PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

hanjunhao 2025-03-20 騰訊 14 次瀏覽 0個(gè)評論

1.模塊簡介:

? ? ? ?本模塊可將PT100傳感器信號經(jīng)電橋測量放大輸出,模塊載有8位單片機(jī)處理器,通過此單片機(jī)的10位ADC對放大后的傳感器信號采樣,并通過程序計(jì)算出PT100阻值,采用查表法(查電阻對應(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,測量分辨率為1℃,此功能可根據(jù)用戶是否需要購買相應(yīng)套餐選擇。

2.技術(shù)指標(biāo):

產(chǎn)品型號

KM-PT100

檢測對象

PT100所測溫度

通信方式

UART(TTL)可選是否需要

工作電壓

5V (DC)

默認(rèn)測量量程

-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+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.使用說明:

? ? ? ?用戶可通過兩種方式來獲取溫度值,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來采集模塊輸出的模擬量信號,通過自行編程計(jì)算出PT100阻值,并根據(jù)查表法來計(jì)算溫度值。注意用戶采用第一種方法時(shí)需要在購買時(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,使得測量誤差減小。

4.測原理

PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

? ? ? ? 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級的壓差信號,這個(gè)壓差信號經(jīng)過運(yùn)放SGM8932放大后輸出期望大小的電壓信號,該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中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對應(yīng)電阻值,通過查表即可得出對應(yīng)溫度值。

量程計(jì)算:軌對軌運(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

串口通訊為問答式查詢方式。

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0x86

讀傳感器溫度返回

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

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3

4

5

6

7

8

起始位

命令

溫度

??--??????

--

--

--

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);

}

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0x87

溫度校準(zhǔn)指令

向模塊發(fā)送

0

1

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3

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5

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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

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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)算的溫度值會存在偏差,為此可通過串口向模塊發(fā)送溫度校準(zhǔn)指令,即將PT100所測環(huán)境實(shí)際溫度值通過串口指令發(fā)送至模塊,則模塊會根據(jù)實(shí)際溫度反推出新的計(jì)算關(guān)系式,從而使測量到的溫度更加準(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)成功后則會返回響應(yīng)指令:

FF 87?00 00?00?00?00 00 95

6.測試上位機(jī)

模塊可通過外接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,在電腦設(shè)備管理器中查看,端口號因個(gè)人電腦而異,如下圖:

PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

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

PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

打開上位機(jī)軟件,并選擇相應(yīng)串口號(例如本機(jī)電腦端口號為4),如下圖:

PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

通信成功后上位機(jī)會顯示當(dāng)前測量到的溫度,上位機(jī)默認(rèn)以1秒為周期自動發(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)成功后則會彈窗提示“校準(zhǔn)成功”。

7.模塊展示及接線圖:

PT100測量溫度電路設(shè)計(jì)原理解析

模塊鏈接:?

RS485版本模塊鏈接:

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