基于ARM核的热释电红外测温仪的研制

基于ARM核的热释电红外测温仪的研制摘要热释电红外测温仪是一种利用物体热释电效应而制成的新型红外测温仪器，它以黑体辐射定律作为理论基础，是光学理论和微电子学综合发展的产物。

与传统的测温方式相比，具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点。

本文详细介绍了热释电红外测温仪测温的基本原理和实现方法，以热释电红外测温仪现阶段的技术作为参考，提出并研制了一种基于ARM内核的高性能的嵌入式微处理器的热释电红外测温系统。

详细介绍了该系统的构成和实现方式，给出了硬件原理图和软件的设计流程图。

文中还对影响热释电红外测温仪测温精度的因素和软硬件的相关设计做了详细的分析，并采取了相应措施，本文主要做了以下工作：阐述了红外测温仪的发展现状和分类，并指出了本文的研究意义；阐述了热释电红外测温仪的原理，并对目前红外测温仪的几种方案的优缺点进行了详细的介绍；对ARM核微处理器作了详细的介绍，并对本文用到的ARM核芯片LPC2132的功能特点和结构做了详细的介绍;详细分析了系统的功能要求，提出了总体设计方案，并在此基础上进行了系统的硬件设计，对每个部分所完成的功能和设计思路作了说明；介绍了系统的软件设计，以流程图的方式介绍了各个功能的具体实现；对影响红外测温仪的测温误差的因素进行了分析，对系统中出现的软硬件干扰问题做了相应的抗干扰措施；为本文研究的主要结论，对系统的进一步的研究工作进行了展望。

关键词：热释电传感器，红外测温仪，ARM，LPC2132AbstractPIR thermometer is a kind of infrared thermometer that makles use of the pyroelectricity effect,it uses the blackbody radiation laws as the theories foundation,it is the outcome that the optical theories and micro—electronics lear n comprehensive development．Compared to the way of traditional temperature measurement,it has a series of merits,such as short in response time,non-contact,noninterference to temperature field ,long useful time and convenient operation,etc．This paper introduces the basic principle of PIR and the method of realization in detail．Wilh the technique that the IR thermometer's present stage as a reference．It put forward and develop a kind of measure system according to the embedded microprocessor of high performance ARM．The paper introduces the composing and the method of that system in detail．and gives the hardware principle diagram and design flow chart of the softtware．The factors that influence PIR thermometer’s accuracy and the related interference of hardware and software are analyzed in detail,and adopted to corresponded megtsures．The following work is done：The present condition and classification of IR thermometer are introduced elaborately,and the meaning of this research is point out;The principle of PIR is introduced；The way to measure IR radiation is presented；The ARM microprocessor is made detailed introduction,and the function characteristics and structure of the ARM chip LPC2132 is made a good introduction；The function of the total design project is introduced，The hardware parts base on this system are designed，andmade elucidation to the function and the design way ofthinking that each part eomplete；The software parts of PIR thermometer are proposed,the module of each part is realized in flow chart；the factors that interfere measures error are carried on analysis，the interference of the sottware and hardware are discussed,and did some antiinterference measures；The main research conclusion is summarized,the prospect of further research of PIR thermometer is proposed．Keywords:PIR,Infrared thermometer,ARM，LPC2132第一章绪论1．1课题背景温度是确定物质状态的重要参数之一，它的测量与控制在国防、军事、科学研究以及工农业生产中占有十分重要的地位。

在工业生产中，我们需要经常对设备的运行状况进行监测来确保设备的安全运行，而对设备的监测通常通过测量其表面的温度来进行．现代的工业设备往往是在高电压、大电流以及其它危险情况下运行的，传统依靠人工接触式检测的方法既浪费时间、物力、人力，又带有一定的危险性，同时对测温仪所采用的材质也有严格的限制，在这样的场合下，仪器的使用寿命也成为设计接触式测温仪时的一个重点考虑问题．因此有必要去应用一种新的方式去检测目标系统的温度，确保设备的平稳运行。

