低分辨率便携式热成像仪设计

毕业设计（论文）题目：低分辨率便携式热成像仪设计学院名称：电气工程学院指导教师：李兰君职称：教授专业班级：2014级自动化*班学号：2014*******学生姓名：AnalogDragon2018年06月01日I目录1、绪论............................................................11.1、热成像技术的原理..........................................11.2、热成像技术的现状..........................................21.3、总结......................................................32、总体方案........................................................42.1、设计要求..................................................42.2、元件选择..................................................52.2.1、主控芯片............................................52.2.2、传感器..............................................52.2.3、显示屏..............................................72.2.4、串口转换............................................72.2.5、存储设备............................................72.2.6、电源管理............................................73、硬件电路设计....................................................93.1、各电路模块设计............................................93.1.1、传感器模块..........................................93.1.2、显示屏模块.........................................103.1.3、上位机通信模块.....................................103.1.4、供电模块...........................................113.1.5、存储模块...........................................113.1.6、人机接口...........................................123.2、总硬件电路设计...........................................134、软件设计.......................................................154.1、数据采样.................................................15II4.2、图像插值.................................................184.3、伪彩色转换...............................................184.4、显示程序.................................................214.5、SD卡存储与文件操作.......................................224.5.1、SD的硬件接口与底层.................................234.5.2、FAT文件系统........................................254.5.3、图片的文件结构.....................................254.6、上位机通信...............................................264.6.1、通信协议...........................................264.6.2、发送函数...........................................274.6.3、上位机程序.........................................274.7、BootLoader程序...........................................285、系统测试.......................................................315.1、显示测试.................................................315.2、传感器测试...............................................315.3、文件系统与存储测试.......................................325.4、人机交互测试.............................................335.5、上位机通信测试...........................................335.6、刷新率测试...............................................346、总结...........................................................35参考文献..........................................................36致谢..............................................................37附录1、PCBlayer..................................................38附录2、BootLoader程序摘抄:.......................................39附录3、应用程序摘抄：.............................................39附录4、翻译........................................错误!未定义书签。III摘要：近年来，随着非制冷红外焦平面技术、微电子技术、单片机技术和传感器技术的快速发展，小型红外线热成像得以迅速的推广应用。热成像具有方便、体积小、效率高、无需接触等优点，可广泛应用于工业、农业、医疗、消防、考古、交通、地质、公安侦查等民用领域。红外热成像仪是一种可探测目标的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备。本设计是基于红外热成像和ARM单片机，开发的一套使用小尺寸热成像传感器对温度测量的系统，给出基于ST单片机为核心设计开发的一套针对远红外温度可视测量系统。设计了一款适合便携使用的，低分辨率的远红外热成像。并通过人机界面交互切换，拥有更换色卡，保存图像等多种功能。关键词：热成像；单片机；高级精简指令集计算机内核；图像处理IVAbstract:Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofuncooledinfraredfocalplanetechnology,microelectronictechnology,single-chiptechnologyandsensortechnology,smallinfraredthermalimaginghasbeenwidelyapplied.Thermalimaginghasmanyadvantagessuchasconvenience,smallvolume,highefficiencyandnoneedtocontact.Itcanbewidelyusedinindustrial,agricultural,medical,fire,archaeology,transportation,geology,publicsecurityinvestigationandothercivilareas.Infraredthermalimagerisakindofinfraredradiationthatcandetecttarget,andconvertsthetemperaturedistributionimageoftargetobjectintovideoimagebymeansofphotoelectricconversionandsignalprocessing.ThisdesignisbasedoninfraredthermalimagingandARMMCU,asetoftemperaturemeasurementsystemusingsmallsizethermalimagingsensor,andasetofremoteinfraredtemperaturevisualmeasurementsystembasedonSTMCUasthecoredesign.Aportablelowresolutioninfraredthermalimagingsystemwithlowresolutionhasbeendesigned.Andthroughhuman-machineinterfaceinteractivehandover,ithasmanyfunctions.Keywords:Thermalimaging;MCU;ARM;imageprocessing南华大学电气工程学院毕业设计第1页共51页1、绪论温度是一个描述物体冷热程度的物理量，是基本物理量之一，它对生活生产十分重要[1]。近年来，随着非制冷红外焦平面技术、微电子技术、单片机技术和传感器技术的快速发展，小型红外线热成像得以迅速的推广应用。热成像测量的优点颇多，速度快，显示直观，方便使用，所以可应用于多种领域[2]。热成像仪的工作原理主要是探测物体的热辐射强度，并通过光电转换生成相应方向的辐射强度二维图，再转换成可视化图像便于观察。本设计是基于红外热成像传感器件和单片机，开发的一套使用小尺寸热成像传感器对温度测量的系统，给出基于单片机为核心处理器设计开发的一套针对远红外温度可视测量系统。将设计一款适合便携使用的，低分辨率的远红外可视化温度测量热成像。并通过人机界面交互切换，拥有多种辅助功能。1.1、热成像技术的原理在自然界中，一个温度大于绝对零度的物体因为其自身热运动的存在，会不断的向外辐射出包含红外线的电磁波（其中红外线位于波长0.75um~100um的范围内）。物体发出电磁波的强度与频率分布，主要与物体的温度有关。物体的发出的电磁波各种参数信息，可以由普朗克公式计算：𝑃𝑏(𝜆𝑇)=𝑐1𝜆−5/[𝑒𝑥𝑝𝑐2𝜆𝑇−1]（1）其中𝑃𝑏(𝜆𝑇)为黑体的辐射出射度；𝜆为波长；T为绝对温度；𝑐1、𝑐2为辐射常数。普朗克公式说明的是物体发出电磁波参数与温度的关系，通过计算可得知当一个物体发出更强红外线时，其温度更高。现实中绝