基于STM32的红外温度传感器.pdf

本发明涉及一种基于STM32的红外温度传感器，包括温度采集单元，数据处理单元，RS485数据传输单元，电压信号输出单元以及数据显示单元，温度采集单元把采集到的温度信号转化为电信号传送到数据处理单元，经数据处理单元转化处理后将信号传送给RS485数据传输单元和电压信号输出单元，并且转化为RS485信号和电压信号，从而把信号传送出去，同时数据处理单元把数据发送给数据显示单元进行温度值的显示。本发明具有体积小、成本低、精度高、无接触以及信号远距离传输等特点，可实现在其视场范围内对难以接触区域或危险区域进行实时、连续的温度测量，有效降低了作业时的危险系数。

权利要求书
1.  一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：包括
温度采集单元，用于将采集到的温度信号转化为电信号发送给数据处理单元；
数据处理单元，以STM32为核心处理器，用于对接收到的电信号进行处理转化为RS485信号与电压信号并将该处理后的信号发送给RS485数据传输单元和电压信号输出单元；
RS485数据传输单元，用于接收数据处理单元发送的RS485信号并将该信号通过RS485总线进行传输；
电压信号输出单元，用于接收数据处理单元发送的电压信号并将该信号通过SPI总线进行传输；以及
数据显示单元，用于接收数据处理单元发送的处理信号并进行显示。

2.  根据权利要求1所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述RS485数据传输单元采用MAX3485的通讯芯片。

3.  根据权利要求2所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述MAX3485的第1引脚RXD与STM32的第31引脚 UART_RXD连接，用于将RS485总线的数据转换为串行数据发送给STM32； MAX3485的第2引脚CE与第3引脚DE连接到STM32的第29引脚PA8上，用于通过STM32的引脚PA8控制RS485总线的收发数据； MAX3485的第4引脚TXD与STM32的第30引脚UART_TXD连接，用来接收STM32的串行数据发送到RS485总线； MAX3485的第6引脚A和第7引脚B与RS485总线连接，用于数据的远程传输。

4.  根据权利要求1所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述温度采集单元采用MLX90614的采集芯片。

5.  根据权利要求4所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述MLX90614的第1引脚SCL与STM32的第42引脚PB6连接，用于对I2C总线提供时钟信号；MLX90614的第2引脚SDA与STM32的第43引脚PB7连接，用于作为I2C总线的数据引脚进行数据传输。

6.  根据权利要求1所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述电压信号输出单元采用DAC7512的输出芯片。

7.  根据权利要求6所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述DAC7512的第4引脚Din与STM32的第17引脚PA7连接，用于输出数字信号到DAC7512；DAC7512的第5引脚SCLK与STM32的第15引脚PA5连接，用于为SPI总线提供时钟信号；DAC7512的第6引脚SYNC与STM32的第14引脚PA4连接，用于通过该引脚使DAC7512正常工作。

8.  根据权利要求1所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述数据显示单元采用HT1621的显示芯片。

9.  根据权利要求8所述的一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：所述HT1621的第1引脚CS与STM32的第11引脚PA1连接，用于通过该引脚使HT1621正常工作；HT1621的第3引脚WR与STM32的第12引脚PA2连接，用于选择读写信号的方向；HT1621的第4引脚DATA与STM32的第13引脚PA3连接，用于通过引脚发送数据到数字显示屏。

