基于STM32的TEC红外成像控温系统和方法与流程

本发明属于视频图像处理，具体涉及一种基于stm32的tec红外成像控温控温系统和方法。

背景技术：

1、红外热像仪的成像效果会受到环境温度变化的影响，因此需要对红外探测器进行挡片校正。然而，现有技术在低温下进行挡片校正时会产生“雪花”噪点，影响成像效果。此外，在观察温度与环境温度差异较大的目标时，成像效果也较差。文献《基于 stm32 单片机的温度控制系统设计》公开了一种控温系统的设计思路，从温度采集以及逻辑控制两个方面对其硬件部分设计进行分析，最后对系统软件部分进行设计，最终达到提高控温系统精度、降低损耗、提升电路工作效率及其可靠性的目的。该研究旨在减少开关损耗和提高控温系统运行的可靠性，而红外探测器的温度控制关注点在于在不同温度场景下对挡片温度校正的需求，以及提高红外成像设备在温度变化较大环境中的成像效果，因此该方案不适合应用于红外探测器中。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于stm32微控制器的tec红外成像控温系统及控温方法，用于解决红外热像仪在不同温度场景下对挡片温度校正的需求。

2、基于stm32的tec红外成像控温系统，其特征在于包括tec制冷片、环境温度传感器、stm32微控制器和挡片，tec制冷片为圆形，安装在与其形状和大小相匹配的空心圆形挡片内部，在挡片的前侧设置环境温度传感器，挡片还与挡片温度传感器电连接，挡片底部设有旋转电机，stm32微控制器与挡片温度传感器通过i2c或1-wire接口电连接，stm32微控制器通过pwm输出接口与tec制冷片电连接，电源分别与stm32微控制器和旋转电机电连接，环境温度传感器与stm32微控制器通过模数转换器电连接。

3、进一步地，所述tec制冷片由驱动电路驱动，驱动电路内设置有mosfet功率驱动模块，mosfet功率驱动模块通过控制栅极电压调节tec制冷片的电流，为tec制冷片提供驱动电流，确保其在加热和制冷模式间快速切换。

4、进一步地，所述环境温度传感器和挡片温度传感器均采用型号为ds18b20的高精度数字温度传感器，其测量精度达到±0.5℃，测量范围-55℃至+125℃。

5、基于stm32的tec红外成像控温方法是通过stm32微控制器采用基于pid算法调节tec制冷片的电流，实现温度控制，具体方法如下：

6、s1，设定stm32微控制器的设定温度值settemperature，并通过stm32微控制器中的外部模数转换器（adc）在每个温度采样周期内读取一次挡片温度传感器上的挡片表面温度数据，获得实际温度值currenttemperature；

7、s2，通过pid 算法计算出驱动tec制冷片的电流和电压：

8、s2-1，初始化 pid 算法的比例系数 kp、积分系数 ki和微分系数 kd，并且初始化用于存储上一次的误差值prev_error和积分项累计值integral的变量，将它们初始化为0；

9、s2-2在每个温度采样周期，计算当前误差，当前误差 error = settemperature –currenttemperature；

10、s2-3，分别计算 pid 算法的三个部分，

11、比例项p：p=kp*error；

12、积分项i：i= ki*error；

13、微分项d：d= kd*(error-prev error)；

14、s2-4， 计算综合控制量u(k)=p+i+d，并更新prev_error 为error，为下一次计算做准备；

15、s3，使用stm32微控制器的pwm定时器和pwm输出接口控制tec制冷片的电流和电压：

16、将计算出的综合控制量 u(k)，计算出合适的 pwm 占空比范围：

17、u(k)的取值范围是[0, a]，而 pwm 定时器的自动重装载值设置为b，则空比范围dutycycle = (u(k) /a) * b；

18、s4，根据pid算法输出的控制量，动态调整pwm的占空比，通过改变电流方向实现加热或制冷对tec制冷片的温度进行精确控制，使挡片的温度与环境温度达到平衡。

19、进一步地，所属温度采样周期为10s。

20、进一步地，所述s4中综合控制量 u(k)的取值范围是[0, 100]，pwm定时器的自动重装载值设置为 1000。

21、本发明的有益效果在于：

22、（1） 温度稳定性提升：通过tec制冷片对挡片进行精确温度控制，使挡片在红外成像设备的工作温度范围内保持恒定，有效降低了红外成像过程中由于温度变化引起的非均匀性问题，确保挡片温度不受环境温度波动影响，提高了成像的稳定性和准确性。

