基于MLX90640和STM32的动态温度监测系统
发布时间：2021-06-13 20:50
为了实现对物体表面温度的监控,找准物体的发热点,设计了一种动态温度监测系统。系统基于红外阵列传感器MLX90640,以STM32F401RCT6为核心,通过I2C读取ML90640所采集到的目标温度值,通过DMA串口传给上位机软件,上位机软件对温度数据进行处理可实时显示测量区域的温度数据。实验表明,系统可同时监测目标区域内的768个温度点的温度变化情况,准确定位发热点位置。采用非接触式测温方式,便于安装使用。
【文章来源】：信息通信. 2020,(03)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
MLX90640内部框图
唬?被广泛用于工业、农业以及科学研究等领域[1]。目前，市场上常用的温度检测仪器大多数都是单点手动测量，温度信息传输不及时，精度不够[2]。而能达到性能要求的非接触式红外探测器的成本较高。针对上述问题，本文设计了以MLX90640红外阵列传感器进行多点温度测量，以STM32F401为核心的温度监测系统。读取MLX90640的测温数据，通过DMA串口实时传输给上位机软件的动态温度监测系统，便于对温度数据进行实时显示、分析和处理。该系统具有成本低、体积孝测温精度高的优点。1系统总体设计如图1所示，动态温度监测系统由两大部分组成：基于STM32F401为核心的温度采集装置的设计和基于VistulStu-dio2017的上位机数据接收、处理与分析软件设计。温度传感器选用具有768像元的红外探测器MLX90640，传感器通过硬件I2C把采集到的温度数据传给MCU，STM32F401作为主控核心完成对多点温度的转换计算，硬件电路通过DMA串口与PC机通信，将768个像元的温度数据传输给上位机软件，上位机软件可显示768个探测点的实时温度值，根据不同温度区间显示不同灰度值，方便用户实时监控。图1系统设计框图2硬件设计2.1MLX90614工作原理MLX90614是一款小尺寸、低成本、32x24像素红外阵列传感器，工作电压3.3~5V，正常工作温度在-40℃~85℃，测量目标的温度在-40℃~300℃。有两种视场（FOV）可供用户选择，分别是55°x35°和110°x75°，本文所使用的FOV是55°x35°，探测器每个像元转换得到的温度数据都是其视场内所有物体的平均温度。MLX90640的内部框图如图2所示，MLX90640测得的768个目标区域温度、传感器温?
PI接口，能够满足动态温度监测系统的设计要求。3软件设计3.1Mlx90640传输协议通过i2c协议完成主从设备之间的通讯，主设备可通过读写数据与从设备进行交流，数据传输格式如图所示，其中S为起始位，Slaveaddress为从机地址，Wr为写标志，A为应答信号，MSaddress为寄存器地址高8位，LSaddress为寄存器地址低8位，MSdata为高8位数据，LSdata为低8位数据，Rd为读标志，NAK为非应答，P为停止信号，其中最后的读写数据次数没有限制[4]。写数据时如图3所示，当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号（P），表示不再传输数据。读数据时如图4所示，当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号（NACK），则从机自动停止数据传输。Mlx90640的从机地址为0x33，由于采用7位地址模式，设备地址最后一位为读写控制位，读设备时为1，写设备时为0，因此通过I2C写入的设备地址并非0x33，而是0x66，读过程第二次写入的从机地址为0x67。图3写数据格式图4读数据格式3.2温度测量流程芯片根据设定的刷新频率4Hz扫描768个像元，并利用存储在EEPROM中的校准常数计算每个像素点的测温数值，其工作流程如图５所示，芯片上电后，延时80ms，把EEPROM中校准数据存入RAM中用来后续的温度计算，开启DMA串口之后，开始按第0子帧，第1子帧的顺序循环采集目标温度数据，帧间隔为250ms，把从RAM采集到的原始温度数据代入算法函数计算得到16进制的温度数据，把温度数据再传给上位机软件，由于温度计算函数和温度采集函数加上串口传输的时间大于250ms，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MLX90621的电梯电机及控制回路温度采集系统设计[J]. 王维佳,喻青,段航,易勇强. 工业安全与环保. 2019(03)
[2]基于MLX90621红外传感器的开关柜温度无线监测系统设计[J]. 孙宇贞,胡超,方永辉. 红外. 2016(12)
