【正文】 括 16 個向量 IRQ 中斷和 16 個優(yōu)先級可動態(tài)分配的中斷請求，可以將其編程分為 3 類： FIQ、向量 IRQ 和非向量 IRQ．它的這種可編程分配機制使得不同外設(shè)的中斷優(yōu)先級可以 動態(tài)分配和調(diào)整． 本系統(tǒng)的中斷請求的設(shè)計思想是當測溫過程中，程序需要響應(yīng)外部輻射率修正、攝氏與華氏溫度轉(zhuǎn)換以及背光修正等操作，系統(tǒng)需要暫停測溫等操作轉(zhuǎn)去響應(yīng)外界的中斷，同時保護好現(xiàn)場。轉(zhuǎn)到 IRQ 模式 LDR SP,=UndefStack 。初始化的代碼采用匯編語言實現(xiàn)，這也是目前最常用的做法。當接正電源時對比度最高，負電源時對比度最低，對比度的大小通過一個 5k 電位器來控制。參考通道部分主要功能是對斬波信號進行移相，以確保檢測結(jié)果最佳。多波段測溫法的測溫原理是依次取多個波段，通過計算這些波段輻射功率之問的復(fù)雜關(guān)系來確定物體的溫度，該測溫法精度比較高，但測溫儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。只能接受 到紅外輻射能的一小部分，所以它只能檢測到變化的溫度，所以在測溫時．需要在探測器前設(shè)置一個調(diào)制盤，用來提供一個交替變化的光學信號給紅外探測器，然后經(jīng)過探測器的光一電轉(zhuǎn)換后，其傳感器的輸出電壓正比于目標輻射與調(diào)制盤溫度之差 ,變成一個交流電壓信號供信號處理電路進行處理。在工業(yè)生產(chǎn)中，我們需要經(jīng)常對設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)測來確保設(shè)備的安全運行，而對設(shè)備的監(jiān)測通常通過測量其表面的溫度來進行．現(xiàn)代的工業(yè)設(shè)備往往是在高電壓、大電流以及其它危險情況下運行的，傳統(tǒng)依靠人工接觸式檢測的方法既浪費時間、物力、人力，又帶有一定的危險性，同時對測溫儀 所采用的材質(zhì)也有嚴格的限制，在這樣的場合下，儀器的使用壽命也成為設(shè)計接觸式測溫儀時的一個重點考慮問題．因此有必要去應(yīng)用一種新的方式去檢測目標系統(tǒng)的溫度，確保設(shè)備的平穩(wěn)運行。詳細介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成和實現(xiàn)方式，給出了硬件原理圖和軟件的設(shè)計流 程圖。 3. 軟件部分：完成了 LPC2132 的初始化、中斷處理單元、電機控制、 A／ D 轉(zhuǎn)換、鍵盤和顯 2 示部分的流程圖設(shè)計和相關(guān)部分軟件的編寫。反之，當光譜發(fā)射率越接近于 l。多個 32 位定時器、 1 個或 2 個 10 位 8 路的 ADC、 10 位 DAC、 PWM通道、 47 個 GPIO 以及多達 9 個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制 9 應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng) ． 圖 21 LPC2132管腳配置 第三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件部分是紅外測溫儀工作的基礎(chǔ)，一個優(yōu)秀的計算機嵌入式系 統(tǒng)產(chǎn)品，往往具有良好的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其主要特性如下 ]21[ ： 1. 線性度：在 0℃ 到 70℃ 時，最大 ℃ 15 2. 測溫范圍： 25℃ ～ 105℃ 3. 輸 入電源電壓： +4V 到 +30V 4. 輸出精度 :1/AK? 設(shè)計中采用 MCl403 基準電壓源來提供 2． 