23、（2）成像效果改善：当环境温度变化时，tec制冷片根据温度传感器反馈的信号自动调整制冷或加热功率，从而确保挡片温度的稳定，减少了因挡片温度变化导致的成像雪花噪点的问题，显著提高了红外成像设备的成像效果，尤其在观察温度与环境温度差异较大的目标时优势更为明显。

24、（3） 广泛的环境适应性：能够在较大温度范围内保持挡片温度稳定，适用于各种恶劣环境条件下的红外成像需求，无论是高温酷暑还是严寒低温环境，都能保证红外成像系统的正常稳定运行。

25、（4）结构紧凑与易于安装：系统各组件布局合理，结构紧凑，易于安装在现有红外成像设备上，便于对现有设备进行升级改造，无需大规模改动设备结构，降低了升级成本和难度。

26、（5）精确的温度控制：采用基于stm32微控制器的pid算法调节tec制冷片电流，结合高精度的温度传感器和优化的pwm控制策略，实现了对挡片温度的精确控制。pid算法中比例项、积分项和微分项协同工作，可快速响应温度变化、消除稳态误差并预测温度趋势，确保温度控制精度达到较高水平。

27、（6）高效的电源管理：电源分别为stm32微控制器和旋转电机提供稳定电力支持，系统整体功耗较低，且电源管理设计合理，避免了因电源问题导致的系统不稳定或性能下降，进一步提高了系统的可靠性和稳定性。

技术特征：

1.基于stm32的tec红外成像控温系统，其特征在于包括tec制冷片、环境温度传感器、stm32微控制器和挡片，tec制冷片为圆形，安装在与其形状和大小相匹配的空心圆形挡片内部，在挡片的前侧设置环境温度传感器，挡片还与挡片温度传感器电连接，挡片底部设有旋转电机，stm32微控制器与挡片温度传感器通过i2c或1-wire接口电连接，stm32微控制器通过pwm输出接口与tec制冷片电连接，电源分别与stm32微控制器和旋转电机电连接，环境温度传感器与stm32微控制器通过模数转换器电连接。

2.如权利要求1所述的基于stm32的tec红外成像控温系统，其特征在于所述tec制冷片由驱动电路驱动，驱动电路内设置有mosfet功率驱动模块， mosfet功率驱动模块通过控制栅极电压调节tec制冷片的电流，为tec制冷片提供驱动电流，确保其在加热和制冷模式间快速切换。

3.如权利要求1所述的基于stm32的tec红外成像控温系统，其特征在于所述环境温度传感器和挡片温度传感器均采用型号为ds18b20的高精度数字温度传感器，其测量精度达到±0.5℃，测量范围-55℃至+125℃。

4.基于stm32的tec红外成像控温方法，其特征在于通过stm32微控制器采用基于pid算法调节tec制冷片的电流，实现温度控制，

5.如权利要求4所述的基于stm32的tec红外成像控温方法，其特征在于所属温度采样周期为10s。

6.如权利要求4所述的基于stm32的tec红外成像控温方法，进一步地，所述s4中综合控制量 u(k)的取值范围是[0, 100]，既a为100；pwm 定时器的自动重装载值设置为1000，既b为1000。

技术总结
基于STM32的TEC红外成像控温系统和方法，属于视频图像处理技术领域。该系统包括设置在挡片内的TEC制冷片、环境温度传感器和STM32微控制器，在挡片的前侧设置环境温度传感器，挡片还与挡片温度传感器电连接，挡片底部设有旋转电机。通过TEC制冷片对挡片进行温度控制，使挡片在红外成像设备的工作温度范围内保持恒定。当环境温度变化时，TEC制冷片根据环境温度传感器和挡片温度传感器反馈的信号调整制冷功率，从而确保挡片温度的稳定。提高红外成像设备在温度变化较大环境中的成像效果。

技术研发人员：邓泽,杜丹,姜海,高翔,张弘俊,粟宇路,李继承,杨帆,杨社腾,黄江涛,丁留琼,薛文恺,孔羚宇
受保护的技术使用者：昆明北方红外技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/10