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基于LM3S101处理器的温度测量模块设计

作者:时间:2010-12-03来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/195195.htm

摘要:为了提高温度测量的精度,简化硬件电路设计,提出了以32位ARM处理器3为核心,以热敏电阻为温度传感器的温度测量模 块设计方案。该测温模块通过采用RC充放电方式实现热敏电阻阻值的获取,避免使用A/D转换器,简化了硬件电路;数据处理通过对热敏电阻测温曲线的分段线 性化及加窗平滑滤波的方式实现,减小了处理误差,提高了测温数据处理的精度和可靠性。所设计的测温模块经实验测试,测温精度能够达到0.2℃,工作稳定, 可应用于各种需要温度测量场合。
关键词:温度测量;3;热敏电阻;RC充放电;分段线性化

温度信息是各类监控系统中主要的被控参数之一,温度采集与控制在各类测控系统中应用广泛。随着处理器技术的发展,在温度测量领域,ARM处理器以其高性 能、低成本得到了广泛应用。以Luminary公司生产的32位ARM处理器3为核心,以热敏电阻为温度传感器,并通过引入RC充放电电路以 及对热敏电阻测温曲线的分段线性化处理,实现了一种成本低、测温精度高的温度测量模块设计方案。经实际测量实验,这种设计方案在整个测温范围内能够达到较 高测温精度,且模块通用性强、成本低且应用广泛。

1 测温模块硬件原理
1.1 温度信息的获取
实现温度的检测需要使用温度传感器。温度传感器种类很多,热敏电阻器是其中应用较多的一种,具有灵敏度高、稳定性好、热惯性小、体积小、阻值大及价格便宜 等特点,广泛应用于温度测控领域。热敏电阻应用于温度检测,最核心的一个工作就是要比较精确地获取热敏电阻的阻值变化。常见的处理方式是通过外加电源,把 热敏电阻的阻值变化转换为电压或电流变化,再通过A/D转换器进行转换后将数字量传送给处理器进行处理。这种方式硬件电路设计及数据处理相对麻烦,成本较 高,并且所获取的热敏电阻阻值精度受电源稳定性和A/D转换器的位数限制,一般比较低,对测温精度造成较大影响。同时,由于热敏电阻的非线性,为提高测温 精度通常还需要附加较复杂的补偿电路。在设计中,为解决这一问题,将RC充放电采样方式引入到热敏电阻的阻值测量中,将阻值转换为电容的充放电时间进行检 测,原理如图1所示。

a.JPG


图l中,P1.0、P1.1和P1.2均是处理器的通用I/O口,RF为精密参考电阻,RT为检测温度的热敏电阻,RS为0.1 kΩ普通电阻:C为O.1 μF普通电容。
实现热敏电阻阻值获取的步骤及原理如下:1)先将端口P1.O、P1.1、P1.2都设为低电平输出,使电容C完全放电。2)将P1.1、P1.2设置为 输入状态,P1.0设为高电平输出,通过电阻RF对C充电,处理器内部计时器清零并开始计时,检测P1.2口状态,当P1.2口检测为高电平时,即电容C 两端的电压达到处理器I/O口高电平输入的门嵌电压时,计时器停止计数,记录下从开始充电到P1.2口检测到高电平的时间T1。3)将P1.0、 P1.1、P1.2再次设为低电平输出,使C完全放电。4)再将P1.0、P1.2设置为输入状态,P1.1设为高电平输出,通过热敏电阻RT对C充电, 再进行步骤2)相同的过程,记录下时间T2。
热敏电阻的阻值由T1和T2确定。RC充放电电路中,电容C两端的电压确定为:
b.JPG
由式(3)计算出热敏电阻阻值后,通过热敏电阻测温曲线,即可把阻值转换为对应的温度值,实现温度信息的获取。


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关键词: S101 101 LM3 LM

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