5V 的基準電壓，其中可調(diào)電阻 R2 用來校準當環(huán)境溫度為 0℃ 時輸出電壓 V2 的值為 OV， R5 用來對溫度系數(shù)進行校準．經(jīng)校準后，輸出的電壓值 V3 即為溫度系數(shù)與環(huán)境溫度的積，接到 LPC2132 的 AD 端口P0． 27．實現(xiàn)的電路如圖 37 所示： 圖 37 基準電壓源電路 ARM 最小系統(tǒng)和外圍電路 電源電路 電源設(shè)計主要包括三個方面，一為電源的選擇，二是電源的分配，三是電源的抗干擾設(shè)計．電源的設(shè)計應(yīng)在保證電源的驅(qū)動能力的前提下，盡可能降低系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾。 19 總體設(shè)計 軟件是整個紅測溫系統(tǒng)的核心，是一個完整的系統(tǒng)不可缺少的一部分。鏈接的時候要確保這段代碼被鏈接在 0 地址處，并且作為整個程序的入口． 2. 初始化存儲器系統(tǒng) ARM 處理器中 Flash 和 SRAM 同屬于靜態(tài)存儲器類型，可以合用同一個存儲器端口；而 DRAM 因為有動態(tài)刷新和地址線復(fù)用等特性，通常配有專用的存儲器端口。base of RAM to initialize IMPORT [Image$$ZI$$Base] 。首先進入鍵延時程序，當有一按鍵按下時，軟件延時一段時間后再判斷鍵狀態(tài)，本系統(tǒng)設(shè)定的延時時間為 10ms，由定時器控制。 UODLL=(Fpclk／ 16／ BitRate)／ 256。39。 33 謝 辭 本文是在老師 的悉心指導(dǎo)和熱心幫助下 才得以順利地完成論文 ，從論文的選題到論文的撰 寫、修改無不滲透著孟老師的心血。ksv*3tnGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。斬波器轉(zhuǎn)動由步進電機來帶動，步進電機的轉(zhuǎn)速由處理器芯片LPC2132 的脈寬調(diào)制接口 PWM 產(chǎn)生的脈沖信號進行控制，在信號處理方面采用鎖定放大的方式對傳感器的輸出的微弱信號 進行濾波、放大、去噪處理。i9。 29 系統(tǒng)設(shè)計中采用 LPC2132 的 UART0 端口通過 MAX232 電壓轉(zhuǎn)換芯片與 RS232 端口相連。當有鍵按下時，被按下的 GPIO 弓 I 腳為低電平；當沒有按鍵按下時， GPIO 引腳狀態(tài)為高電平。 5. 初始化程序運行環(huán)境程序 映像一開始總是存儲在 ROM／ Flash 里面的，其 RO 部分既可以在 ROM／ Flash 里面執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)移到速度更快的 RAM 中執(zhí)行：而 RW 和 ZI 這兩部分是必須轉(zhuǎn)移到可寫的 RAM 里去。因為每個中斷只占據(jù)向量表中一個字的存儲器空間，只能放置 1 條 ARM 指令，所以 ARM的中斷向量表中放的是跳轉(zhuǎn)指令，使程序能從向量表里跳轉(zhuǎn)到專門的中斷處理單元里面，再執(zhí)行中斷。是硬件與軟件相互支持的統(tǒng)一體。高增益是用來把微弱信號放大到一定電平，以便進一步再做處理；低噪聲是為了保持盡可能高的信噪比． 由于前置放大器的放大倍數(shù)不能做的太大，所以本系統(tǒng)把信號的放大電路分為前置放大電路和后級放大電路進行處理，前置放大器的噪聲系數(shù)對整個檢測系統(tǒng)的噪聲具有決定性作用，本系統(tǒng)所設(shè)計的前置放大部分采用低失調(diào)精密運算放大芯片 AD707，其主要功能參數(shù)如下： 1. 偏移電壓： 15uV 2. 失調(diào)電壓： ℃ 3. 輸入偏置電流： =LnA 4. 共 模 抑制比： 130dB 5. 電源電壓抑制比： 120dB 6. 轉(zhuǎn)換速率： O． 3V/us 7. 閉環(huán)帶寬： 0． 9MHz 本系統(tǒng)的前置放大器的電路圖 4． 5 如下： 14 圖 35 前置放大電路 圖中電容 C23 用于濾除信號中的直流信號，電路的增益為 11。 