代码收藏家 MAX31865模块温度测量
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0 前言
本文主要介绍MAX31865 测温注意事项，并写出读取温度的示例代码，模块详细参数可以查阅相关手册，
1 注意事项
1.1 参考电阻
电阻温度检测器(RTD)是一种阻值随温度变化的电阻。铂是最常见、精度最高的测温金属丝材料。铂RTD称为PT-RTD，镍、铜和其它金属亦可用来制造RTD。RTD具有较宽的测温范围，最高达+800°C，具有较高精度和较好的可重复性，线性度适中。
为测量RTD阻值，接入参考电阻(RREF)，该电阻与RTD串联，偏置电压作用在RREF上端，3线制典型应用电路如下图所示，
参考电阻的电流同样流过RTD。参考电阻两端的电压为ADC基准电压。RTD电压连接至ADC差分输入(RTDIN+和RTDIN-)。所以ADC产生的数字输出等于RTD电阻与参考电阻的比值。对于铂电阻RTD，选择阻值等于RTD 0°C阻值的4倍的参考电阻最为合适。因此，针对PT100选用400Ω参考电阻；针对PT1000则选用4kΩ参考电阻。
1.2 SPI时序图
读取寄存器数据，先写入要读的地址，再读取数据，时序图如下，
写数据到寄存器，先写入要写的地址，再写入数据， 如下图所示，
时钟极性和相位
1.3 寄存器
MAX3186主要有8个寄存器，如下表所示，
0x00：配置寄存器，需要配置2/3/4线，故障检测周期等
0x01-0x02：RTD电阻寄存器，由两个8位的寄存器组成，包含15位有效数据，RTD LBS 的bit0为故障位，表示检测到任意RTD故障，应用软件中需要做故障判断处理
0x03-0x06：故障上限和故障下限寄存器用于选择RTD故障检测的触发门限。
0x07：故障状态寄存器锁存所有检测到的故障位；向配置寄存器中的故障状态清除位写1时，将全部故障状态位清零。
2 将RTD数据寄存器值转换为温度
首先，利用下面公式确定RTD的阻值，
ADC编码 = RTD数据寄存器(01h – 02h)中的15位ADC转换结果，RREF = 基准电阻的阻值
如果RTD的阻值已知、电阻特性定义良好，则可通过计算或查找表确定温度值。
2.1 线性化温度数据
对于-100°C至+100°C温度范围，简单利用RTD数据可以很好地实现温度逼近，如下所示：
温度(°C) ≈ (ADC编码/32) – 256
从该式可以得出：0°C时，误差为0°C； -100°C时，误差为-1.75°C； +100°C时，误差为-1.4°C (假 设采用IEC751RTD，RREF等于0°C RTD电阻的四倍)。
PT100实际测量发现，50°环境中，计算值和实际值相差1.8°左右，这样无法直接用到项目中，那就看看第2种转换方式
2.2 RTD温度计算（PT100）
查阅了网上大量资料，都是用线性化处理的方式，最后在Github项目中，发现采用下面公式转化温度和实际测量值保持一致
更多详细说明请参考芯片手册《AN-709 APPLICATION NOTE》
3 示例代码
下图是某个项目中的MAX31865的设计图，这里参考电阻为402欧/1%，采用3线制接入PT100，主控芯片是STM32F107
温度采集的示例代码
// 定义结构体，用于读取整个模块数据
struct rtd_max31865
{
uint8_t config_reg;
uint16_t rtd_reg;
uint16_t hft_reg;
uint16_t lft_reg;
uint8_t status_reg;
};
void spi_delay( uint32_t delay )
{
while( delay--);
}
void send_byte( uint8_t data )
{
uint8_t i;
uint32_t delay = 0xff;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
SPI3_SCLK_L();
spi_delay(delay);
if( data & 0x80 )
{
SPI3_MOSI_H();
}
else
{
SPI3_MOSI_L();
}
spi_delay(delay);
SPI3_SCLK_H();
spi_delay(delay);
data <<= 1;
}
}
uint8_t read_byte( void )
{
uint8_t i;
uint8_t read = 0;
uint32_t delay = 0xff;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
SPI3_SCLK_L();
spi_delay(delay);
read = read << 1;
if ( SPI3_READ_BIT() )
{
read += 1;
}
else
{
read += 0;
}
SPI3_SCLK_H();
spi_delay(delay);
}
return read;
}
void max31865_config( uint8_t addr, uint8_t data )
{
send_byte( addr );
send_byte( data );
}
void max31865_read( struct rtd_max31865* max31865 )
{
uint8_t i, read_data[8];
send_byte( 0 );
for ( i = 0; i < 8; i++ )
{
read_data[i] = read_byte();
}
max31865->config_reg = read_data[0];
max31865->rtd_reg = ((read_data[1] << 8) | read_data[2]) >> 1;
max31865->hft_reg = ((read_data[3] << 8) | read_data[4]) >> 1;
max31865->lft_reg = (read_data[5] << 8) | read_data[6];
max31865->status_reg = read_data[7];
}
float max31865_read_temp( struct rtd_max31865* max31865 )
{
uint8_t i;
uint32_t adc_val = 0;
float rtd;
unsigned int data;
float Rt;
float Rt0 = 100; //PT100
float Z1,Z2,Z3,Z4,temp;
float a = 3.9083e-3;
float b = -5.775e-7;
float rpoly;
for ( i = 0; i < 10; i++ )
{
max31865_read(max31865);
adc_val += max31865->rtd_reg;
HAL_Delay(2);
}
Rt = (double)( adc_val * 402) / (32768 * 10);
Z1 = -a;
Z2 = a*a-4*b;
Z3 = 4*b/Rt0;
Z4 = 2*b;
temp = Z2+Z3*Rt;
temp = (sqrt(temp)+Z1)/Z4;
// 温度大于0
if(temp>=0)
{
return temp;
}
// 温度小于0
rpoly = Rt;
temp = -242.02;
temp += 2.2228 * rpoly;
rpoly *= Rt; // square
temp += 2.5859e-3 * rpoly;
rpoly *= Rt; // ^3
temp -= 4.8260e-6 * rpoly;
rpoly *= Rt; // ^4
temp -= 2.8183e-8 * rpoly;
rpoly *= Rt; // ^5
temp += 1.5243e-10 * rpoly;
return temp;
}
void max31865_init( void )
{
max31865_config( 0x80, 0xD0);
}
作者：九斗嵌入式