说明书基于STM32的红外温度传感器
技术领域
本发明涉及一种红外温度传感器，尤其涉及一种远距离数据传输以及对温度值进行连续测量的基于STM32的红外温度传感器，它能够将采集到的温度信号转化为电压信号和RS485信号，并通过传输单元传输出去。
背景技术
随着温度传感器的发展，尤其是无接触红外测温技术的成熟应用，使红外测温在工业控制应用中更加安全、方便、可靠以及易于集成。而在已有的工业控制中，涉及红外温度测量、远距离传输以及RS485数据传输还没有得到很好的应用。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种基于STM32的红外温度传感器，可实现无接触红外温度的连续测量与RS485接口数据传输，同时还能满足测量数据的远距离输送。
为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于STM32的红外温度传感器，其特征在于：包括
温度采集单元，用于将采集到的温度信号转化为电信号发送给数据处理单元；
数据处理单元，以STM32为核心处理器，用于对接收到的电信号进行处理转化为RS485信号与电压信号并将该处理后的信号发送给RS485数据传输单元和电压信号输出单元；
RS485数据传输单元，用于接收数据处理单元发送的RS485信号并将该信号通过RS485总线进行传输；
电压信号输出单元，用于接收数据处理单元发送的电压信号并将该信号通过SPI总线进行传输；以及
数据显示单元，用于接收数据处理单元发送的处理信号并进行显示。
进一步的，所述RS485数据传输单元采用MAX3485的通讯芯片。
进一步的，所述MAX3485的第1引脚RXD与STM32的第31引脚 UART_RXD连接，用于将RS485总线的数据转换为串行数据发送给STM32； MAX3485的第2引脚CE与第3引脚DE连接到STM32的第29引脚PA8上，用于通过STM32的引脚PA8控制RS485总线的收发数据； MAX3485的第4引脚TXD与STM32的第30引脚UART_TXD连接，用来接收STM32的串行数据发送到RS485总线； MAX3485的第6引脚A和第7引脚B与RS485总线连接，用于数据的远程传输。
进一步的，所述温度采集单元采用MLX90614的采集芯片。
进一步的，所述MLX90614的第1引脚SCL与STM32的第42引脚PB6连接，用于对I2C总线提供时钟信号；MLX90614的第2引脚SDA与STM32的第43引脚PB7连接，用于作为I2C总线的数据引脚进行数据传输。
进一步的，所述电压信号输出单元采用DAC7512的输出芯片。
进一步的，所述DAC7512的第4引脚Din与STM32的第17引脚PA7连接，用于输出数字信号到DAC7512；DAC7512的第5引脚SCLK与STM32的第15引脚PA5连接，用于为SPI总线提供时钟信号；DAC7512的第6引脚SYNC与STM32的第14引脚PA4连接，用于通过该引脚使DAC7512正常工作。
进一步的，所述数据显示单元采用HT1621的显示芯片。
进一步的，所述HT1621的第1引脚CS与STM32的第11引脚PA1连接，用于通过该引脚使HT1621正常工作；HT1621的第3引脚WR与STM32的第12引脚PA2连接，用于选择读写信号的方向；HT1621的第4引脚DATA与STM32的第13引脚PA3连接，用于通过引脚发送数据到数字显示屏。
本发明的有益效果：本发明的红外温度传感器采用MLX90614作为温度采集单元，以STM32为核心处理器，并把温度信号转化为相应的RS485信号和电压信号，然后通过SPI总线控制电压信号输出单元输出0—5V的电压信号以及通过RS485总线进行数据的传输，可实现在其视场范围内对难以接触区域或危险区域进行实时、连续的温度测量，有效降低了作业时的危险系数。此外该传感器具有体积小、成本低、精度高、无接触以及信号远距离传输等特点，可广泛适用于日常生活、农业生产、工业控制和食品安全等方面。
附图说明
图1为本发明基于STM32的红外温度传感器的结构框图；
图2为本发明基于STM32的红外温度传感器的电气连接图；