ARM 公司將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和 OEM 廠商，包括INTEL、 IBM、 LG 半導(dǎo)體、 NEC、 SONY、 PHILIPS 和國家半導(dǎo)體等 大公司，每個廠商得到的都是一套獨一無二的 ARM 相關(guān)技術(shù)及服務(wù)，從而導(dǎo)致了大量的開發(fā)工具和豐富的第三方資源，它們共同保證了基于 ARM 處理器核的設(shè)計可以很快投放市場，使得ARM 公司在 32 位 RISC 處理器占市場率超過了 75％以上。 通常，紅外測溫儀是以黑體 (? =1)定標的，此方法所使用的儀表結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)客觀并能連續(xù)記錄。 本課題研究的主要內(nèi)容是設(shè)計一種可用于工業(yè)現(xiàn)場的高性能的紅外測溫儀，在總結(jié)各種紅外測溫方法的基礎(chǔ)上，提出并研制了一種基于 ARM 內(nèi)核的高性能的嵌入式微處理器的 熱釋電紅外測溫儀。 I 基于單片機的熱釋電溫度測控儀 摘要 熱釋電紅外測溫儀是一種利用物體熱釋電效應(yīng)而制成的新型紅外測溫儀器，它以黑體輻射定律作為理論基礎(chǔ)，是光學理論和微電子學綜合發(fā)展的產(chǎn)物。課題采用 Philips 公司的 ARM 核芯片 LPC2132 作為主處理芯片，設(shè)計的紅外測溫儀具有配置簡單，擴展方便，可靠性高的特點．本文主要完成了以下工作： 1. 在對整個測溫系統(tǒng)的原理和測溫方案分析的基礎(chǔ)上。缺點是溫度計示值受環(huán)境及發(fā)射率影響較大，從而降低了其測溫結(jié)果的準確度。 與傳統(tǒng)的 4/8 位單片機相比， ARM 微處理器的性能和處理能力大大加強， ARM 微處理器一般具有以下特點： 1. 體積小、低功耗、低成本、高性能 2. 支持 Thumb(16 位 )/ARM(32 位 )雙指令集，能很好的兼容 8 位 /16 位器件； 3. 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快 4. 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成 5. 尋 址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高 6. 指令長度固定． LPC2132 主要特性 本系統(tǒng)所選擇的 ARM 微控制器是 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 ARM7 系列中的 LPC2132芯片， LPC2132 是基于一個實時仿真和嵌入式跟蹤的 32/16 位 ARM7TDMIs，并帶有64KB 嵌入的高速 Flash 存儲器， 128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼在最大的時鐘速率下運行。 主放大器電路采用集成運放 OP07，其特點是低失調(diào)、低噪聲、低漂移，廣泛用于精密儀用放大器、傳感放大器等場合，電路中 R53 是阻值為 100K 的可調(diào)電位器，用來對傳感器 輸出信號的增益進行調(diào)節(jié)． 圖 36 主放大器電路 環(huán)境溫度檢測電路 由于探測器測量的是被測物與斬波器的輻射能量差，因此需要在信號處理電路中增加環(huán)境溫度的檢測電路。一般來說，以硬件為主會使方案成本增加，但處理比較及時，并可減輕微處理器的負擔；以軟件為主則能降低成本，但需要花費更多的時間和人力投入到軟件設(shè)計中去。 初始化中斷向量表的代碼如下： AREA Boot,CODE,READONLY ENTRY 。所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從 ROM 到 RAM 的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。