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51单片机带你玩转PRT铂电阻测温

创作时间:

作者:

@小白创作中心

51单片机带你玩转PRT铂电阻测温

引用

CSDN

等

来源

https://blog.csdn.net/qq_22999753/article/details/125421686

https://my.world.taobao.com/item/715560507943.htm

https://blog.csdn.net/gitblog_09813/article/details/143002924

https://blog.csdn.net/QQ2193276455/article/details/137957760

https://blog.csdn.net/wangmaoquan163/article/details/140025233

https://blog.csdn.net/sunshine123567/article/details/143968641

https://blog.csdn.net/dbxzjq/article/details/138469537

https://juejin.cn/post/7441383014129516570

随着工业自动化程度的不断提高，精确的温度测量在各行各业中变得越来越重要。无论是工业生产、科学研究还是医疗领域，都需要高精度、高稳定性的温度测量设备。本文将介绍一种基于51单片机和MAX31865模块的铂电阻温度计（PRT）测温系统设计，通过使用PT100铂电阻传感器，实现高精度的温度测量。

PRT工作原理与特点

铂电阻温度计（PRT）是一种利用金属铂的电阻随温度变化的特性来测量温度的精密仪器。其工作原理基于铂电阻的阻值随温度线性变化的特性。通过精确测量电阻值，即可推算出对应的温度。

PRT具有以下显著特点：

化学稳定性：耐氧化，仅溶于王水，适用于多种环境。
纯度高：可达到99.999%，确保测量准确性。
稳定性强：退火后在冷热循环中电阻稳定，校准一次可长期使用。
易于加工：可制成细丝并绕成所需形状，便于安装。
低温性能好：在接近14K的低温下仍能正常工作。
线性度高：高温范围内电阻与温度关系几乎呈线性。

系统硬件设计

本系统主要由51单片机、MAX31865模块和PT100铂电阻传感器组成。其中，MAX31865是专门用于RTD（电阻温度检测器）的接口芯片，支持2线、3线和4线制连接方式。考虑到成本和精度的平衡，本设计采用3线制连接方式。

MAX31865模块介绍

MAX31865是一款专门用于RTD信号调理的集成电路，具有以下特点：

支持2线、3线和4线RTD连接
内置精密基准电压源
内置故障检测功能
通过SPI接口与微控制器通信

PT100与MAX31865的连接

PT100采用3线制连接方式，可以有效消除引线电阻的影响，提高测量精度。连接时需要注意以下几点：

确保三根引线的材料、长度和粗细一致
正确连接PT100的三个端子
使用屏蔽线以减少干扰

软件设计与实现

软件部分主要完成MAX31865的初始化配置、温度数据读取和处理等工作。以下是关键代码示例：

MAX31865初始化配置

void MAX31865_Init(void)
{
    MAX31865_CS=1;
    MAX31865_SCLK=1;
}

void MAX31865_Cfg(void)
{
    MAX31865_Write(0x80, 0xD3); // BIAS ON,自动，3线，50HZ
}

MAX31865寄存器读写函数

void MAX31865_Write(unsigned char addr, unsigned char ddata)
{
    unsigned char i;
    MAX31865_CS=0;
    for(i=0;i<8;i++) //写地址
    {
        MAX31865_SCLK=0;
        if(addr&0x80) MAX31865_SDI=1;
        else MAX31865_SDI=0;
        MAX31865_SCLK=1;
        addr<<=1;
    }
    for(i=0;i<8;i++) //写数据
    {
        MAX31865_SCLK=0;
        if(ddata&0x80) MAX31865_SDI=1;
        else MAX31865_SDI=0;
        MAX31865_SCLK=1;
        ddata<<=1;
    }
    MAX31865_CS=1;
}

unsigned char MAX31865_Read(unsigned char addr)
{
    unsigned char i;
    unsigned char ddata=0;
    MAX31865_CS=0;
    for(i=0;i<8;i++) //写地址
    {
        MAX31865_SCLK=0;
        if(addr&0x80) MAX31865_SDI=1;
        else MAX31865_SDI=0;
        MAX31865_SCLK=1;
        addr<<=1;
    }
    for(i=0;i<8;i++) //读数据
    {
        MAX31865_SCLK=0;
        ddata<<=1;
        MAX31865_SCLK=1;
        if(MAX31865_SDO) ddata|=0x01;
        else ddata|=0x00;
    }
    MAX31865_CS=1;
    return ddata;
}

温度数据读取与处理

float MAX31865_GetTemp(void)
{
    unsigned int ddata;
    float Rt;
    float Rt0 = 100; //PT100
    float Z1,Z2,Z3,Z4,temp;
    float a = 3.9083e-3;
    float b = -5.775e-7;
    float rpoly;
    ddata=MAX31865_Read(0x01)<<8;
    ddata|=MAX31865_Read(0x02);
    ddata>>=1; //去掉Fault位
    Rt=(float)ddata/32768.0*RREF;
    Z1 = -a;
    Z2 = a*a-4*b;
    Z3 = 4*b/Rt0;
    Z4 = 2*b;
    temp = Z2+Z3*Rt;
    temp = (sqrt(temp)+Z1)/Z4;
    inadcr=temp*100;
    if(temp>=0) return inadcr;
    rpoly = Rt;
    temp = -242.02;
    temp += 2.2228 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // square
    temp += 2.5859e-3 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // ^3
    temp -= 4.8260e-6 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // ^4
    temp -= 2.8183e-8 * rpoly;
    rpoly *= Rt; // ^5
    temp += 1.5243e-10 * rpoly;
    inadcr=temp*100;
    return inadcr;
}