PT100測(cè)量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析
1.模塊簡(jiǎn)介:
? ? ? ?本模塊可將PT100傳感器信號(hào)經(jīng)電橋測(cè)量放大輸出,模塊載有8位單片機(jī)處理器,通過(guò)此單片機(jī)的10位ADC對(duì)放大后的傳感器信號(hào)采樣,并通過(guò)程序計(jì)算出PT100阻值,采用查表法(查電阻對(duì)應(yīng)溫度值表)計(jì)算出當(dāng)前溫度值。板載TTL串口接口,可輸出當(dāng)前溫度值,測(cè)量分辨率為1℃,此功能可根據(jù)用戶是否需要購(gòu)買相應(yīng)套餐選擇。
2.技術(shù)指標(biāo):
產(chǎn)品型號(hào)
KM-PT100
檢測(cè)對(duì)象
PT100所測(cè)溫度
通信方式
UART(TTL)可選是否需要
工作電壓
5V (DC)
默認(rèn)測(cè)量量程
-60℃~470℃
支持PT100接口輸入
二線制/三線制
輸出接口
PT100電橋放大信號(hào)+3V參考電壓
外形尺寸
40*30(mm)
串口通訊參數(shù)
波特率9600,停止位1,無(wú)校驗(yàn)
串口輸出溫度分辨率
1℃
模塊主控MCU
ST8G(10位AD分辨率)可選是否需要
3.使用說(shuō)明:
? ? ? ?用戶可通過(guò)兩種方式來(lái)獲取溫度值,第一種為串口讀取法,采用本模塊的串口接口直接獲取輸出的溫度值,第二種為AD采集計(jì)算法,用戶采用mcu或其他處理器的ADC來(lái)采集模塊輸出的模擬量信號(hào),通過(guò)自行編程計(jì)算出PT100阻值,并根據(jù)查表法來(lái)計(jì)算溫度值。注意用戶采用第一種方法時(shí)需要在購(gòu)買時(shí)選擇帶有串口輸出功能的套餐。
? ? ? ?模塊可接入兩線或三線制接口的PT100傳感器,其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的電橋臂上,使得導(dǎo)線電阻得以消除,使得測(cè)量誤差減小。
4.測(cè)量原理:
? ? ? ? 電路采用TL431和R14、R13產(chǎn)生3V的參考電源;采用R6、R7、R10、Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋(其中R7=R10),當(dāng)Pt100的電阻值和R6的電阻值不相等時(shí),電橋輸出一個(gè)mV級(jí)的壓差信號(hào),這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放SGM8932放大后輸出期望大小的電壓信號(hào),該信號(hào)可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中R11=R12、 R8=R9、放大倍數(shù)=R8/R12,運(yùn)放采用單5V供電。
采用AD采集計(jì)算方法可按照以下示例方法計(jì)算:
Uo= (V1-V2)*(R8/R12)=20*(V1-V2)
即 V1=(Uo+20*V2)/20
根據(jù)電阻分壓:
V2≈108.434mV ???V1=(Uo+2168.68)/20
V1=Rpt/(R7+Rpt) *3000
得:Rpt=2000V1/(3000-V1)
Rpt為PT100對(duì)應(yīng)電阻值,通過(guò)查表即可得出對(duì)應(yīng)溫度值。
量程計(jì)算:軌對(duì)軌運(yùn)放,則Uo為5V時(shí),V1=358.434mV,則Rpt=271.38,經(jīng)查表得量程:-60℃~470℃。
5.串口協(xié)議:
串口通訊為問(wèn)答式查詢方式。
1
0x86
讀傳感器溫度返回值
向模塊發(fā)送
0
1
2
3
4
5
6
7
8
起始位
地址
命令
--
--
--
--
--
校驗(yàn)值
0xFF
0x01
0x86
0
0
0
0
0
0x79
EXP.
FF 01 86 00 00 00 00 00 79
模塊返回
0
1
2
3
4
5
6
7
8
起始位
命令
溫度值
??--??????
--
--
--
校驗(yàn)值
0xFF
0x86
高字節(jié)
低字節(jié)
0
0
0
0
--
EXP.
FF 86 00 1B 00?00?00 00 95?
溫度:0x1B=27℃?注意:溫度值為有符號(hào)int類型。
//校驗(yàn)值算法 起始位后 86 00 1B 00?00?00 00?到校驗(yàn)值前相加求和取低八位,再取反加一。
uint8_t getCheck(uint8_t *data,uint8_t iLength)
{
uint8_t sum=0; uint8_t iFor=0;
for(iFor=0;iFor<iLength;iFor++)
{
sum+=data[iFor];
}
return (0xff-sum+1);
}
1
0x87
溫度校準(zhǔn)指令
向模塊發(fā)送
0
1
2
3
4
5
6
7
8
起始位
地址
命令
溫度值(int)
--
--
--
校驗(yàn)值
0xFF
0x01
0x87
高字節(jié)
低字節(jié)
0
0
0
0x79
EXP.
FF 01 87?00 1d?00 00 00 5b
模塊返回
0
1
2
3
4
5
6
7
8
起始位
命令
--
--
--
--
--
--
校驗(yàn)值
0xFF
0x87
0
0
0
0
0
0
0x79
EXP.
FF 87?00 00?00?00?00 00 95
校準(zhǔn)溫度串口指令
模塊受運(yùn)放特性及電阻阻值差異影響,計(jì)算的溫度值會(huì)存在偏差,為此可通過(guò)串口向模塊發(fā)送溫度校準(zhǔn)指令,即將PT100所測(cè)環(huán)境實(shí)際溫度值通過(guò)串口指令發(fā)送至模塊,則模塊會(huì)根據(jù)實(shí)際溫度反推出新的計(jì)算關(guān)系式,從而使測(cè)量到的溫度更加準(zhǔn)確。關(guān)系式被保存至單片機(jī)內(nèi)部Flash中,上電無(wú)需重復(fù)校準(zhǔn)。(注意校準(zhǔn)時(shí)需將PT100傳感器接入模塊)
如向模塊發(fā):FF 01 87?00 1d?00 00 00 5b ???(00 1d即29℃)
當(dāng)前實(shí)際溫度為29攝氏度,將指令發(fā)送至模塊,模塊校準(zhǔn)成功后則會(huì)返回響應(yīng)指令:
FF 87?00 00?00?00?00 00 95
6.測(cè)試上位機(jī)
模塊可通過(guò)外接USB轉(zhuǎn)串口模塊與電腦上位機(jī)通信,查看USB轉(zhuǎn)串口模塊在電腦上的端口號(hào),在電腦設(shè)備管理器中查看,端口號(hào)因個(gè)人電腦而異,如下圖:
一定要保證USB轉(zhuǎn)串口模塊與PT100模塊的串口要交叉連接,即
打開(kāi)上位機(jī)軟件,并選擇相應(yīng)串口號(hào)(例如本機(jī)電腦端口號(hào)為4),如下圖:
通信成功后上位機(jī)會(huì)顯示當(dāng)前測(cè)量到的溫度,上位機(jī)默認(rèn)以1秒為周期自動(dòng)發(fā)送讀取指令。如需校準(zhǔn)溫度,可將當(dāng)前實(shí)際溫度填入“實(shí)際溫度”文本框中,并點(diǎn)擊校準(zhǔn)即可將校準(zhǔn)溫度值指令發(fā)送至PT100模塊,校準(zhǔn)成功后則會(huì)彈窗提示“校準(zhǔn)成功”。
7.模塊展示及接線圖:
模塊鏈接:?
RS485版本模塊鏈接:
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