温度的测量方法有两类，一种是利用电气参数随温度变化特性的热电阻、热电偶测温法以及以膨胀式温度计为代表的接触式测温方法，另一种是以热辐射为代表的非接触式测温方法．前者的优点在于测得的温度是物体的真实温度，测温简单、可靠，其缺点在于动态性能差，需要接触被测物体，测温元件与被测介质需要一定时间的热交换才能达到热平衡，同时对被测物体的温度场分布有一定的影响，同时由于工业现场的高温、高压、腐蚀性等恶劣条件，影响了测温仪的精度和使用寿命，大大限制了接触式测温仪的使用；非接触式测温也叫辐射测温，一般使用热电型或光电探测器作为检测元件，其与接触式测温相比，具有响应时间短、非接触、不干扰被测温场、使用寿命长、操作方便等一系列优点。

但受到物体的发射率、测温距离、烟尘和水蒸气等外界因素的影响，其测量误差较大。

目前应用最广泛的非接触式测温仪是红外测温仪，它测温的理论基础是黑体辐射定律。

自然界的任何物体都在不停的向外辐射能量，物体辐射能量的大小及波长的分布与其表面的温度有着十分密切的关系，通过测量物体自身红外辐射的能量便能确定它的表面温度．1．2红外测温仪简介红外测温仪是一种将红外技术与微电子技术结合起来的一种新型测温仪器，它通过将被测物表面发射的红外波段辐射能量通过光学系统汇聚到红外探测原件上，使其产生一个电压信号，经过放大、模／数转换等环节处理，最后以数字形式直接在显示屏上显示温度值。

红外测温仪由光学部分和信号处理部分组成，其体积小，便于携带，操作简单，在各行各业中得到广泛应用。

红外测温仪已经有了几十年的发展历史，最早出现的是隐丝式光学高温计]1[，它出现在上世纪初，直到现在仍在高温(800℃以上使用)测量领域被使用]2[。

它的结构简单、使用方便、测温范围广，但是在使用光学高温计的过程中，经常需要用人的眼睛进行亮度平衡，手动调节灯丝的温度，使高温计灯丝瞄准区域均匀地消失在辐射源或被测物体的背景上，但是由于生理限制，人眼的辨别能力会带来一定的观察误差，不适合于自动控制系统．长期以来，三个方面的问题困扰了红外测温仪的发展，第一个是微弱信号的放大和抗干扰问题；二是信号与所需要的温度值的非线性对应问题；三是探头所处温度对信号的影响．自二次大战以来，光电导和光伏探测器及红外透光材料的高速发展，促使了红外测温和红外技术应用的发展]3[。

20世纪60年代后，由于各种高灵敏度红外探测器、干涉滤光片以及数字信号处理技术的发展。

大大促进了红外技术的应用的进程]4[。

在60年代中期，出现了以光电倍增管作为检测器的光电高温仪，具有较高的灵敏度和精度。

在70年代初，硅光电探测器由于稳定性、线性度及灵敏度优良，结构牢固，逐渐受到重视，意大利国家计量院IMGC首先制成了用硅光电二极管作为检测元件的高精度光电高温计]5[。

与此同时，辐射温度计的工作波长也从单波长逐步发展为多波长，仪器的功能也渐趋智能化，测量精度、响应速度、稳定性和分辨率都达到了相当高的水平]6[，测温范围也从以往的中高温延伸到室温或更低温度，辐射测温仪的使用范围也越来越广．例如在煤矿生产中的胶带输送机在运行过程中，可用红外测温仪来检测胶带与滚筒的温度，避免发生胶带与滚筒因长时间摩擦发热直至引发火灾等事故]7[；在工业生产中，可利用红外测温仪对运行着的带电设备，如导线、供电装置等定期检测，防止不良事故的发生；在钢铁企业的热轧生产过程中，需要采用红外测温仪对钢坯表面温度进行测量。