基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统技术方案

本专利公开了一种基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统。本实用新型专利技术包括主控制模块、电源稳压调理模块、温度采集模块、信号调理模块、液晶显示模块、数据回放及时间校准按键模块和USB转串口模块。通过特定设计处理，实现了对测温二极管偏流的连续可调，多路温度长时间实时监测、实时显示、自动记录存储及智能报警。本专利具有操作简单、成本低、便携性强、测温精度高。本实用新型专利技术同样适用于其它采用二极管测温的温度监测场合。

Multi temperature monitoring system of infrared detector assembly based on diode temperature measurement

The invention discloses a multi-channel temperature monitoring system of infrared detector assembly based on diode temperature measurement. The utility model comprises a main control module, a power supply voltage regulation module, a temperature acquisition module, a signal conditioning module, a liquid crystal display module, a data playback and time calibration key module and a USB rotating serial port module. Through the specific design, realizes the adjustability of the diode bias current, multi-channel temperature long time real-time monitoring, real-time display, automatic recording and intelligent alarm. The utility model has the advantages of simple operation, low cost, strong portability and high temperature measurement precision. The utility model is also suitable for other temperature monitoring occasions with diode temperature measurement.

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及红外探测器组件应用技术，具体指一种基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统，它适用于制冷型红外探测器组件应用，本专利技术同样适用于其它采用二极管测温的温度监测场合。
技术介绍
红外探测器组件在航天航空红外领域有着广泛的应用。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，红外探测器必须在深低温下才能工作。探测器工作在低温环境时，其与外部设备之间多采用真空绝热隔离。通过电联导线穿过真空隔层实现探测器与外部设备之间电学通讯。为了降低红外探测器组件的热功耗，这些探测器外联电学通讯的导线一般采用热阻比较大的材料，这样导致探测器外联电学通讯的导线电阻也相应偏大，为了提高测温精度，一般多采用二极管作为测温元件。在红外探测器组件应用中，需要对探测器工作温度进行检测。有时需要对多个红外探测器组件或一个红外探测器组件的多个测温二极管进行长时间的实时监测。传统的方法是采用恒流源给测温二极管提供一个特定的偏流，然后采集二极管两端的电压，根据已知的温度与电压曲线，通过查表的方式知道温度。这显然不适合长时间多路温度实时记录监测。另外，制冷型红外探测器组件内测温二极管的偏置电流多在25μA－1mA。根据不同类型的二极管配置不同的恒流源，为了适应各类型的红外探测器组件的长时间实时温度监测记录，须要探索一种新方法来解决这一问题。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统，来实现如下功能：1)对测温二极管偏流25μA－1mA的连续可调；2)多个测温点温度长时间实时监测记录；3)根据内置二极管温度与电压的对应关系在系统显示界面实时显示温度；4)系统具有存储功能；5)通过USB接口与外连设备进行数据交换；6)基于简洁便携和减少对测温精度的干扰，采用电池供电和USB供电双电源供电。本专利是一种基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统，包括以下几个模块：主控制模块、电源稳压调理模块、温度采集模块、信号调理模块、液晶显示模块、数据回放及时间校准按键模块和USB转串口模块。主控制模块采用基于Cortex-M3为核心的微控制器的意法半导体STM32系列，该系列具有丰富的存储器和各种外设接口资源，能够很好的满足温度监控系统的要求。电源稳压调理模块采用的是双电源供电模式，即外接电源模式和电池供电模式根据实际的工作情况进行切换。为提高测量精度需要获得稳定电压，采用稳压芯片来进行稳压输出。将电池电压采用升压芯片升压后再用稳压芯片得到稳定的系统工作输出电压。温度采集模块为二极管温度传感器测量电路，二极管在红外探测器组件中对于温度的灵敏度很高，在很大的温度范围内保持很好的线性关系。通常是正向偏置，施以恒定电流，当温度变化时，其正向结电压V随之变化，V与温度T满足特定函数关系式。信号调理模块中由传感器采集来的数据通常为微弱信号，很少能够直接满足AD转换输入电压的需要。AD的输入范围不充分的会使测量精度明显降低。 使用运放芯片对微弱信号实施幅度变换与电平移动的放大功能以满足AD输入电压的需求。液晶显示模块为液晶显示，本专利选用的是一种图形点阵液晶显示器。