基于LM3S101 处理器的温度测量模块设计

　　2 数据处理及软件设计：

　　2.1 热敏电阻测温曲线的线性化处理：

　　热敏电阻的测温曲线反映了热敏电阻阻值与被测温度值之间的关系，由Steinhart-Hart 方程确定：

　　式中，RT是热敏电阻在T1温度下的电阻值；R 是热敏电阻在常温T2（T2=25 ℃）下的标称电阻值；B 值是热敏电阻的材料常数；T1和T2为开尔文温度。

　　由Steinhart-Hart 公式可知热敏电阻的阻值温度特性曲线是一条非线性的指数曲线，直接使用该方程运算量大并且编程麻烦，需要进行线性化处理。由于该方程非线性程度较大，同时阻值到温度值的转换也是影响测温精度的主要原因之一，为使线性化处理不至于带来较大的误差，线性化过程进行了以下特殊处理：

　　1）如果用一条直线代替该指数测温曲线，则不管采用什么样的线性化处理方法，误差都比较大。为解决这一问题，在整个测温范围之内对该曲线进行了分段的线性化处理，使误差能够控制在合理的范围内；2）分段线性化时，对测温曲线的分段采用非等间隔分段，在曲线非线性程度较小的区域内采用5 ℃分段间隔，在曲线非线性较为严重的区域内，采用较小的1 ℃分段间隔，以减小处理误差；3）在每一段测温曲线的线性化处理中，采用最小二乘法确定直线方程，以减小直线拟合的均方误差。

　　实测结果证明，采用上述的线性化处理方法，可以有效提高处理精度，大大减小线性化处理的误差，保证测温的精度要求，同时运算速度也能得到保证。

　　2.2 测温数据的滤波处理：

　　测温模块工作过程中不可避免会受到噪声干扰。为减少测温过程中噪声干扰信号，特别是突发噪声的影响，提高测温模块的工作稳定性，需要结合滤波算法对测温数据进行滤波处理。这里采用简单的加窗平滑低通滤波的方法，即连续测量N 个值，取平均后作为测量的有效值，即：

　　在具体的应用中，N 越大对数据的平滑越好， 但N 过大会降低测温的速度和灵敏度。经实际试验，选择N=5~10 之间较为合适， 可在计算速度和平滑滤波效果之间取得较好平衡，实际应用中，可根据具体的测温要求进行合理设置。

　　2.3 测温模块的软件设计：

　　以上述的数据处理思路为基础，结合串口通信编程及必要的初始化处理工作，即可进行测温模块的软件设计。完成一次温度测量及测温结果传输的主流程如图3 所示。

　　整个模块的软件设计编程基于Crossworks1.7 开发环境进行，将整个程序的核心部分划分为4 个函数进行设计，即：

　　1）主函数，完成系统参数配置、端口初始化及滤波处理等功能；2）测温函数，完成热敏电阻的阻值获取，并将其转换为实际的温度值；3）测温结果传输函数，完成测温结果通过串口的发送传输功能；4）串口接收函数，通过串口接收控制指令，完成测温间隔时间、串口通信速率、平滑滤波加窗宽度、及测温结果显示格式等工作参数的设置。