的成本較高。針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了以MLX90640紅外陣列傳感器進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，以STM32F401為核心的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。讀取MLX90640的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)DMA串口實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)軟件的動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，便于對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、分析和處理。該系統(tǒng)具有成本低、體積孝測(cè)溫精度高的優(yōu)點(diǎn)。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示，動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由兩大部分組成：基于STM32F401為核心的溫度采集裝置的設(shè)計(jì)和基于VistulStu-dio2017的上位機(jī)數(shù)據(jù)接收、處理與分析軟件設(shè)計(jì)。溫度傳感器選用具有768像元的紅外探測(cè)器MLX90640，傳感器通過(guò)硬件I2C把采集到的溫度數(shù)據(jù)傳給MCU，STM32F401作為主控核心完成對(duì)多點(diǎn)溫度的轉(zhuǎn)換計(jì)算，硬件電路通過(guò)DMA串口與PC機(jī)通信，將768個(gè)像元的溫度數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)軟件，上位機(jī)軟件可顯示768個(gè)探測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度值，根據(jù)不同溫度區(qū)間顯示不同灰度值，方便用戶(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2硬件設(shè)計(jì)2.1MLX90614工作原理MLX90614是一款小尺寸、低成本、32x24像素紅外陣列傳感器，工作電壓3.3~5V，正常工作溫度在-40℃~85℃，測(cè)量目標(biāo)的溫度在-40℃~300℃。有兩種視場(chǎng)（FOV）可供用戶(hù)選擇，分別是55°x35°和110°x75°，本文所使用的FOV是55°x35°，探測(cè)器每個(gè)像元轉(zhuǎn)換得到的溫度數(shù)據(jù)都是其視場(chǎng)內(nèi)所有物體的平均溫度。MLX90640的內(nèi)部框圖如圖2所示，MLX90640測(cè)得的768個(gè)目標(biāo)區(qū)域溫度、傳感器溫?

PI接口，能夠滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。3軟件設(shè)計(jì)3.1Mlx90640傳輸協(xié)議通過(guò)i2c協(xié)議完成主從設(shè)備之間的通訊，主設(shè)備可通過(guò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)與從設(shè)備進(jìn)行交流，數(shù)據(jù)傳輸格式如圖所示，其中S為起始位，Slaveaddress為從機(jī)地址，Wr為寫(xiě)標(biāo)志，A為應(yīng)答信號(hào)，MSaddress為寄存器地址高8位，LSaddress為寄存器地址低8位，MSdata為高8位數(shù)據(jù)，LSdata為低8位數(shù)據(jù)，Rd為讀標(biāo)志，NAK為非應(yīng)答，P為停止信號(hào)，其中最后的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)次數(shù)沒(méi)有限制[4]。寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)如圖3所示，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，主機(jī)向從機(jī)發(fā)送一個(gè)停止傳輸信號(hào)（P），表示不再傳輸數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)時(shí)如圖4所示，當(dāng)主機(jī)希望停止接收數(shù)據(jù)時(shí)，就向從機(jī)返回一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)（NACK），則從機(jī)自動(dòng)停止數(shù)據(jù)傳輸。Mlx90640的從機(jī)地址為0x33，由于采用7位地址模式，設(shè)備地址最后一位為讀寫(xiě)控制位，讀設(shè)備時(shí)為1，寫(xiě)設(shè)備時(shí)為0，因此通過(guò)I2C寫(xiě)入的設(shè)備地址并非0x33，而是0x66，讀過(guò)程第二次寫(xiě)入的從機(jī)地址為0x67。圖3寫(xiě)數(shù)據(jù)格式圖4讀數(shù)據(jù)格式3.2溫度測(cè)量流程芯片根據(jù)設(shè)定的刷新頻率4Hz掃描768個(gè)像元，并利用存儲(chǔ)在EEPROM中的校準(zhǔn)常數(shù)計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的測(cè)溫?cái)?shù)值，其工作流程如圖５所示，芯片上電后，延時(shí)80ms，把EEPROM中校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入RAM中用來(lái)后續(xù)的溫度計(jì)算，開(kāi)啟DMA串口之后，開(kāi)始按第0子幀，第1子幀的順序循環(huán)采集目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)，幀間隔為250ms，把從RAM采集到的原始溫度數(shù)據(jù)代入算法函數(shù)計(jì)算得到16進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)，把溫度數(shù)據(jù)再傳給上位機(jī)軟件，由于溫度計(jì)算函數(shù)和溫度采集函數(shù)加上串口傳輸?shù)臅r(shí)間大于250ms，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于MLX90621的電梯電機(jī)及控制回路溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 王維佳,喻青,段航,易勇強(qiáng).  工業(yè)安全與環(huán)保. 2019(03)
[2]基于MLX90621紅外傳感器的開(kāi)關(guān)柜溫度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 孫宇貞,胡超,方永輝.  紅外. 2016(12)
[3]基于單片機(jī)八路溫度巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 郭偉,潘巍.  職業(yè). 2011(03)
[4]基于單總線的智能多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 李金鳳,葛良全,吳建平,郝俊勝.  傳感器與微系統(tǒng). 2007(11)



本文編號(hào)：3228310