基于STM32的光纖光柵傳感系統設計

2.3 嵌入式控制系統

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

3 解調系統的軟件設計

根據STM32易于開(kāi)發(fā)，可使產(chǎn)品快速進(jìn)入市場(chǎng)的特點(diǎn)，采用STM32固件庫進(jìn)行編寫(xiě)。STM32固件庫提供易用的函數可以使用戶(hù)方便地訪(fǎng)問(wèn)STM32的各個(gè)標準外設，并使用它們的所有特性。

整個(gè)系統的軟件設計實(shí)現了如下功能：

1)制FBG解調系統的工作;

2)采樣濾波電路所處理過(guò)的電信號;

3)給PZT提供鋸齒波驅動(dòng)電壓，若某時(shí)采集到FBG信號，則記錄此時(shí)的驅動(dòng)電壓，并對數據進(jìn)行處理;

4)根據FBG傳感器所測量的外界物理量與本身中心波長(cháng)的對應關(guān)系，計算出所測物理量的值并顯示結果。

4 實(shí)驗數據及分析

進(jìn)行溫度測試實(shí)驗。光源選用ASE-C型C波段寬帶光源，工作波長(cháng)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)標定的中心波長(cháng)為1 553.971 nm，溫度系數為19.05 pm/℃。將FBG傳感器放入溫控箱，不受外界應變的影響。從20℃開(kāi)始，每增加10℃定溫20 min測定一次波長(cháng)，直至80℃。測得的數據如表1所示。

將測得的數據繪制成波長(cháng)一溫度曲線(xiàn)圖，如圖2所示。圖中的‘▲’表示波長(cháng)理論值，‘▼’表示波長(cháng)實(shí)際測量值，‘■’表示理論波長(cháng)與實(shí)際測量波長(cháng)的絕對誤差值，‘●’表示標定溫度與實(shí)際測量溫度的誤差值，直線(xiàn)為對數據進(jìn)行的線(xiàn)性擬合。x軸表示溫度，y軸表示波長(cháng)或者溫度。

從測試結果來(lái)看，該溫度傳感系統具有良好的線(xiàn)性度，測得的波長(cháng)、溫度與理論波長(cháng)、標定溫度基本一致，各點(diǎn)的波長(cháng)偏差在±4 pm以?xún)?，系統的溫度測量精度可達±0.2 ℃。

5 結論

本文提出了基于STM32的FFP-TF法FBG傳感系統的設計方案，完成了STM32控制系統的硬件設計和系統軟件實(shí)現。該傳感系統具有測量速度快，精確度高等優(yōu)點(diǎn)，達到了對溫度的實(shí)時(shí)精確測量的目的。該傳感系統可用于智能結構(石油化工、海洋探測、航空航天、煤礦開(kāi)采等)的溫度等參數的采集，具有較高的應用價(jià)值。