基于stm32单片机的恒温防雾系统设计

《基于stm32单片机的恒温防雾系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于STM32单片机的恒温防雾系统设计　　摘要本文采用具有ARMCorex-M4内核的STM32F407ZGT6单片机与半导体加热制冷片TEC实现对蓝宝石镜头的恒温控制，通过K型热电偶和温度采集电路对蓝宝石镜头表面温度进行反馈，通过温度芯片ADT75检测镜头附近环境温度。设计的特点在于采用模糊控制实时调整PWM信号，快速达到环境温度并稳定下来；考虑了过温保护和过流保护，在温控回路电流或者蓝宝石玻璃温度两个指标中的任何一个超限时，PWM电源会自动切断，有效的满足了许多应用场合的安规要求。　　【关键词】恒温控制响应速度快精度高

2、模糊控制　　因为可视化技术在越来越多领域的应用，让高清摄像系统成为一种普遍的设计要求。高清摄像系统的性能指标不仅包括高成像品质，在很多场合下，保持镜头不起雾也是不可或缺的条件。镜头之所以会起雾主要是因为湿空气受到镜头表面的低温影响，析出液滴，在镜头表面形成凝结。故本恒温控制系统针对瞬时温差变化导致的镜头起雾现象，采用半导体加热制冷片TEC作为蓝宝石镜头玻璃表面的加热和制冷装置，通过模糊控制改变PWM（pulse-widthmodulation）占空比调节TEC温度，实现镜头玻璃快速达到环境温度并迅速稳定，有效的控制镜头起雾

3、。　　1系统总体设计及工作原理　　镜头恒温温控系统由单片机、温度传感器、K型热偶、温度采集电路、以及?^温和过流保护电路、通信模块等部分组成。系统的工作原理为：温控系统对周围环境温度实时采集，并将采集到的镜头表面温度和环境温度进行比对判断，如果镜头表面温度低于环境温度则开始提供PWM电压进而调节热电制冷器加热，直至镜头温度不低于环境温度并保持稳定；PWM占空比由微处理器通过模糊控制算法得到；当蓝宝石玻璃镜头表面温度达到或者超过环境温度则TEC停止加热。此外，当玻璃镜头表面温度超过镜头最高允许温度或者通过TEC的电流超过额定

4、值时，微处理器会使能保护电路断开TEC两端回路。上位机通过CAN总线与微控制器进行通信，当保护电路触发时负责将报警信息传送给上位机记录和存储。　　2硬件设计　　2.1防雾系统主控电路设计　　STM32系列高性能数字信号控制器被广泛应用于汽车电子，医疗器械，便携式检测仪表等领域。STM32F4是由ST公司研发的一款微处理器。它具有Cortex-M4内核，增强的DSP处理指令，高达1M字节的片上闪存，196K字节的内嵌SRAM，以168MHz高速运行时可达到210DMIPS的处理能力，同时兼具更快的通信接口和更高的采样率，配合

5、良好的开发环境和最高可达105℃的运行环境温度，故本系统选择STM32F4作为微处理控制器。在设计STM32F4的最小系统时。采用ISP串口下载编程，通过USB/串口转换电路，使用USART1TX和USART1RX引脚完成代码下载。　　2.2温度采集电路　　温度采集电路分为两个部分：环境温度采集电路和镜头温度采集电路。　　环境温度采集电路的设计本着小型化的原则，选用ADT75作为环境温度采集传感器。ADT75是由ADI公司推出的一款12位温度-数字转换器。片内集成了一个温度传感器，此温度传感器会输出一个与绝对温度形成精确比

6、例的电压，该电压在与内部基准电压相比较后，最终送达至精密数字调制器，从而实现环境温度精确测量。ADT75的温度分辨率高达0.0625℃，B级的整体精度为±1℃（0℃至+70℃范围），具有出色的传感器线性度；且体积小，采用节省空间的8引脚SOIC封装；功耗低，在输入电压3.3V下功耗典型值可低至69uW。　　镜头温度采集电路的设计则为了达到更好的恒温控制效果，考虑镜头表面温度的测量精度，选择了K型热电偶配AD8495精密热电偶放大器再通过12位转换器MCP3201实现ADC转换，最终将镜头表面温度采集信号输入微处理器。AD8

7、495是由ADI公司生产的一款集成了冷结温度补偿的放大器，它拥有高阻抗差分输入，低功耗和独立的5mv/℃温度计。对于使用环境0℃至50℃内，放大器的线性度更是可以精确到0.025℃/℃，解决了热偶自身线性大的缺点。镜头温度采集电路如图1。　　电路图中的REF3318为放大器提供了1.8V的基准电压。所以可知AD8495的传递函数为　　Tmj=（Vout?C1800mv）/（5mv/℃）　　式中Tmj为热电偶测量结温。　　经过校准后此系统的镜头温度采集精度在0～70℃可以达到±0.2℃。　　2.3温度控制电路　　温度控制电路

8、包括防雾系统保护电路和PWM温度控制电路。PWM温度控制电路是通过模糊控制来实时调整PWM的占空比，从而保证TEC可以快速将玻璃镜头加热到目标值并稳定下来。当加热时，输入端的小功率N型MOS管2N7002导通形成下拉电阻，在U1基极形成低电平，导通U1将负载与电源正极接通；输出端则通过高速MOSFET驱