[3]基于单片机八路温度巡检系统设计[J]. 郭伟,潘巍. 职业. 2011(03)
[4]基于单总线的智能多点测温系统设计[J]. 李金凤,葛良全,吴建平,郝俊胜. 传感器与微系统. 2007(11)
本文编号：3228310
【文章来源】：信息通信. 2020,(03)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
MLX90640内部框图
唬?被广泛用于工业、农业以及科学研究等领域[1]。目前，市场上常用的温度检测仪器大多数都是单点手动测量，温度信息传输不及时，精度不够[2]。而能达到性能要求的非接触式红外探测器的成本较高。针对上述问题，本文设计了以MLX90640红外阵列传感器进行多点温度测量，以STM32F401为核心的温度监测系统。读取MLX90640的测温数据，通过DMA串口实时传输给上位机软件的动态温度监测系统，便于对温度数据进行实时显示、分析和处理。该系统具有成本低、体积孝测温精度高的优点。1系统总体设计如图1所示，动态温度监测系统由两大部分组成：基于STM32F401为核心的温度采集装置的设计和基于VistulStu-dio2017的上位机数据接收、处理与分析软件设计。温度传感器选用具有768像元的红外探测器MLX90640，传感器通过硬件I2C把采集到的温度数据传给MCU，STM32F401作为主控核心完成对多点温度的转换计算，硬件电路通过DMA串口与PC机通信，将768个像元的温度数据传输给上位机软件，上位机软件可显示768个探测点的实时温度值，根据不同温度区间显示不同灰度值，方便用户实时监控。图1系统设计框图2硬件设计2.1MLX90614工作原理MLX90614是一款小尺寸、低成本、32x24像素红外阵列传感器，工作电压3.3~5V，正常工作温度在-40℃~85℃，测量目标的温度在-40℃~300℃。有两种视场（FOV）可供用户选择，分别是55°x35°和110°x75°，本文所使用的FOV是55°x35°，探测器每个像元转换得到的温度数据都是其视场内所有物体的平均温度。MLX90640的内部框图如图2所示，MLX90640测得的768个目标区域温度、传感器温?
PI接口，能够满足动态温度监测系统的设计要求。3软件设计3.1Mlx90640传输协议通过i2c协议完成主从设备之间的通讯，主设备可通过读写数据与从设备进行交流，数据传输格式如图所示，其中S为起始位，Slaveaddress为从机地址，Wr为写标志，A为应答信号，MSaddress为寄存器地址高8位，LSaddress为寄存器地址低8位，MSdata为高8位数据，LSdata为低8位数据，Rd为读标志，NAK为非应答，P为停止信号，其中最后的读写数据次数没有限制[4]。写数据时如图3所示，当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号（P），表示不再传输数据。读数据时如图4所示，当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号（NACK），则从机自动停止数据传输。Mlx90640的从机地址为0x33，由于采用7位地址模式，设备地址最后一位为读写控制位，读设备时为1，写设备时为0，因此通过I2C写入的设备地址并非0x33，而是0x66，读过程第二次写入的从机地址为0x67。图3写数据格式图4读数据格式3.2温度测量流程芯片根据设定的刷新频率4Hz扫描768个像元，并利用存储在EEPROM中的校准常数计算每个像素点的测温数值，其工作流程如图５所示，芯片上电后，延时80ms，把EEPROM中校准数据存入RAM中用来后续的温度计算，开启DMA串口之后，开始按第0子帧，第1子帧的顺序循环采集目标温度数据，帧间隔为250ms，把从RAM采集到的原始温度数据代入算法函数计算得到16进制的温度数据，把温度数据再传给上位机软件，由于温度计算函数和温度采集函数加上串口传输的时间大于250ms，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MLX90621的电梯电机及控制回路温度采集系统设计[J]. 王维佳,喻青,段航,易勇强. 工业安全与环保. 2019(03)
[2]基于MLX90621红外传感器的开关柜温度无线监测系统设计[J]. 孙宇贞,胡超,方永辉. 红外. 2016(12)
[3]基于单片机八路温度巡检系统设计[J]. 郭伟,潘巍. 职业. 2011(03)
[4]基于单总线的智能多点测温系统设计[J]. 李金凤,葛良全,吴建平,郝俊胜. 传感器与微系统. 2007(11)
本文编号：3228310
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/3228310.html
