三线制铂电阻测温电路项目

项目说明

功能说明

1. 支持三线制铂电阻接入；
2. 板载精密电阻校准；
3. 支持2.0寸天空星屏幕拓展板；
4. 支持串口打印数据；

实物图

电路说明

这里重点介绍铂电阻测温电路；测温电路可以拆分为3部分，分别为输入切换、恒流、差分测量；

输入切换电路

外部铂电阻的输入，接入8路双通道模拟开关中，其余7路用于切换内部的精密电阻作为输入；
这里需要注意，三线制铂电阻的测量电路是有讲究的，B2引脚必须要连接到后续的100R电阻上去，Y2引脚由于已经经过了铂电阻自身，所以不用100R电阻；这里是给后续差分减法电路做准备的，一定不能接错了；

恒流源电路

使用一个基准电压+两个运放组成恒流源电路，此时恒流电流由负载电阻与基准电压决定；目前设置的恒流值为1.25V/1.35K=0.9259mA;
铂电阻的恒流电流不能过大，通常需要小于1mA，否则自身会有功耗，然后会发热导致测量不准；

差分减法电路

这里使用一个仪表放大器来作为输入，仪表放大器的选择一定要注意它的共模输入电压，有些高压仪表放大器你使用低压供电时，共模输入电压会变得非常小；

我最开始使用INA828运放，然后±3V供电，但是这个运放得共模输入输入电压需要比供电电压小2V，基本就没办法正常工作了；后面才选择这个INA333，是一个低压仪表运放；
仪表放大器的增益为：G=1+（100k/Rg）；此处我配置的增益为28.027倍；

总的配置图

这里串联起来给大家分析，暂时不考虑模拟开关，假设B2直连I1、Y7直连I2；

此时I1电压路径为：3.3V - I总 * 1000R - I1 * Rw - I1 * 100R；
此时I2电压路径为：3.3V - I总 * 1000R - I2 * PT100 - I2 * Rw；

I总=I1+I2；
I1=I2=恒流源电流=0.9259mA；
Rw=线内阻+模拟开关内阻；
最后进入到仪表放大器中；此时为I1电压-I2电压；只要Rw相等；
就会得到I2PT100-I1100R；
PT100=100R+0.3851RT；
此时就会得到I2 * 100R+I2 * 0.3851T-I1 * 100R；
最终就只会剩下I2 * 0.3851 * T；然后再 × 放大倍数G；
输出的电压就会与温度呈一定的倍数关系；
按照目前的恒流值以及增益，输出电压会等于10mV * T；也就是说温度每变化一摄氏度，电压变化10mV；
需要注意，如果有负温度，此时输出电压可能会变成负数，所以我在仪表放大器中加入1.25V电压基准抬升，此时即可测量到-125摄氏度---+205摄氏度；基本够用了；

一个大坑

上面的计算都是建立在Rw相等的前提下，这里为适配西门子杯的阻值，我使用了模拟开关作切换，看起来是加入了精密电阻做校准，但实际是模拟开关的通道内阻是不一致的，甚至会有1R左右的误差，此时带来的影响是。如果直接拿上述公式去还原温度变化，会有2摄氏度左右的误差；

这一点困扰了我好久，我一直以为像这种双通道的模拟开关，至少两个通道间的阻值基本是不会有误差的；

所以最终的代码会变成，我必须使用内部的精密电阻做校准，通过多点拟合的方式来消除线阻不匹配的误差；

下面附上测量的结果图；校准拟合后误差基本在1摄氏度以内；

同时我也尝试了不接入模拟开关的效果，发现铂电阻本身的精度配合这个电路就可以达到1摄氏度以内，所以说大家不要轻易在精密电阻测量中使用模拟开关；

这里我使用串口打印出相关的电压，大家可以换算一下，此时我使用的配置电阻为2.49K恒流+4.02K增益电阻，大概是5mV每摄氏度；

换算后会得到23.16摄氏度，与购买的数字温湿度计一致，这个数字温湿度计使用SHT40；可信度还是可以的。

其余外设

其余外设对于这个下面来说并是重点，这里我考虑到adc精度，使用ADS1115作为ADC输入，如果你的接受误差大一点，其实用单片机ADC加一个外部基准源也是可以的；

Flash我本来是想用来做lvgl进行显示字库的，大家可以删除掉，以节省成本，这个本身也只是测温，可以不用做UI；

关于代码

代码我全程使用AI辅助完成，开发环境为STM32CubeMx+STM32 for Vscode;代码我会放在附件中；大家有需要可以自行下载，关于软件的使用，大家可以在blbl上找STM32官方的教程，很简单。

相关hex文件在build/Debug文件夹中，可以直接使用；

stlink+stm32cubeprogrammer软件进行下载；

写在最后

该项目可以作为西门子杯赛题的训练参考，基本还是符合赛题要求的；但是我也简化了很多；此外如果仅是铂电阻测温的话，不要加这个模拟开关了，可以尝试换更好的模拟开关，或使用外部校准板进行校准，一定注意线电阻的一致，否则电压减不掉；