图3为本发明基于STM32的红外温度传感器的温度采集单元的电气连接图；
图4为本发明基于STM32的红外温度传感器的RS485数据传输单元的电气连接图；
图5为本发明基于STM32的红外温度传感器的电压信号传输单元的电气连接图；
图6为本发明基于STM32的红外温度传感器的数据显示单元的电气连接图；
图7为本发明基于STM32的红外温度传感器的RS485数据传输单元的电路结构图。
具体实施方式
本发明的基于STM32的红外温度传感器是一种可实现无接触红外温度测量与RS485接口数据传输的红外温度传感器。
如图1所示，本发明基于STM32的红外温度传感器，包括：RS485数据传输单元U1，温度采集单元U2，电压信号输出单元U3，数据显示单元U4和数据处理单元U7，除此之外，还有电源模块。
电源模块为本发明的红外温度传感器进行供电，温度采集单元U2将采集到的温度信号转化为电信号发送到数据处理单元U7，经数据处理单元U7对接收到的电信号进行处理后转化为RS485信号与电压信号并将该处理后的信号发送给RS485数据传输单元U1和电压信号输出单元U3进行数据输出，同时数据处理单元U7把数据发送给数据显示单元U4进行温度值的显示。
本发明中温度采集单元U2采用Melexis 公司的MLX90614芯片，数据处理单元U7采用ARM公司最新内核Cortex-M3的32位CPU——STM32，电压信号输出单元U3采用TI公司的DAC7512芯片，RS485数据传输单元U1采用MAXIM公司的MAX3485芯片，数据显示单元U4采用HOLTEK公司的HT1621芯片，电源模块采用LM3100的供电芯片。
本发明的数据处理单元U7，以STM32为核心处理器，它是基于行业标准的ARM 32位精简指令结构——ARM公司最新的内核Cortex-M3。该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。它的时钟频率高达72MHZ，内嵌高达128KB的FLASH程序存储器，以及丰富的IO接口可支持3.3V和5V电压，有极强的设备驱动能力。此处理器具有运行速度快、可靠性高、资源丰富以及功耗低等优点，可广泛应用于手持设备、工业控制和电机控制等领域。
为了更进一步的了解本发明的实施方式，下面将结合附图分别介绍本发明的温度采集单元U2、RS485数据传输单元U1、电压信号传输单元U3以及数据显示单元U4与数据处理单元U7之间的电气连接方式。
如图2、3所示，温度采集单元U2采用MLX90614的采集芯片。所述MLX90614的第1引脚SCL与STM32的第42引脚PB6连接，用于对I2C总线提供时钟信号；MLX90614的第2引脚SDA与STM32的第43引脚PB7连接，用于作为I2C总线的数据引脚进行数据传输。
温度采集单元U2采用MLX90614采集芯片，它的测量辨析度可达 0.02°C 。内部集成了低噪声放大器、17位的模数转换器以及强大的数字信号处理芯片，使得高精度无接触的温度测量得以实现。计算所得物体温度和环境温度存储在RAM单元，并可通过两线SMBUS兼容的协议接口进行数据传输。
SMBUS兼容两线协议：
MLX90614芯片支持两线串行协议，对应的引脚为PWM/SDA和SCL。SCL为数字输入引脚，用做SMBUS的通信时钟信号端。该引脚有辅助建立电压调节器的功能。当使用电压调节器时，两线协议只有在电压稳压器过驱时才有效。PWM/SDA为数字输入/输出引脚，用于测量物体温度，在SMBUS模式中，SDA为开漏式NMOS I/O口。
SMBUS为两线协议，允许主控器件（MD）和一个或一个以上的从动器件（SD）通信。系统在给定的时刻只有一个主控器件。一般来说，MD是通过从动地址（SA）选择从动器件并开始数据传输。MD可以对RAM和EEPROM的数据进行读取，并可对EEPROM其中9个单元进行写入操作。当对MLX90614进行读写操作时，如果器件本身EEPROM里存储的从机地址和主控器件发送的从机地址一致的情况下，器件会回馈16位的数据和8位的PE。SA的特性允许在两线上连接多达127个器件，在总线之前，为了访问器件或是给SD分配一个地址，通信必须以0从动地址加低RWB位开始，当MD发送此命令，MLX90614总是会反馈并忽视内部芯片编码信息。
