基于STM32的光纖光柵傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3 嵌入式控制系統(tǒng)

主控芯片選用ST公司推出的基于Cortex—M3內(nèi)核的STM32F103C8T6芯片，它集先進(jìn)Cortex—M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)、良好的功耗控制、出眾創(chuàng)新的外設(shè)和低成本于一體。STM32擁有全系列軟件的高度兼容性及腳對(duì)腳和外設(shè)，能夠在不修改軟件及原始框架的條件下，可將應(yīng)用精簡(jiǎn)為使用更少的存儲(chǔ)空間，或升級(jí)為需要更多的存儲(chǔ)空間。

3 解調(diào)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)STM32易于開發(fā)，可使產(chǎn)品快速進(jìn)入市場(chǎng)的特點(diǎn)，采用STM32固件庫(kù)進(jìn)行編寫。STM32固件庫(kù)提供易用的函數(shù)可以使用戶方便地訪問STM32的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，并使用它們的所有特性。

整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了如下功能：

1)制FBG解調(diào)系統(tǒng)的工作;

2)采樣濾波電路所處理過的電信號(hào);

3)給PZT提供鋸齒波驅(qū)動(dòng)電壓，若某時(shí)采集到FBG信號(hào)，則記錄此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;

4)根據(jù)FBG傳感器所測(cè)量的外界物理量與本身中心波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出所測(cè)物理量的值并顯示結(jié)果。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

進(jìn)行溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。光源選用ASE-C型C波段寬帶光源，工作波長(zhǎng)范圍為1 525.nm～1 565 nm。傳感器選用GFRP封裝的FBG溫度傳感器，30.0 ℃時(shí)標(biāo)定的中心波長(zhǎng)為1 553.971 nm，溫度系數(shù)為19.05 pm/℃。將FBG傳感器放入溫控箱，不受外界應(yīng)變的影響。從20℃開始，每增加10℃定溫20 min測(cè)定一次波長(zhǎng)，直至80℃。測(cè)得的數(shù)據(jù)如表1所示。

將測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制成波長(zhǎng)一溫度曲線圖，如圖2所示。圖中的‘▲’表示波長(zhǎng)理論值，‘▼’表示波長(zhǎng)實(shí)際測(cè)量值，‘■’表示理論波長(zhǎng)與實(shí)際測(cè)量波長(zhǎng)的絕對(duì)誤差值，‘●’表示標(biāo)定溫度與實(shí)際測(cè)量溫度的誤差值，直線為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的線性擬合。x軸表示溫度，y軸表示波長(zhǎng)或者溫度。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，該溫度傳感系統(tǒng)具有良好的線性度，測(cè)得的波長(zhǎng)、溫度與理論波長(zhǎng)、標(biāo)定溫度基本一致，各點(diǎn)的波長(zhǎng)偏差在±4 pm以內(nèi)，系統(tǒng)的溫度測(cè)量精度可達(dá)±0.2 ℃。

5 結(jié)論

本文提出了基于STM32的FFP-TF法FBG傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，完成了STM32控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)。該傳感系統(tǒng)具有測(cè)量速度快，精確度高等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了對(duì)溫度的實(shí)時(shí)精確測(cè)量的目的。該傳感系統(tǒng)可用于智能結(jié)構(gòu)(石油化工、海洋探測(cè)、航空航天、煤礦開采等)的溫度等參數(shù)的采集，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。