通過判斷 GPIO 引腳狀態(tài)的電平就可確定是否有按鍵被按下。當接收信號時， UART0 的接收器模塊 UORx 監(jiān)視串行輸入線 RxD0 的有效輸入， UART0 Rx 移位寄存器通過 RxD0 來接收有效字符，當 UORSR 接收到一個有效字符時，它將該字符發(fā)送到 UARTORx 緩沖寄存器 FIFO 中，等待 LPC2132 通過 VPB 接口進行訪問；當發(fā)送信號時， UART0 發(fā)送器模塊 UOTx 接收 LPC2132 或上位機寫入的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)緩沖到 UARTO Tx 保持寄存器 FIFO 中， UART0 Tx 移位寄存器讀取U0THR 中的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過申行輸出引腳 TxD0 發(fā)送。i++) //將前 面的 0 轉(zhuǎn)換成空格 { if(buf[i]=39。 在軟件設(shè)計部分。M uWFA5ux^Gjqv^$UE9。 由于能力和時間的限制，整個紅外測溫系統(tǒng)還需要進一步的完善和提高，由于經(jīng)驗方面 的欠缺和實驗條件的不足，整個系統(tǒng)也難免會有所不足，希望批評指正。) { buf[i]=39。 U0DLM=(Fpclk/16/BitRate)/256。本系統(tǒng)采用軟件方法消抖，當微控制器芯片 LPC2132 響應(yīng)鍵盤中斷后。end of ROM code(=start of ROM data) 23 IMPORT [Image$$RW$$Base] 。預(yù) 留中斷 B IRQHandler B FIQHandler 其中關(guān)鍵字 ENTRY 是指定編譯器保留這段代碼．因為編譯器可能會認為這是一段冗余代碼而加以優(yōu)化。在前一章中己詳細介紹了紅外測溫儀的硬件設(shè)計部分，這一章將介紹系統(tǒng)的軟件部分。 AD592 是美國 AD 公司的一款高性能的集成溫度傳感器，能線性地將溫度轉(zhuǎn)換為電流信號輸出，具有測溫精度高、非線性誤差小、寬范圍輸入等優(yōu)點。 較小的封裝和很低的功耗使 LPC2132特別適用 于訪問控制和 POS機等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和 16kB 的片內(nèi) SRAM，它也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件 modem、語音識別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能。 亮度測溫法 亮度測溫法的理論基礎(chǔ)是普朗克定律，即 21 1 1ln ( , )ST T c T? ???? (14) 6 其中： ( , )T?? 為 實際物體溫度為 T 時，在波長 ? 下的光譜發(fā)射率； T 為 實際物體的真實溫度； ST 為 實際物體的亮度溫度； 由此式可得出：實際物體的亮度溫度永遠小于它的真實溫度，即 ST T．光譜發(fā)射 率越小，亮度溫度偏離真實溫度越大。 2. 硬件部分：采用鎖定放大的方式完成微弱信號的提取，完成了光學系統(tǒng)、探測器放大電路單元、帶通濾波單元、移相電路、相敏檢測電路、低遁濾波單元、環(huán)境溫度測量單元等部分的 電路設(shè)計 。 本文詳細介紹了熱釋電紅外測溫儀測溫的基本原理和實現(xiàn)方法，以熱釋電紅外測溫儀現(xiàn)階段的技術(shù)作為參考，提出并研制了一種基于 ARM 內(nèi)核的高性能的嵌入式微處理器的熱釋電紅外測溫系統(tǒng)。溫度的測量方法有兩類，一種是利用電氣參數(shù)隨溫度變化特性的熱電阻、熱電偶測溫法以及以膨脹式溫度計為代表的接觸式測溫方法，另一種是以熱輻射為代表的非接觸式測溫方法．前者的優(yōu)點在于測得的溫度是物體的真實溫度，測溫簡單、可靠，其缺點在于動態(tài)性能差，需要接觸被測物體，測溫元件與被測