如图2、4所示，RS485数据传输单元U1采用MAX3485的通讯芯片。所述MAX3485的第1引脚RXD与STM32的第31引脚 UART_RXD连接，用于将RS485总线的数据转换为串行数据发送给STM32； MAX3485的第2引脚CE与第3引脚DE连接到STM32的第29引脚PA8上，用于通过STM32的引脚PA8控制RS485总线的收发数据； MAX3485的第4引脚TXD与STM32的第30引脚UART_TXD连接，用来接收STM32的串行数据发送到RS485总线； MAX3485的第6引脚A和第7引脚B与RS485总线连接，用于数据的远程传输。
红外温度传感器的通讯接口采用MAX3485的通讯芯片，是一种低功耗设备，数据发送和接收通过RS485和RS422进行交换。它内部包括有一个驱动器和一个接收器。驱动设备具有短路保护和过热保护功能。MAX3485通讯方式为半双工方式，把TTL电平转换为RS485电平，可实现高速的数据通讯率和大面积长距离传输。
具体参见图7所示，SP1为选择端子，此选择端子通过1号引脚连接到MAX3485的6号引脚，同时该选择端子通过2号引脚与匹配电阻R2电阻相连。匹配电阻R2用于RS485总线的阻抗匹配。GJ1、GJ2与TJ1、TJ2均为电压保护元件，可有效防止MAX3485免受雷电浪涌的损坏。R1为限流电阻。U1为MAX3485芯片，该芯片的6号引脚A和7号引脚B分别与RS485总线的RS485_A和RS485_B连接，GJ1与TJ1连接到RS485_B上，GJ2与TJ2连接到RS485_A上。
如图2、5所示，电压信号输出单元U3采用DAC7512的输出芯片。所述DAC7512的第4引脚Din与STM32的第17引脚PA7连接，用于输出数字信号到DAC7512；DAC7512的第5引脚SCLK与STM32的第15引脚PA5连接，用于为SPI总线提供时钟信号；DAC7512的第6引脚SYNC与STM32的第14引脚PA4连接，用于通过该引脚使DAC7512能够正常工作。
电压信号输出单元U3采用DAC7512芯片。DAC7512是TI公司生产的具有内置缓冲放大器的低功耗单片12位数模转换器。其片内高精度的输出放大器可获得满幅(供电电源电压与地电压间)任意输出。DAC7512带有一个时钟达30MHZ的通用三线串行接口，因而可以接入高速DSP。其接口与SPI、QSPI以及DSP接口兼容。由于DAC7512串行数模转换器可选择供电电源作为参考电压，因而具有很宽的动态输出范围。DAC7512使用COMS工艺制造，具有极低的功耗，5V工作模式下功耗为0.7W,而在省电模式下功耗仅为1μW。
DAC7512的结构是数据进入串行DAC，然后通过缓存放大器输出。
如图2、6所示，数据显示单元U4采用HT1621的显示芯片。所述HT1621的第1引脚CS与STM32的第11引脚PA1连接，用于通过该引脚使HT1621能够正常工作；HT1621的第3引脚WR与STM32的第12引脚PA2连接，用于选择读写信号的方向；HT1621的第4引脚DATA与STM32的第13引脚PA3连接，用于通过引脚发送数据到数字显示屏。
红外温度传感器的数据显示单元U4由段式LCD组成。它的驱动方式采用静态驱动，通过段形显示像素来实现。段形显示像素是指显示像素为长棒形，也称笔段形。在数字显示时常采用七段电极结构，即每位数有一个“8”字形公共电极和构成“8”字图案的七个段形电极组成，分别设置在两块基板上。每个段笔的驱动电压为AC3——5V，频率有32HZ、167HZ、200HZ几种，工作时在背电极（COM）上持续加上占空比为1：2的连续方波。在要显示的段笔上加上一个与背电极电压波形相位相反，幅值相等频率相同的连续方波。从而进行相应的数字显示。
本发明的红外温度传感器的电源供电主芯片为LM3100，输入电压范围为5V——36V，输出电流可达到1.5A，电源开关频率可达1MHZ。输出电压范围可调，极高的电压利用率。LM3100只需要极少的外部元件，不需要作环路补偿，具有超快速的瞬态响应。为其它测量和控制元件提供了安全可靠的供电电压，从而消除了因市电波动对红外温度传感器性能的影响。