它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成。可以完成图形及汉字的显示，构成良好的人机交互图形界面。数据回放及时间校准按键模块是对按键进行循环扫描，当发现有按键按下时，则进入相应的按键中断服务程序，对数据回放和时间校准进行操作。USB串口传送模块在实际工程中必不可少，本模块使用了USB转串口芯片，将温度数据通过串口发送到上位机。本专利技术的实现方法如下：步骤一：系统上电各模块初始化；步骤二：温度采集模块采集周围环境温度对应电压值，并经过信号调理和A/D转换后将数字信号传输给主控制模块进行电压转温度数据处理；步骤三：主控制模块计算处理后得到温度数据并存储，同时将温度数据发送给液晶显示模块动态显示；步骤四：主控制模块对按键进行循环扫描，当发现有按键按下时，则进入相应的按键中断服务程序，对数据回放和时间校准进行操作。步骤五：由主控制模块命令液晶显示模块进行温度数据显示，并通过USB转串口将温度数据发送给上位机显示监测。本专利的优点：(1)操作简单，智能监控、成本低廉；(2)多路采集温度，各路偏流可调，兼容性高，适用范围广；(3)具有电池和USB串口双模式供电，便携性强；(4)采用低压供电，具有稳压功能，测温精度高；(5)具有温度超差和电源供电不足自动报警功能。附图说明图1基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统原理框图；图2主控制模块电路；图3电源稳压调理模块电路；图4温度数据采集模块电路；图5数据调理信号模块；图6液晶显示模块电路；图7数据回放/时间校准按键模块电路；图8 USB串口传送模块电路；图9多路温度监测过程流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利的具体实施方式作进一步的详细说明：如图1所示，二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统主要包括ARM STM32F101主控制模块、测温二极管温度传感器模块、信号调理模块、电源稳压适配模块、液晶显示模块、数据回放/时间校准按键模块、USB转串口通信模块。多路硅测温二极管温度传感器与信号调理模块连接，将传感器采集到的电压数据送到信号调理模块进行放大调理得到相应的电压信号。信号调理模块与主控制模块相连接，将调理好的电压信号传送到主控制模块自带的12位比较器进行A/D转换，将电压信号进行模数转换为数字信号。在转换后的电压数据根据硅二极管电压与温度的关系式在主控制模块进行运算，得出此时的数字温度数值。再将数字温度数据在FLASH中进行存储，且将主控制模块与液晶显 示模块相连接。由主控制模块命令液晶显示模块进行实时数字温度的多路滚动显示。数据回放及时间校准按键模块与主控制模块相连接，主控制模块对按键模块进行实时监控，当有按键按下时，主控制模块对数据回放按键按下或时间校准按键按下做出判断。并根据按键发出的指令来进行数据回放和时间校准功能的实现。USB转串口通信模块与主控制模块相连接，除了将数据在液晶显示器上进行显示外，还可以将数据进过USB串口模块发送到上位机来进行显示和监控。如图2所示，主控制模块电路所采用的主控制模块为ARM STM32F101。意法半导体公司推出基于ARM的处理器STM32，它以ARM Cortex-M3为内核，该内核中心效率高，编程简单，具有出色的确定中断行为。STM32F103处理器的主要特点如下：1)低功耗：采用3.3V电压供电，内嵌RTC时钟，支持低功耗模式运行。2)数据处理能力强：最大工作频率72MHZ，内有单周期硬件乘法器和除法器。3)存储空间大：内部有64KB的SRAM、256KB的FLASH，支持外部扩展。4)外设资源丰富：有2个IIC接口、5个UART接口、3个SPI接口，还有USB、CAN接口以及80个GPIO资源。完全满足时钟、看门狗、按键报警接口的扩展。与8位单片机相比，在结合高性能、低功耗和低电压特性的同时保持高度集成性和简易的开发特性。如图3所示，电源稳压调理模块采用的是双电源供电模式，即提供了外接电源供电模式和电池供电模式，可以根据实际的工作情况进行切换。电源供电容易受到元件之间的干扰使得输出电压在输出值附近上下波动，对后续的电路处理精准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统，包括主控制模块、电源稳压调理模块、温度采集模块、信号调理模块、液晶显示模块、数据回放及时间校准按键模块和USB转串口模块，其特征为:所述多路温度监测系统中，多路测温二极管与信号调理模块连接，将采集到的二极管电压信号进行放大得到相应的调理信号；信号调理模块与主控制模块相连接，将调理好的电压信号传送到主控制模块自带的12位比较器进行A/D转换，将电压信号转换为数字信号；将转换好的电压数据在主控制模块中根据电压与温度函数关系进行计算得到相对应的数字温度数值；并将温度数值在FLASH中进行存储；主控制模块与液晶显示模块相连接，由主控制模块命令液晶显示模块进行实时温度显示；USB转串口模块与主控制模块相连接，可以将数据通过USB串口模块发送到上位机进行显示和监控。

【技术特征摘要】
1.一种基于二极管测温的红外探测器组件多路温度监测系统，包括主控制模块、电源稳压调理模块、温度采集模块、信号调理模块、液晶显示模块、数据回放及时间校准按键模块和USB转串口模块，其特征为:所述多路温度监测系统中，多路测温二极管与信号调理模块连接，将采集到的二极管电压信号进行放大得到相应的调理信号；信号调理模块与主控制模块相连接，将调理好的电压信号传送到主控制模块自带的12位比较器进行A/D转换，将电压信号转换为数字信号；将转换好的电压数据在主控制模块中根据电压与温度函数关系进行计算得到相对应的数字温度数值；并将温度数值在FLASH中进行存储；主控制模块与液晶显示模块相连接，由主控制模块命令液晶显示模块进行实时温度显示；USB转串口模块与主控制模块相连接，可以将数据通过USB串口模块发送到上位机进行显示和监控。2.根据权利要求1所述的一种基于二极管测温的红外探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瞳，陈洪雷，林加木，林春，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31