红外测温仪是一种将红外技能与微电子技能相结合的新式温度丈量仪器。与传统触摸式测温仪器比较，具有测温精度高、非触摸、不影响被测方针温度场、呼应速度快及稳定性好等一系列长处，在电力、石油、化工、医疗等范畴得到广泛运用[1]。
热释电红外测温仪是运用热释电效应作业的一种新式红外测温仪。与其他传统测温仪比较，具有不需制冷、能在室温下作业和光谱呼应宽等长处，且其灵敏度高、呼应速度快、抗干扰才能强[2]。本文运用热释电探测器，结合32 bit ARM核处理器低功耗、高功能和低成本的长处，规划了一个以ARM微操控器STM32为中心的红外测温仪。
1 红外测温的原理
全部温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间宣布红外辐射能量，其辐射能量的巨细及其波长的散布与其外表温度有密切关系，由维恩位移规律可知，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 由下式表明：
2 整体构成
因为本体系需求丈量的是高温物体的外表温度，故选用比色测温计划，即运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改变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，首要由光学体系、红外探测器、信号处理和显现输出等部分组成。光学体系完结光线的搜集和视场巨细的确认，红外探测器用来将聚集在探测器上的红外能量转化成电信号，经扩大、滤波等进行信号调度，然后送至微操控器进行模数转化及信号处理，最终再经温度补偿和标定后转化为被测方针的温度并用LCD显现出来。
2.1 微操控器STM32
STM32系列依据为要求高功能、低成本、低功耗的嵌入式运用专门规划的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带死区操控和紧迫刹车，用于电机操控的PWM高档操控定时器。运用此操控器可快速进行数字滤波、温度补偿等数据处理使命[3]。
2.2 光学体系
这部分选用的是反射式光学体系中典型的牛顿体系，这种体系相对于透射式和透射–反射组合式光能丢失小、不存在色差、结构简略、易于加工。
2.3 探测器及斩波器规划
本体系选用的是热释电传感器，现在热释电传感器的中心元件——热释电资料首要有锆钛酸铅PZT、钛酸锶钡(BST)和钽钪酸铅(PST)等,在这里挑选是用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、反响快、能与微电子技能兼容等长处，因接遭到的辐射很弱小且直流扩大器存在零点漂移，故在辐射信号抵达传感器器前有必要对辐射能进行调制，使其变为交变信号。本体系运用的扇形调制盘由STM32的脉宽调制器输出口PA8发生的占空比为50%的方波信号驱动步进电机。
2.4 信号的调度
信号的扩大电路分为前置扩大电路和后级扩大电路。尤其是前置扩大器的噪声系数对整个检测体系的噪声具有决定性效果。本规划选用的扩大器是美国MAXIM公司出产的OP07， OP07是一种超低失调的运算扩大器(一般为10 μV左右),其共模输入阻抗可达200 MΩ，输出阻抗仅为60 Ω,可满意体系规划需求。因为STM32的A/D转化器输入信号规模为0～3.3 V，需挑选适宜的扩大倍数,使最高测温时对应的输出电压在3.3 V内。
当信号经扩大器扩大后，其宽带噪声较大，因而，在前置扩大器和后级扩大器之间加了带通滤波器来按捺宽带噪声，进步信噪比。但带通滤波器的带宽应做的宽一些，不然当温度发生改变时，信号的频谱很简略违背滤波器的通频带而导致丈量差错[4]。依据本体系需求，体系选用二阶巴特沃斯型带通滤波器，其中心频率规划为100 Hz，带宽约在20 Hz。
2.5 检波电路
本文规划中选用电子开关型检波器，与模仿乘法器型检波器比较具有电路简略、精度更高、运转速度快、没有非线性等长处，详细的电路如图2所示。
由图2可见．输入信号V4是传感器经主扩大器扩大的输出信号，V5是STM32的PWM端口宣布的,通过移相后用于斩波调制的脉冲信号；V6为V5的反相电压，通过加一反相器来完成的。图中R27=R28=R29=R31=R32=0.5 R33，当V5为高电平时，Q2导通，OP07的同相端接地；当V5为低电平时，Q2截止，OP07反相端接地，输出电压。
经上述电路后信号中还混有噪声，首要通过低通滤波器来消除这些噪声。
2.6 温度补偿单元
因为遭到环境温度的影响，需求对体系进行温度补偿，本体系选用的是集成温度传感器AD592，是美国AD公司的一款高功能集成温度传感器，具有精度高、非线性的差错小、输入的规模宽等长处。体系中的可调电阻R2用来校准输出电压V2，当环境温度为0时输出电压V2为0；R5用来校准温度系数。经校准后，输出电压V2即为温度系数与环境温度的积，接到STM32的ADC端口PC0。
2.7 模仿/数字转化单元
STM32内置了3个12 bit的模仿/数字转化器(ADC),每个ADC共有多达21个外部通道，可以完成单次或扫描转化，在扫描形式下，主动进行在选定的一组模仿输入上的转化[5]。其A/D转化器丈量规模为0~5 V，因为本体系的作业频率为150 Hz，每周期采样10次，所以ADC的转化速率设为1.5 kHz，体系中选用PC1端口对电压进行采样。
2.8 输入输出单元
STM32具有多达80个多功能双向I/O口，因而规划键盘时可选用5个独立式按键，分别为开机、摄氏与华氏温度转化、辐射率修正和背光显现键，LCD显现器选用字符型液晶NT7502显现，微处理器通过8 bit串行接口向NT7502发送数据/指令,用GPIO完成LCD的读写操控时序以及数据信号，完结对LCD的操作操控，一起可用来显现环境温度的值。液晶显现器接口电路如图3所示。
3 体系的软件规划
体系的软件规划选用模块化的规划， 包含步进电机规划的操控程序、对方针温度的检测、按键的辨认、LCD的驱动、对数据的采样以及对数据的处理算法等程序。整个测温进程的流程如图4 所示。
4 红外测温仪的标定
红外测温仪有必要经标定才干正确显现出被测方针的温度，传统的查表方法和拟合曲线法等标定方法不只要丈量多个温度点，并且精度低、差错大。本体系在标定的进程中，选用了三层BP神经网络算法对测温数据进行标定，其具有自学习、自适应信息并行处理才能。在标定进程中，选用黑体炉模仿被测方针，收集不同温度下信号电压的巨细。通过重复屡次丈量，在10℃~50℃的作业环境温度中，测温规模为800℃~1 500℃。并在中频真空感应熔炼炉上与铂铑热电偶进行比照试验，该体系精度可达±1‰，分辨率为0.5 ℃，呼应时刻小于50 ms，根本满意体系的开始规划要求。
本文研发的是一种依据比色测温原理的红外测温仪，与其他测温仪比较，可以抵消因为辐射率对测温精度的影响，使得丈量成果愈加挨近待测物体外表实在温度，因为选用了32 bit的STM32作为处理芯片，与其他运用8 bit或16 bit处理器比较，使数据处理才能大大增强，测温功能得到很大进步，一起也减小了测温仪的体积，并具有结构简略、操作便利、可靠性好、价格低一级长处。
