基于stm32芯片的温度测量系统设计

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1、1温度测量系统设计要求该温度测量系统应能够对温度进行实时测量，以数值形式在屏幕上显示出来。并且可以通过串口与计算机做数据通信，将温度数据实时上传到计算机，结合计算机软件实现外部功能扩展。温度测量探头的工作温度为-50℃至200℃。测量系统的工作温度为-20℃至60℃。系统使用5V的USB电源供电。主处理芯片STM32F103RCT6的管脚都引出，并且预留接口，测量系统硬件和软件都可以实现扩展。本文从实现以上所述基本功能出发，对整个温度测量系统进行设计。2温度测量系统设计方案设计思路为是通过热敏电阻将温度转换为电信号，经过放大后进行模数采集后的到数字信号，再进行数字滤波处理后，通过显示

2、器将温度的数值显示出来。温度数值显示数字滤波信号放大温度采集图2.1温度测量系统设计方案示意图2.1温度采集热敏电阻的阻值随温度变化而变化。一般采用阻值的变化与温度的变化有线性关系的电阻来采集温度，最后通过阻值的变化来反映出温度。Pt100铂热电阻与温度之间存在一定关系，通过阻值的变化可以得到对应的温度。有些是采用热电偶的方式，温度检测部分可以使用低温热偶，热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成。热电偶产生的热电势由两种金属的接触电势和单一导体的温差电势组成。通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压，便可推断出检测结点的温度。本设计中采用的是铂热电阻Pt100，铂易于提纯、复制性好

3、，在氧化介质，甚至高温条件下物理化学性质都及其稳定。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：在-200℃~0℃的温度范围内为：Rt=R0×（1+A×T+B×T2+C×(T-100)×T3）在0~800℃的温度范围内为:Rt=R0×(1+A×T+B×T2)式中：Rt为温度在t℃时铂电阻值，R0为0℃时铂电阻值，A、B、C为常数。铂热电阻不同分度号对应有相应分度表，即R(t)−t关系表。实际测量中，只要测得热电阻的阻值，即可从分度表上查出对应的温度值。惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的电路。他由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变

4、化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。如上图，电桥平衡时，检流计所在支路电流为零，则有：（1）流过R1和R4的电流相同，流过R2和R3的电流相；（2）B，D两点电势相等。图2.2惠斯通电桥示意图由于三个阻值已知，便可求得第四个电阻。测量时，选择适当的电阻作为R1和R2，用一个可变电阻作为R3，令被测电阻充当R4，调节R3使电桥平衡，而且可利用高灵敏度的检流计来测零，故用电桥测电阻比用欧姆表精确。电桥不平衡时，G的电流IG与R1，R2，R3，R4有关。利用这一关系也可根据IG及三个臂的电阻值求得第四个臂的阻

5、值，因此不平衡电桥原则上也可测量电阻。在不平衡电桥中，使R4为要测量阻值的热敏电阻，而R1、R2和R3的阻值相等。BD端电压和R4阻值有以下对于关系：△V=(R4R1+R4-R2R2+R3)×Vsupply设R1、R2和R3的阻值为R，所以，通过采集BD间的电压△V，经过运算后，即可得到R4的阻值。R4和△V有一下关系：R4=（2×VsupplyVsupply-△V-1）×R2.2信号放大处理信号放大处理使用MCP6002芯片进行，MicrochipTechnologyInc.的MCP6002运算放大器专为通用应用而设计。具有1MHz增益带宽乘积（GBWP）和90°相位容限。可以保持

6、45°相位带有500pF容性负载容限。这个系列工作电压低至1.8V，100μA（典型值）静态电流。电源为范围1.8V至5.5V。图2.3MCP6002简图MCP6002芯片中包含了两个运算放大器，本设计中只使用一个，另外一个留作扩展。VDD接电源正极，VSS接电源负极，Vina+和Vina-分别接在电桥上的BD端，Vouta输出到模数转换电路。2.3数据处理本设计中使用意法半导体公司的STM32F103RCT6，STM32F1系列基础型MCU满足了工业、医疗和消费类市场的各种应用需求。凭借该产品系列，意法半导体在全球ARMCortex-M微控制器领域处于领先地位，同时树立了嵌入式应用

7、的里程碑。该系列利用一流的外设和低功耗、低压操作实现了高性能，同时还以可接受的价格、利用简单的架构和简便易用的工具实现了高集成度。STM32F103RCT6使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口