基于LM3S101 处理器的温度测量模块设计
来源： 作者： 发布时间：2016-03-08 18:31:10 浏览量：除此之外， 该款处理器由于采用CortexTM-M3 内核，支持单周期乘法运算，这在测温数据处理时会有较高的数据处理速度与效率。同时，该处理器成本低。
1.3 影响测温精度的主要因素：
由于采用RC 充放电的方式获取热敏电阻阻值， 因此整个测温模块所需外围共模电感器元件很少，热敏电一体电感器阻阻值获取的精度是影响模块测温精度的主要因素之一。由热敏电阻阻值获取原理可以看出，影响测温精度的主要因素有：1）参考电阻RF的精度；2）热敏电阻RT的精度；3）处理器内部定时器的位数与精度。处理器工作频率越高，定时器位数越大，则处理精度越好。
阻值获取的精度是与处理器的输出电压值、门限电压值、电容C 的精度、电阻RD的精度无关的，因此只要合理选择处理器和高精度的RF与RT， 就可以使热敏电阻阻值的测量有较小的误差。为保证测温精度，热敏电阻RT选用标称值为10 kΩ（或100贴片电感 kΩ），B 值为3 950，1%精度热敏电阻，参考电阻RF选用10 kΩ（或100 k&Omega其他电感器;），1%精度的金属膜电阻。
1.4 模块硬件电路设计：
以ARM 处理器LM3S101 为核心， 结合上述热敏电阻阻值获取原理，给出该测温模块核心部分电路原理图，如图2 所示。
由图2 可看出，按上述的电容充放电热敏阻值检测原理进行硬件设计，核心部分电路较为简洁，避免了传统方式中A/D 器件的应用，达到了简化硬件电路设计，降低硬件成本的目的。同时，这种设计又不过多占用处理器的I/O 端口，对处理器资源的占用也较少。由于这种方式在阻值获取时需处理器具有较高的计数精度，而在阻值到温度值转换时需处理器具有较强的运算能力， 因此选用LM3S101 进行核心处理，其20 MHz 的时钟频率及ARMCortex-M 内核集成的硬件乘法单元对此有很好的保证。电路图中，其他部分简要说明：SP6201是集复位功能于一体的低压差线性稳压（LDO）器，将5 V 电源转换为处理器LM3S101 所需的3.3 V， 同时产生处理器工作所需的复位信号。电阻RF、RT、RS和电容C6构成RC 充放电电路，用以实现热敏电阻阻值的检测，与处理器通过PA2、PA3、PA4 3 个GPIO 接口相连。LM3S101 的10 和11 引脚使用其UART 功能，连接至电平转换电路，以实现模块通过串口的通信及温度数据发送功能。
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 是热敏电阻在一体成型电感常温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：
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