PT100(RTD)三线制测量方案探索-平芜编程栈

PT100(RTD)三线制测量方案本方案仅为开发者提供的快速原型机参考，并非可直接量产的产品，开发者请根据实际需求增删功能及模块。本系统以stm32f103c8t6作为主控芯片，采集温度范围为-200℃~600℃，通过液晶1602显示温度或pt100阻值，显示分辨率为0.01℃，综合精度±1℃以内，可通过按键设置显示模式和设置温度量程，带超量程蜂鸣器报警功能，带串口下载电路。功能参数： 1.电源输入：5V，mini usb电源接口，预留排针接口； 2.温度测量原理：采用三线制测量方案，激励电流为210uA，获取AD值后计算出PT100阻值，通过查表获取当前的阻值对应的温度。 3.设计知识点： 3.1、采用AD7792手册中推荐的RTD三线制测量电路，AD7792驱动代码； 3.2、按键驱动代码，带软件去抖和FIFO功能； 3.3、液晶1602驱动代码以及液晶显示菜单的简单框架； 3.4、使用查表方式获取pt100的温度值； 3.5、串口下载电路。

最近在研究温度测量相关的项目，发现了这个PT100(RTD)三线制测量方案，感觉很有意思，来和大家分享一下。不过得先说明，这个方案只是给开发者的快速原型机参考，要是想量产，还得根据实际需求对功能和模块进行增删。

主控芯片及整体性能

这个系统选用了stm32f103c8t6作为主控芯片，别看它个头不大，功能还挺强。它能采集的温度范围是 -200℃到600℃，对于很多场景来说，这个范围已经足够用了。而且它的显示分辨率能达到0.01℃，综合精度在±1℃以内，对于不少工业或实验场景，这个精度也能满足基本需求。另外，通过液晶1602可以显示温度或者PT100的阻值，还能通过按键设置显示模式和温度量程，超量程了还有蜂鸣器报警，还带串口下载电路，功能可以说是比较齐全。

电源相关

电源输入是5V，采用mini usb电源接口，同时还贴心地预留了排针接口。这样不管是用常见的USB供电，还是在某些特定场景下需要通过排针连接其他电源设备，都能满足，设计得很灵活。

温度测量原理

这里采用的是三线制测量方案，激励电流设定为210uA 。简单说，就是给PT100通上这个激励电流，然后获取AD值，通过这个AD值计算出PT100的阻值，最后通过查表得到当前阻值对应的温度。下面我们来看看代码实现相关的部分。

AD7792驱动代码

在这个方案里，采用了AD7792手册中推荐的RTD三线制测量电路。以一段简单的初始化代码为例（假设采用的是C语言）：

// 定义AD7792相关寄存器地址 #define AD7792_REG_CONFIG 0x00 #define AD7792_REG_DATA 0x01 // 初始化AD7792 void AD7792_Init(void) { // 配置SPI接口（假设SPI已经初始化好了） // 向配置寄存器写入相关配置 SPI_WriteByte(AD7792_REG_CONFIG, 0x80); // 例如设置为正常模式等，具体配置根据手册要求 }

这段代码主要做的就是初始化AD7792，通过SPI接口向它的配置寄存器写入配置数据，让它工作在我们需要的模式下。不同的配置值对应不同的工作模式、增益等设置，具体得参考AD7792的手册。

按键驱动代码

按键驱动代码带有软件去抖和FIFO功能。软件去抖是为了防止按键按下或松开时因为机械抖动产生的误触发。FIFO功能则可以在按键操作比较频繁的时候，存储按键事件，避免丢失。下面是一个简单的按键扫描及去抖代码示例：

// 定义按键引脚 #define KEY_PIN GPIO_Pin_0 #define KEY_PORT GPIOA // 按键扫描函数 uint8_t Key_Scan(void) { static uint8_t key_status = 1; // 记录按键状态，初始为未按下 if (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == 0) { // 检测到按键按下 if (key_status == 1) { // 上一次状态为未按下 key_status = 0; for (volatile int i = 0; i < 5000; i++); // 简单延时去抖 if (GPIO_ReadInputDataBit(KEY_PORT, KEY_PIN) == 0) { return 1; // 确认按键按下，返回1 } } } else { key_status = 1; // 按键松开，恢复状态 } return 0; // 未检测到按键按下，返回0 }

这段代码首先定义了按键的引脚，然后在扫描函数里，用一个静态变量记录按键状态。当检测到按键按下时，先判断上一次状态，如果是未按下，就进行延时去抖，再次确认按键状态，如果还是按下就返回按键按下的标志。如果检测到按键松开，就恢复按键状态为未按下。

液晶1602驱动代码

液晶1602驱动代码以及液晶显示菜单的简单框架也是很重要的部分。下面是一段向液晶1602发送命令的代码：

// 向液晶1602发送命令 void LCD_SendCommand(uint8_t cmd) { // 假设这里已经初始化好了相关的端口 LCD_PORT = cmd & 0xF0; // 发送高4位 LCD_RS = 0; // 选择命令寄存器 LCD_RW = 0; // 写操作 LCD_EN = 1; for (volatile int i = 0; i < 100; i++); LCD_EN = 0; for (volatile int i = 0; i < 100; i++); LCD_PORT = (cmd << 4) & 0xF0; // 发送低4位 LCD_EN = 1; for (volatile int i = 0; i < 100; i++); LCD_EN = 0; for (volatile int i = 0; i < 100; i++); if (cmd < 4) { for (volatile int i = 0; i < 2000; i++); // 清屏等命令需要较长延时 } }

这段代码通过对液晶1602的端口操作，先发送命令的高4位，再发送低4位，从而实现向液晶发送命令的功能。不同的命令对应不同的操作，比如清屏、设置光标位置等。最后的延时操作是为了确保液晶有足够时间处理命令。

使用查表方式获取pt100的温度值

使用查表方式获取pt100的温度值是一种比较常用且高效的方法。我们事先会根据PT100的特性，制作一个阻值 - 温度对应表。代码示例如下：

// 假设已经定义好的阻值 - 温度对应表 const float R_Table[] = {100.00, 103.90, 107.79, 111.67, 115.54}; // 这里只是简单示例几个值 const float T_Table[] = {0.00, 10.00, 20.00, 30.00, 40.00}; // 根据阻值获取温度 float GetTemperature(float resistance) { for (int i = 0; i < sizeof(R_Table) / sizeof(R_Table[0]) - 1; i++) { if (resistance >= R_Table[i] && resistance < R_Table[i + 1]) { float slope = (T_Table[i + 1] - T_Table[i]) / (R_Table[i + 1] - R_Table[i]); return T_Table[i] + slope * (resistance - R_Table[i]); } } return -999; // 如果超出范围，返回一个特殊值 }

这段代码里，我们先定义了阻值表和对应的温度表。在获取温度函数里，通过遍历阻值表，找到当前阻值所在的区间，然后根据线性关系计算出对应的温度值。如果阻值超出了表格范围，就返回一个特殊值表示异常。